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[油漆与涂料] 浅谈汽车涂装中的节能环保涂料

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发表于 2013-9-15 22:20:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 846082533 于 2015-12-31 15:01 编辑 <br /><br />地球环境的恶化使节能和环保问题已成为了世界关注的重点,各国分别制定了相关的标准强制要求进行节能减排,以达到保护环境的目的。标准控制的主要指标有VOC和CO2的排放量,现在部分国家VOC的排量限值一般要求CO2的产生量在1.5kg/m3以下。汽车涂装属于能源消耗量大、污染物排放量大的工业生产,为了达到新的标准规定要求,汽车生产厂和相应的供应商在涂装材料、涂装设备方面进行了创新、开发,其中对涂装材料方面的研究较为深入。
当今涂料开发方面研究的重点是降低生产过程中的能源消耗、降低有害物质的排放量、简化生产工艺和降低工程设备的基本投资费用等。目前已开发并应用的新型涂料产品主要有水性涂料、3C1B涂料和粉末涂料等,这些产品分别在能源消耗、污染物的排放量上进行了改善。德国、美国和日本等汽车发达国家正在大规模地新建和改造老的涂装线,普遍采用节能环保型的涂料代替传统的溶剂型涂料。
水性漆涂料
水性涂料是以水作为稀释剂代替了传统的有机溶剂,大大减少了涂料中VOC的含量,VOC的排放量一般可以降低到35g/m2以下。水性涂料VOC的消减效果见图1。
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图1 对于水性涂料系的VOC消减效果

目前普遍采用的水性漆涂装工艺是:阴极电泳+水性中涂+水性底色漆+高固体分清漆(溶剂型),水性漆与溶剂漆工艺流程对比见图2。
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图2 水性漆与溶剂漆工艺流程对比

水性漆中的水性稀释剂不易挥发,水性漆喷涂后一般需要增加预烘干工序,且水性色漆预烘干后车身需要冷却才能进入清漆喷涂工位,自然风在较短的时间内很难将车身冷却下来,因此,这里的冷却工位需要空调送风系统增加制冷功能,这些都增加了车间的能源消耗。据调查,水性漆涂装能耗较溶剂漆增加了约5%。为了减少能源的消耗,但又可以达到环保要求,涂料厂商进行了积极努力,现在已经研制出了水性的3C1B涂料,可以在一定程度上减少能源消耗,目前这种涂料在日本已经有汽车制造厂家使用,在国内还没有应用。
水性漆与传统溶剂型漆一样,基本成分包括溶剂、树脂、颜料和添加剂等。水性中涂漆施工固体分较高,一般为50%~60%。水性漆喷涂喷漆室内的温度和湿度必须严格控制,喷漆室的温度在23℃~28℃,相对湿度70%±5%,基材或车身温度应保持在喷漆室条件下的露点以上。温度和湿度会影响到水性漆膜的颜色、金属闪光效果、漆膜粗糙度、色匀性和防流挂性等。水性漆的预烘干温度一般为70±10℃,烘干时间5min,加热挥发要求漆膜固体分含量达到80%以上。
水性漆运输和贮存时有较高要求,因为水性漆对温度很敏感,温度控制在5℃~30℃之间,在冬季和夏季储存运输过程中需有加热或冷却装置。水性漆的贮存稳定性一般在3个月左右,采购时要考虑油漆生产单位与使用单位的距离越近越好。
设备投资方面,由于水性漆的腐蚀性较大,与水性漆溶剂直接接触的设备需要采用不锈钢或塑料制品,因此设备投资比溶剂型漆的设备增加约10%。喷漆室室体壁板一般静压层以下都采用不锈钢材质,静压层以上部分不与溶剂直接接触可不采用不锈钢材质,喷漆室排风风管、下部循环水槽、水管等均采用不锈钢材质。烘干室和预烘干室内壁板、风管等一般采用不锈钢材质,还有相应的辅助设备如输调漆系统、喷漆系统等与水性漆溶剂直接接触的多数都采用不锈钢材料。
3C1B涂料
3C1B型涂料有两种,一种是溶剂型的3C1B涂料,一种是水性漆的3C1B涂料。采用3C1B涂料涂装可以降低涂料的使用量、减少VOC排放量及降低车间的能源消耗等,但这两种涂料在施工控制上要求比较严格,目前实际应用的都比较少,国内只有溶剂型3C1B涂料的应用,使用单位是长安福特马自达汽车南京公司和沈阳金杯汽车等,以下介绍的为溶剂型3C1B涂料。
采用溶剂型3C1B涂装体系车身漆膜厚度大约降低了12~15mm,而且3C1B涂装涂料采用的是高固体份涂料,因此与传统的3C2B溶剂型涂装相比车身涂料的使用量降低了15%左右, VOC的排放量约减少30%~40%。
3C1B涂料的涂装工艺中取消了中涂烘干、中涂后打磨工段,减少了生产能耗及设备投资,车间运行能耗减少了15%~20%。生产工序的缩减,降低了车身的污染机会,3C1B车和3C2B车相比不良点数减少了20%左右。3C1B溶剂型涂装与3C2B溶剂型涂料的工艺对比见图3。
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图3 3C1B溶剂型涂装与3C2B溶剂型涂料的工艺对比

采用3C1B的涂装工艺对于电泳的表面粗糙度、漆膜厚度、漆膜的闪干及预热工序都有严格的控制要求。车身电泳的粗糙度要求Ra(cutoff2.5)=0.3以下。由于采用的是中涂与面漆湿碰湿的涂装工艺,施工中对于漆膜厚度、涂膜固化控制等都有严格的要求,否则易于导致色差和漆膜表面失光现象的产生。为了保证喷涂漆膜厚度的均匀性,目前车身外表面主要采用机器人喷涂。3C1B涂装工艺主要控制要求见图4。
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图4 3C1B涂装工艺主要控制要求

粉末涂料
粉末涂料是无溶剂型涂料,使用粉末涂料VOC的排放量几乎为零,可以达到10g/m3以下。粉末涂料的应用可以降低VOC的排放量,而且没有喷漆室废水的排放。粉末涂料可以回收利用,利用率一般可以达到95%。粉末涂料在汽车涂装中主要作为中涂、中面合一涂料和罩光涂料等使用。粉末涂料喷涂回收再利用流程见图5。
先前的粉末涂料能耗较高,换色难,耐侯性差,一次性喷涂漆膜较厚,漆膜外观的装饰性较差,这使粉末涂料的应用受到限制。目前开发了一些新的产品,改善了粉末涂料的性能,如低能耗、高耐侯性和小粒径的粉末涂料等。先前的粉末涂料烘干温度要求在180℃以上,烘干时间20min;现在涂料的烘干温度降低到140℃,烘干时间30min。
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图5 粉末涂料喷涂回收再利用流程

粉末涂料由树脂、固化剂(热固性粉末涂料中)、颜料、填料和助剂(包括流平剂、稳定剂等) 等组成。粉末静电喷涂设备主要由带电粉末喷枪、供粉装置、供气系统及回收装置等四大部分组成。粉末静电喷涂采用多枪自动操作系统,分别从上、下、左和右等多方向喷射, 使粉末喷涂均匀, 厚薄一致,喷枪距工件150~250mm。喷涂时被涂物必须接地良好,以保证较好的粉末涂料涂着效率。生产中供粉桶、喷粉室及回收系统要避免其他不同颜色粉末的污染,每次换色时一定要吹扫干净。
结语
节能、环保涂料的技术仍然在不断提高,涂料在研发中考虑降低VOC排放量的同时,兼顾降低CO2的排放量(即降低能源消耗)。如目前水性3C1B涂料的研发,即是减少了中涂烘干工序,降低了水性涂料能耗大的缺点;低温粉末涂料的研发解决了粉末涂料能耗大的缺点。在环保法规的严格要求下,节能、环保涂料的研发及应用一定会在国内外得到高速发展,节能、环保涂料取代溶剂型涂料的趋势也将成逐步增大的趋势。

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