塗裝

汽車塗裝的節能減排技術

轉載 :  zhongte88183.cn   2018年03月29日

  在汽車制造過程中,塗裝能耗約占(整車的沖、焊、塗、總)總能耗的 60%。降低塗裝過程中的能源消耗、減少污染物排放對于保護人們的生活環境,具有非常積極的意義。近年來塗裝材料開發的重點在于提高性能的同時,将更注重其環保性能,主要體現在以下幾個方面: ①前處理研究方向的主要目标是降低廢水的排放和有害污染物的排放;②滿足環境保護法的要求,電泳材料開發出不含鉛的電泳漆;③現階段比較環保的塗裝材料且在汽車行業中較為流行的主要包括:粉末塗裝材料、高固體分塗裝材料和水性塗裝材料等。以前汽車較常采用的面漆和中塗等漸漸被這些新型環保材料所代替。目前,專家學者和各汽車生産制造公司在塗裝新技術等方面也在不同程度的控索與前進,塗裝節能減排會随着新材料、新技術、新設備不斷發展取得一定成果。

  1 塗裝節能減排新材料

  1.1 矽烷化處理

  矽烷化處理技術具有節能、環保無污染等特點,是目前技術發展較成熟的可取代磷化的前處理技術,此技術可以利用矽烷等材料實現非金屬材料和金屬材料表面的外理。這項技術和以前使用的磷化技術對比,矽烷處理具有較突出的優點:(1)這項技術在處理時無渣 ,作用時間很短,程序也較少,能夠節約時間,去除額外的鈍化過程,槽液使用壽命長,維護簡單;(2)不含重金屬,比如:鎳、鋅、錳等,也不需要加熱升溫處理;(3)對常用有機塗層有良好的附着能力。

  1.2 新電泳塗料

  高泳透力電泳漆在大衆、通用、長城、吉利等各大主機廠均已獲得推廣使用,通過對高泳透力電泳漆性能和現場施工參數的研究發現,高泳透力電泳漆具有以下優良特性:①其優異的泳透能力,能夠給内腔提供足夠的有效的塗覆,不僅能夠減少塗料的使用量,同時汽車的塗膜厚度也得到了減薄,降低了塗料消耗量,生産效率得到了大大提升。②此材料對于各種基材都能适應,并在基材上作用時可以使塗膜厚度很均勻。③可以減小打磨的強度,同時減小打磨痕的敏感性。④與以往的電泳漆相比,它施工的主要參數範圍比較大,對于汽車的生産更為适應。

  具有高泳透力的CED塗料、髙耐候性CED 塗料和髙分層性的CED塗料逐步占領塗裝市場。高泳透力的 CED塗料大大減少揮發性有機化合物的排放,減少塗料用量,降低排放量和成本。新型的耐候性CED塗料在耐候性方面有了較大的進展,避免了傳統的CED塗料易受光老化問題,并且簡化塗裝工藝的同時增加了表面平滑性。高分層 CED塗料将耐候性塗料與CED塗料搭配組合,實現了将傳統塗料與新型塗料良好的結合,表現出塗料的耐候性及防腐蝕性[3]。

  1.3 清洗水循環再生技術及“逆流”全閉式清洗“零”排放工藝

  清洗水循環再生技術包括超濾、RO技術等。超濾是以壓力為推動力,利用超濾膜不同孔徑對液體進行分離的物理篩分過程。它具有工藝簡單,設備投資少的特點。同時将反滲透裝置(EDRO)安裝在超濾裝置之後,超濾裝置的透過液将會被進一步處理,之後對産品實施最後的噴淋,完成後的噴淋液将再次送回到電泳槽,這一套清洗程序屬于閉路程序,不僅效率高,節約時間和材料,而且清洗過程實現了無廢水排放,避免環境污染,電泳漆也得到了回收再利用,不再有處理廢水的負擔,實現了真正意義上的閉路循環。“逆流”全閉式清洗“零”排放工藝通過後一道工序的部分排放水同時是之前工序的補充水,以及選擇排放物經充分過濾再回收利用的策略大大降低了前工序中的水消耗和排放,同時,也降低了對排放物處理的機械設備等的購買維護等方面的支出,經過反滲透裝置過濾的超濾液真正完成了塗裝車間電泳技術的 “零”排放。

  1.4 高固體分塗料

  高固體分塗料主要有大氣污染低、施工效率高、裝飾性好、塗料用樹脂要求較高等特點。為适應環保要求,降低 VOC 的排放, 汽車廠廣泛使用高固體分塗料。高固體分塗料采用低粘度的聚酯、丙烯酸樹脂, 以及高固體分的氨基樹脂,主要應用在汽車用單色面漆、罩光清漆等方面。高固分塗料在使用過程中,由于其施工性能及所需的施工條件與現有溶劑型塗料基本相同, 因此原有的塗裝線不需大的改造即可使用,同時對設備沒有專門的要求,且操作施工比較簡單, 在使用溶劑型塗料的生産線上均可直接使用。其特點主要包括:(1)其固體含量(體積分數)一般在65%~80%之間,在噴塗和幹燥的過程中溶劑散發造成的大氣污染就較少。(2)由于塗料固體分高,一道塗膜厚,大大提高作業效率。

  1.5 水性塗料

  國内外各大汽車企業已普遍采用水性塗料,尤其是在新建的塗裝生産線中。目前主流的環保塗料以水性塗料和粉末塗料為代表,這類塗料不易燃不易爆,以水性塗料為例,僅采用少量低毒性醇醚類有機溶劑,VOC含量低,在濕表面和潮濕環境中可以直接塗覆施工,對材質表面适應性好,塗層附着力強。

  相比起傳統塗料,水性塗料更具不可能比拟的優勢。溶劑型塗料以有機溶劑為溶劑,水性塗料則是以水為溶劑,水本身無毒無味,再加以水性的基料和水性的輔料完全是水性化,而且水性塗料在生産過程當中是一種物理反應,不會再有其他的成分發生,所以與溶劑型塗料有毒有害、易燃易爆不同,水性塗料無論生産、使用、儲存、運輸方面都是安全和環保的。

  2 塗裝節能減排新技術

  2.1 新型陰極電泳材料技術

  陰極電泳材料較具有代表性材料分别有自泳漆、分層陰極電泳材料和紫外光固化陰極電泳材料。自泳漆利用化學自動沉澱反應,在金屬表面形成有機塗層從而減少電能的消耗。分層陰極電泳材料可使電泳底漆兼具防鏽和耐候功能,可取消中塗工藝過程。紫外光固化陰極電泳材料可降低電泳濕膜在膠化成型過程中的能源消耗。

  2.2 旋杯噴塗技術

  旋杯噴塗技術使用實現塗料有效利用。旋杯噴塗技術利用旋杯和被塗工件進行電極設置所形成的強電場,與此同時旋杯在驅動力的作用下旋轉,塗料在旋杯内處于離心力和強電場的共同作用下,均勻的噴塗在工件上。自動靜電旋杯塗裝優點包括:(1)對塗料的霧化效果好,能顯著改善塗膜的外表;(2)對塗料的利用率高,節約塗料,減少污染;(3)塗裝靈活性高,利于仿形,能應用于機器人的塗裝。目前生産旋杯的主要制造商包括:德國的DULL、法國SAMES、日本ABB、日本TKS。

  2.3 3C1B塗裝技術

  新型的塗裝工藝3C1B,主要特點是對3C2B的中烘幹工序進行了合理的簡化,将中塗烘幹、中塗打磨、中塗儲存和面塗擦淨等工序相應取消。水性3C1B工藝是在溶劑型3C1B工藝的基礎上,結合水分在常溫下揮發慢的機理,将原有每道噴塗後的常溫流平調整為60~80ºC的閃幹流平,以滿足水性塗料脫水率要求。降低了有機揮發性化合物的排放,節約了成本,避免了傳統的汽塗裝工藝不滿足環保技術的要求。

  2.4 水性免中塗技術

  免中塗工藝在塗膜質量滿足汽車塗層各項性能指标的基礎上,免去了中塗工序,達到了節能、減耗、環保、降成本的目的,是未來汽車塗裝技術的發展趨勢。相對于傳統的三塗兩烘(3C2B)工藝,其在塗膜質量滿足各項性能指标的基礎上,取消了中塗,将中塗層的功能特性集成到塗料體系的其他組分中,減少了塗料耗量,降低了運行能耗和VOC的排放量。免中塗工藝優化和簡化了塗裝,被認為是目前最具發展前景的塗裝技術之一。免中塗與其他工藝VOC排放量對比見表1。

  

  由表1可見,免中塗較其他傳統工藝VOC排放有較大的優勢,完全能滿足國家及地方的VOC排放要求。

  3 塗裝節能減排新設備

  3.1 壁挂噴漆機器人

  把車間機器人的底座或手臂安裝在室内壁闆外部,即為壁挂機器人。通過減少噴漆這類機器人底座位置的面積,可以實現噴漆室整體寬度的降低,減少了噴漆室橫截面積和空調送風量,最終降低了空調風機耗電量。

  3.2 車身翻轉輸送技術

  車身翻轉技術是一種車身在運動過程中,能夠邊向前進邊實現縱向的翻轉。這種技術在塗裝車間對車身進行前處理以及電泳程序時的沖洗浸漬等環節被廣泛采用。此項技術的主要優勢在于它能夠大大減小機械設備的長度,同時節省大量投資、化學藥物的使用、沖洗液和用電量等,對于車身的塗裝效果和整體生産效率也非常有利。目前應用比較有代表性的包括杜爾(DUERR)公司的RoDip-3,RoDip-3Plus和艾森曼 (EISENMANN)公司的多功能穿梭(Vario-Shuttle )。

  3.3 轉輪技術

  沸石轉輪濃縮技術就是針對低濃度VOCs的治理而發展起來的一種新技術,與催化燃燒或高溫焚燒進行組合,形成了沸石轉輪吸附濃縮+焚燒技術。在VOCs治理中使用沸石轉輪,将大風量、低濃度的廢氣濃縮成為高濃度、小風量的廢氣,從而減少設備的投入費用和運行成本,提高廢氣的處理效率。在處理大風量、低濃度廢氣的時候,如果沒有沸石轉輪,直接進行燃燒,則不僅廢氣處理設備體積大,而且運行成本高。而使用轉輪濃縮後高濃度、小風量的廢氣進入廢氣處理設備可減少投資費用,其次高濃度的廢氣在燃燒VOCs的時候可以減少燃料的使用量降低運行成本。濃縮轉輪在冷卻區被冷卻,經過冷卻區的空氣,再經過加熱後作為再生空氣使用,達到節能的效果。

  4 結語

  節能減排是世界各國的汽車制造企業發展的主題,均投入大量資金進行研究,從改善制造設備,到提升塗裝新技術、發展塗新材料,從而達到節能減排目的。同時塗裝材料與技術、生産設備直接影響到汽車外在的美觀性和使用性能,因此,關于汽車塗裝新技術、新材料和新設備的研究,應當繼續不斷開拓,最終實現逐步實施及推廣。

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