摘要：主要介绍节能环保涂装新工艺、新设备及新材料在汽车涂装的应用，简单介绍了节能环保涂装工艺的现场操作。

    关键词：节能；环保；涂装；工艺；设备；材料

    0前言

    建设资源节约型、环境友好型的涂装生产线是汽车制造业所必须重点考虑的课题。随着全世界对节能环保的越来越重视，涌现出了一批汽车涂装新工艺在实际生产中的应用，如三喷一烘(3C1B)取代传统的三喷二烘(3C2B)工艺，水性涂料涂装工艺在涂装生产线的应用等。下面简单介绍这些新工艺、设备及材料在节能环保涂装工艺上的应用。

    1前处理电泳逆流循环技术

    20世纪70年代以后，阴极电泳技术在涂装行业中的应用得到了飞速发展。传统的前处理电泳逆流循环工艺中，各个工艺槽循环水利用率较差，且辅助工艺设备受投资规模和工艺技术水平的限制，较早建设的涂装车间前处理、电泳线都或多或少地存在一些问题，尤其是在节能降耗减排方面。为适应国家环保要求，开发出了先进的辅助工艺设备及逆流循环技术。

    1.1脱脂液的除铁屑及废液回收利用工艺

    脱脂工序一般有两个脱脂槽，即预脱脂槽与脱脂槽，其除铁屑及废液回收利用工艺都是出槽主循环泵－旋液分离器－磁性过滤器－袋式过滤器－脱脂换热器－至槽内循环。脱脂槽液在旋液分离器里面高速旋转后，将大部分的槽液内含的铁屑、铁砂都留在了旋液分离器的底部，还有少许的铁屑、94C1砂与槽液一起通过磁性过滤器，通过磁性过滤器高强度的吸附能力，将槽液中还含有少许的铁屑、铁砂彻底清除干净。在旋液分离器底部含大量铁屑、铁砂的槽液及定时清洗磁性过滤器产生的含有铁粉的槽液将通过管道排放至车间的脱脂配套设备链式刮渣机内，除过铁屑等杂质后的槽液回收到清液槽，最后通过化工泵回收到脱脂及预脱脂槽。

    1.2脱脂槽液除油工艺

    油水分离器加热破乳溢流除油：在脱脂槽内油浮在水的表面，然后通过溢流装置，将槽液内的油溢流到油水分离器内，在油水分离器内给溢流下来的槽液加热(一般80℃)使油破乳浮在表面最后再溢流到脱脂刮渣槽内，除过油的槽液返回脱脂槽。此除油的过程在生产中是持续进行的，在全天候生产的情况下，可以将脱脂槽液全部净化一遍。另外，在除油的方法上也应做出规范，全部将预脱脂槽的槽液流至油水分离器内进行除油，又将净化后的脱脂液回收至脱脂槽，根据槽液的流向，让脱脂槽液表面的浮油全部溢流至预脱脂槽，始终如此循环，从而保证了脱脂槽液的洁净度。涂装车间使用了油水分离器，使得脱脂槽液始终保持一种洁净的状态，不仅延长了脱脂槽液使用寿命，且此种操作比一般的除油操作大大地减少了不必要的脱脂槽液排放。

    1.3前处理水洗工序的逆流工艺

    现在汽车涂装车间前处理线工艺流程绝大部分都是：预脱脂－脱脂－一次喷水洗－一次浸水洗－表调－磷化－二次喷水洗－二次浸水洗－钝化—新鲜纯水洗－沥干。以前处理线运输设备为RODIP—3翻转输送系统为例：车身在工艺槽内进行360°翻转，在车身出槽时，势必要带出大量的槽液，随车身一起进入下一个工艺槽，这样就造成了槽液的窜槽，使槽液受到了污染，缩短了槽液的使用寿命，同时也加大了污水的排放量。其他不能翻转的输送系统槽液的夹带量更多，槽液的消耗会更大。为了解决该问题，人们设计出了槽液逆流补加工艺，大大减少了工艺槽液和水的消耗。即正常情况下，后一道工序向前一道工序逆流或喷淋补加，当前一道工序的液位较低急需补加而后一道工序液位满足要求时，通过电磁阀及相关管路自动补加，在前处理的应用就是脱脂作为预脱脂的补加，一次浸水洗作为一次喷水洗的补加，二次浸水洗作为二次喷水洗的补加。这样既减少各工艺槽液的损耗，又保证了车身进入下一个工艺槽的洁净度，并且通过这些喷淋水的补加弥补了各槽液的消耗(有些不需要的喷淋水直接从溢流口排至地坑)，这样就形成了从后道工序向前道工序补加的逆流工艺。

    1.4前处理后冲洗水循环再生工艺

    在汽车工厂内，涂装车间是耗水大户，而在涂装车间，前处理排水量占据整个车间排水量的80%以上，由此可见，要降低涂装车间水的污水排放量，就必须从前处理工序后冲洗的工艺改进着手。在某涂装车间的前处理线设计之初，就考虑了非常多的环保因素，为了降低纯水的使用量，减少污水的排放量，最终达到节能降耗的目的，将RO反渗透技术应用到前处理线，即在前处理安装一套PT-RO系统，作用就是将前处理线最后一道新鲜纯水洗槽的溢流水回收过滤，将其重新制成纯水进行前处理线最后一道纯水喷淋。原本每个小时需要排放的6t废水，这些废水经过该系统后，可以产出3～5t的纯水，因此每小时可以降低污水排放量高达3～5t。

    1.5超滤技术开发利用及电泳后冲洗工艺

    电泳涂装技术刚刚问世的时候，电泳后清洗工艺非常简单。工艺流程多为：电泳主槽、DI水喷洗或浸洗。它的优点是工艺简单，设备投资少；缺点是电泳涂膜质量差，难控制，材料消耗大，环境污染严重。在电泳涂装过程中，被涂件要用大量去离子水洗才能进入烘房，被水冲走的涂料占所用涂料的30%左右，不仅造成资源的浪费，而且污染环境。1971年PPG和Abcro公司联合将超滤法用电泳涂装，实现了完备合水循环系统，使电泳涂装工艺更为合理化，既节省劳动力，提高涂料利用率，又减少电泳废水的污染，还可稳定漆槽，工件涂层质量更为优良。另外，在电泳过程中，电泳槽中的电泳槽液的电导率会不断上升，因此一段时间后需要用纯水重新配新的槽液。采用超滤回收装置可以回收排放液中的电泳涂料。一方面节约了费用，另一方面可以避免排放电泳涂料造成的环境污染。到目前为止，超滤回收装置已经成为一个完整的电泳涂装系统中不可缺少的关键设备之一。而电泳涂装发展到此时，它的工艺流程多为：电泳主槽－出槽UF喷洗－UF循环喷洗－UF浸洗－新鲜UF喷洗－DI水浸洗－新鲜DI水喷洗，具体流程如图1所示。

为满足日益苛刻的环保法规，目前欧美国家先进的车身电泳线后清洗工艺已经开始普遍采用RO反渗透技术，实现电泳涂装系统封闭，电泳涂料的利用率达到99%以上，车身电泳涂装对生态环境的污染得到有效控制；国内车身电泳线后清洗工艺相比发达国家有一定差距，一般采用上述的第2种工艺。国内近期投建的车身涂装线已开始使用RO反渗透技术，与DI－RO系统相比ED－RO系统使用的反渗透膜造价高，易被UF液中的小分子树脂污染，如使用无铅无锡低污染的电泳涂料，考虑投资的经济性，建议后清洗线采用ED－RO系统。

    2三喷一烘取代三喷二烘工艺

    (1)三喷二烘(即3C2B)工艺是目前国内大多数汽车厂家都普遍采用的中涂面漆涂装工艺，而最近开发的，如日本关西公司开发的三喷一烘工艺(3C1B)，中涂材料使用薄膜性中涂，膜厚只有15～20μm，如图2所示。

图2传统3C2B与3C1B涂层膜厚比较

    图2传统3C2B与3C1B涂层膜厚比较

图33C2B与3C1B工艺比较

    图33C2B与3C1B工艺比较

    (2)中涂与色漆采用湿碰湿喷涂工艺，并取消了中涂打磨、擦净工艺，如图3所示。日本马自达汽车公司在溶剂型中涂和面漆工艺的基础上开发成功的3C1B中涂面漆涂装工艺，已于2002年7月投产应用，其国内4个工厂都已采用(国内南京长安福特马自达也已投产使用)，已成为该公司标准的中涂、面漆涂装工艺。4a的实际业绩显示，3C1B工艺较3C2B传统涂装工艺能降低挥发性有机物(VOC)排出量45%(达到国家要求的环保标准35g/m2以下)，节能降低CO2排出量15%～20%，在涂膜质量维持与原工艺相同的基础上，每台车身涂装成本降低约15%。3C1B工艺为保证涂膜具有良好的外观，必须保证涂膜中有足够的溶剂，以便涂膜良好的流平，但又不会导致3层涂膜互相回融，所以通常在中涂特别是色漆后面添加预烘烤工艺。但3C1B工艺对底材外观要求较高，对车间的洁净度要求高，另外还需要考虑交叉配套适应能力较差，使用3C1B涂料时，由于受到溶剂挥发速度、涂料融合性、涂料固化速度均衡等诸多因素影响。

    3新型环保水性涂料的应用

    为适应国家相关的法律法规要求，满足国家规定的最低VOC排放标准。新型水性涂料应用技术减少溶剂的使用和排放，降低了对环境造成的污染。面漆采用水性中涂+水性色漆+高固含、低溶剂含量清漆。典型水性汽车涂料涂装工艺布局见图4。

图4典型水性汽车涂料涂装工艺布局

    图4典型水性汽车涂料涂装工艺布局

    目前国内已批量采用水性涂料的汽车厂家有广州本田增城工厂、广州丰田、江淮汽车轿车工厂等。新水性涂料色漆由于稀释剂主要采用纯水，由于水性涂料与传统溶剂型涂料所用的稀释剂在挥发速率上的区别，因此在喷涂完色漆之后需要进行预烘烤。另外，喷漆室的温、湿度对水性涂料的挥发速度也产生重要影响，如图5所示，不同的温度和湿度环境条件下，涂料中水分的挥发速率变化幅度较明显，因此涂装时易受周围环境温度、湿度的影响，因此在新建水性涂料涂装生产线设计时，需要考虑如何保证其喷漆房的温、湿度的控制要求。一般水性涂料喷漆房温、湿度应控制在(25±1)℃、(70±5)%RH；另外由于水的表面张力高，使其对底层的湿润性变差，对异物敏感(易发生缩孔)，由于水在常温下的挥发性差，涂着固体分低，涂着时流挂的黏度控制十分重要，因此对调漆工和输调漆系统设备要求较高；由于水性涂料施工黏度高，循环输漆系统负荷大，涂料雾化相对较困难。目前欧洲70%以上的汽车涂装生产线均采用水性涂料施工工艺，美国60%以上的汽车涂装生产线均采用水性涂料施工工艺，日本70%以上均采用水性涂料施工工艺或3C1B工艺来降低涂装VOC(挥发性有机物)的排放，并达到相关法律法规要求。

图5不同温、湿度条件下对水的挥发速率影响

    图5不同温、湿度条件下对水的挥发速率影响

    4前处理－电泳输送设备的选择

    (1)前处理电泳RODIP-3运输系统，如图6所示，此系统是在摆杆式输送机的基础上演变出来的。首先，车身是以翻转的方式进入槽液的，这样在车身入槽时，槽液能快速地进入车身，而且能够避免出现气囊现象。RODIP-3是直接以翻转的方式进入槽内，这样就能更节约工艺设备的长度，并且最大限度地避免了兜液现象，防止了槽液的相互影响。因为Rodip-3系统有效地降低了槽液的影响程度，使得槽液的使用寿命得到了延长，减少槽液更新及槽体清洗的频率，从而减轻了对环境的影响。合理设计Rodip-3链翻转运输系统的链速，确定工件出槽速度和在两槽体之间的滴滤时间。工件出槽速度的快慢会影响带出液的多少，出槽速度越快，越易在工件表面形成厚的水膜，使带出液增多。工件出槽后在两槽之间运行的时间越长，槽液滴滤越多。

图6RODtP-3运输系统

    图6RODtP-3运输系统

    (2)采用EISENMANN公司的多功能穿梭式输送机，该设备布置在槽体上方两外侧，车身紧固在两臂的转轴上。车身旋转出入槽，浸渍处理时车底面可朝上或朝下，喷射处理时车顶朝上。电泳处理时，由于车底朝上有克服“L”效应的功能，车身旋转出槽，不兜水，带液量极少，冲洗水量可以减少25%，废水排放和处理也相应减少25%，节约了污水处理费用，对环保有利。

    (3)电泳超滤装置的选用。与电泳槽配套的超滤装置，它具有如下作用：利用其超滤液闭路冲洗泳后工件，可以提高涂料利用率(据测算，利用率可以从75%～80%提高至95%以上)；调整电泳槽液，使其保持长期稳定，为生产的正常进行创造条件；降低冲洗水耗；减少环境污染等。

    (4)自动监测设备的选择。有些设备在有车时需运行，没车时不需运行。如前处理、电泳部分喷淋系统可安装自动监测装置，设定为有车时喷淋；某些机械化运输系统滚床同样可设定为有车时运行。这样就有效地避免了能源的浪费。

    (5)烘干设备的选择。高装饰性涂装用的烘干设备应符合清洁、节能和环保的要求。一般空气对流加热方式的烘干炉由以下几部分组成：废气回收式循环焚烧炉、加热段、保温段、废气循环风机、新鲜空气加热循环风机、入/出口气封段、强冷室等。从环保和节能的角度考虑，应选用具有废气处理功能、绝热密封性好和能充分利用废气燃烧热的烘干室。德国杜尔公司设计的、以天然气或柴油为热源的轿车车身涂装用的“П”型烘干室比较先进，具备上述各项技术要求，它采用具有烘干室废气处理功能的燃烧炉、内壁整体焊接结构的烘干室壳体(俗称通道)、循环风机、过滤和换热器合为一体的三元体热交换室和自动控制系统等新装置、新结构。

    5新材料在涂装工艺的应用

    由德国汉高公司新开发的磷化前处理工艺被取代——氧化锆替代磷酸盐的前处理工艺，也称金属表面锆膜处理技术，又可称为一种无磷纳米皮膜技术，是一种基于纳米氧化锆溶液与氟锆酸等组成的溶液，它能在金属表面凝聚沉积转化成一种锆盐膜的防护层。此工艺取消了前处理表调、磷化和钝化工序，如图7所示。工艺简化、缩短设备长度和工艺时间，减少了废渣和废水的排放量，并且消除了现有的前处理工艺废水中的重金属排放，大幅度简化了复杂的前处理工艺，从而减少设备占地，减少废水排放量和综合成本。在锆盐工艺的前道和后道水洗采用纯水或软水；要求锆盐处理的前道和后道水洗水的电导率小于450μS/cm，总硬度200MG/L，也可使用自来水，但水质太差性能会减弱。锆盐处理膜的外观工件表面呈现一系列的颜色变化，如蓝色或者不同程度的金色；颜色主要取决于工件基材表面的粗糙程度。目前此工艺正在国内处于技术推广阶段。

图7传统磷酸盐与氧化锆前处理工艺过程

    图7传统磷酸盐与氧化锆前处理工艺过程

    6结语

    随着国家对环境保护和节能减排问题重视程度的提高，汽车涂装正逐渐采用新工艺、新设备及新材料，同时水性涂料和3C1B工艺的开发和应用，大大降低了VOC的排放量。作为涂装工艺技术人员，应积极地采纳和消化国内外的新工艺，使我们的产品在涂装方面提升一个档次，同时也缩短与环保型、节约型涂装之间的差距。