簡(jiǎn)單分析綠色涂裝技術(shù)在北汽鎮(zhèn)江涂裝車間的應(yīng)用

摘要： 主要介紹了硅烷薄膜前處理技術(shù)與B1B2免中涂面漆工藝在北汽鎮(zhèn)江涂裝車間的應(yīng)用情況，并以集團(tuán)內(nèi)各種涂裝工藝（磷化、硅烷、B1B2、3C1B、3C2B）生產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，進(jìn)行了投資、涂裝產(chǎn)品質(zhì)量、運(yùn)營(yíng)成本、環(huán)境效益等多維度的對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞： 硅烷； 涂裝工藝； 成本； 環(huán)保

0　引言

在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈和環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格的形勢(shì)下，保證質(zhì)量、降低成本、綠色環(huán)保、低碳、節(jié)能減排成為了汽車涂裝工藝發(fā)展的趨勢(shì)和方向。硅烷薄膜型前處理工藝和水性B1B2免中涂工藝已逐步在國(guó)內(nèi)汽車涂裝行業(yè)得到應(yīng)用。經(jīng)過(guò)大量的調(diào)研、工藝試驗(yàn)研究，上述綠色涂裝新工藝得以在北汽鎮(zhèn)江涂裝車間成功應(yīng)用，以下就其應(yīng)用情況作具體分析。

1　北汽鎮(zhèn)江綠色涂裝工藝簡(jiǎn)介

北汽鎮(zhèn)江涂裝車間主要工序：前處理電泳線、涂膠線、面漆線、修飾報(bào)交線、注蠟線。為滿足環(huán)保要求，主要涂裝材料采用無(wú)磷無(wú)氮低溫脫脂劑、薄膜型硅烷前處理液、高泳透力電泳漆、水性B1B2免中涂面漆、2K清漆。

2　硅烷薄膜前處理工藝

硅烷前處理液是近年來(lái)涂裝前處理行業(yè)中一種替代傳統(tǒng)磷化的新興綠色環(huán)保產(chǎn)品，目前正在逐步被汽車廠涂裝所接受和應(yīng)用。

2.1　硅烷與傳統(tǒng)磷化工藝流程對(duì)比

傳統(tǒng)磷化工藝：熱水洗、預(yù)脫脂、脫脂、水洗1、水洗2、新鮮水噴淋、表調(diào)、磷化、水洗3、水洗4、新鮮水噴淋、純水洗1、純水洗2、新鮮純水洗。

硅烷前處理工藝：熱水洗、預(yù)脫脂、脫脂、水洗1、水洗2、新鮮水噴淋、純水洗、硅烷、純水洗1、純水洗2。硅烷前處理工藝可取消傳統(tǒng)磷化工藝中的表調(diào)工序，用純水洗替代，并可取消磷化后的2道水洗工序，處理工序和生產(chǎn)線長(zhǎng)度縮短。

2.2　2種前處理工藝參數(shù)對(duì)比

硅烷與磷化工藝參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

2.3　2種前處理設(shè)備投資對(duì)比

2種前處理設(shè)備投資對(duì)比見(jiàn)表2。

采用硅烷技術(shù)預(yù)計(jì)節(jié)省成本：槽體長(zhǎng)度少4 m，少2道水洗，生產(chǎn)線長(zhǎng)度少10 m，包括室體、管路、平臺(tái)等，節(jié)省約80萬(wàn)元；少200 m３/h、30 m揚(yáng)程的循環(huán)泵1臺(tái)，SUS316L材質(zhì)，安裝包括附屬設(shè)備節(jié)省約30萬(wàn)元；除渣系統(tǒng)節(jié)省約30萬(wàn)元；酸洗系統(tǒng)節(jié)省約 15萬(wàn)元；加料系統(tǒng)和軸封系統(tǒng)節(jié)省約15萬(wàn)元；基礎(chǔ)施工節(jié)省約30萬(wàn)元；共計(jì)節(jié)省約200萬(wàn)元。

3　B1B2免中涂面漆工藝

3種面漆工藝流程對(duì)比如下。

3C2B工藝流程：電泳打磨、涂焊縫膠、噴中涂漆、中涂烘干、中涂打磨、噴水性色漆、色漆預(yù)烘干、噴1K清漆、面漆烘干。

3C1B工藝流程：涂焊縫膠、膠烘干、電泳打磨、噴水性中涂、中涂預(yù)烘干、噴水性色漆、色漆預(yù)烘干、噴1K或2K清漆、面漆烘干。

    B1B2工藝流程：涂焊縫膠、膠烘干、電泳打磨、噴涂B1色漆、噴涂B2色漆、色漆預(yù)烘干、噴2K清漆、面漆烘干。

圖1是北汽鎮(zhèn)江工廠的珍珠白顏色整體涂層的剖面在電子顯微鏡下顯示的涂層結(jié)構(gòu)照片。

B1B2工藝是流程最少的汽車面漆工藝，通過(guò)色漆的優(yōu)化，在保留原中涂涂層抗紫外及抗石擊功能的同時(shí)，省去中涂生產(chǎn)線的工藝設(shè)備、作業(yè)人員及能耗成本，可大幅度降低VOC的排放，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝所有顏色的噴涂。

4　節(jié)能新減排技術(shù)

4.1　LED照明

在焊縫密封、鈑金修正、底涂、裙邊PVC、PVC Audit、噴漆自動(dòng)段、潔凈室、流平室、注蠟室對(duì)檢查要求不高的工位使用節(jié)能、環(huán)保、壽命更長(zhǎng)的LED照明替代熒光光源。在照度不變的情況下，運(yùn)行能耗減少約50%；在同樣能耗情況下，照度為傳統(tǒng)熒光燈具的3 ~ 5倍，LED燈具壽命為30 000 ~ 50 000 h，節(jié)約了使用
成本。

4.2　內(nèi)噴機(jī)器人+循環(huán)風(fēng)

噴漆線采用IRB5500機(jī)器人和IRB5350 機(jī)器人共50臺(tái)，搭配RB1000 SAD和SSD內(nèi)加電旋杯，配合開(kāi)門(mén)和開(kāi)蓋機(jī)器人進(jìn)行內(nèi)外板連續(xù)式噴涂，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化全自動(dòng)噴涂。相對(duì)于普通噴槍，涂著效率提升，油漆節(jié)省約30%，在滿足高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，做到了節(jié)能環(huán)保。

噴漆室送風(fēng)循環(huán)風(fēng)約占70%，與全新風(fēng)相比，大幅節(jié)約了空調(diào)能耗，噴漆室能耗降低約45%，同時(shí)可提高噴漆廢氣VOC濃度，降低VOC焚燒用天然氣能耗。噴漆室循環(huán)風(fēng)示意見(jiàn)圖2。

4.3　噴漆室廢氣處理

噴漆室廢氣處理采用“轉(zhuǎn)輪濃縮+TNV”，每組轉(zhuǎn)輪處理風(fēng)量約100 000 m3/h，廢氣濃縮倍數(shù)約14倍（控制在爆炸下限的25%以下），VOC處理凈化效率≥98%。

4.4　熱泵技術(shù)

熱泵技術(shù)在循環(huán)風(fēng)空調(diào)上應(yīng)用，減少了加熱設(shè)備（鍋爐、管路、控制設(shè)備等）和總體投資。采用制冷劑的冷凝熱替代外部的能源，不需要加熱能耗。由于采用制冷劑替代熱水加熱，可以做到100% 防凍，單體循環(huán)風(fēng)空調(diào)運(yùn)行成本降低10%以上。

4.5　RTO排氣余熱回收
烘干廢氣采用RTO處理，RTO排氣余熱的回收采用換熱器加熱水，進(jìn)氣溫度為200 ℃，排氣溫度控制在120 ℃，熱水從75 ℃加熱到90 ℃。
4.6　底涂摩擦輸送系統(tǒng)

底涂摩擦輸送系統(tǒng)相對(duì)于鏈?zhǔn)捷斔驮O(shè)備沒(méi)有返回鏈條，空間利用率大，快速移動(dòng)時(shí)沒(méi)有鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)的聲響，噪聲小，輸送速度大，可滿足更高的節(jié)拍生產(chǎn)要求。能耗低，每個(gè)摩擦驅(qū)動(dòng)為0.18 ~ 0.25 kW，接力式傳動(dòng)，不需要所有電機(jī)同時(shí)運(yùn)行，故能降低能耗；不需要潤(rùn)滑鏈條，沒(méi)有油污、粉塵和噪聲之類的污染，維護(hù)調(diào)整方便，單個(gè)驅(qū)動(dòng)及部件的損壞不影響整體運(yùn)行，且更換方便。

5　產(chǎn)品質(zhì)量

汽車涂裝的主要目的是為車身提供生命周期內(nèi)的防腐蝕性能和外觀裝飾性，而防腐蝕性能主要由前處理電泳提供，外觀裝飾性和耐候性主要由面漆提供。

5.1　硅烷+電泳防腐性能

相同的鋼板、電泳漆，硅烷和磷化按GB/T 1771—2007《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測(cè)定》進(jìn)行1 000 h連續(xù)耐鹽霧的試驗(yàn)，結(jié)果硅烷和磷化前處理都能滿足“無(wú)起泡等異?，F(xiàn)象，單邊擴(kuò)蝕<2 mm”的標(biāo)準(zhǔn)要求，表明硅烷前處理工藝處理的汽車外板的防腐蝕性能合格。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室中硅烷和磷化（不同前處理）處理相同的鋼板和高泳透力電泳漆的四枚盒泳透力試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，表明硅烷和磷化前處理都能滿足泳透力大于60%的要求；投槽后的電泳車身剖解結(jié)果為車身內(nèi)腔結(jié)構(gòu)部位均滿足大于8 μm的標(biāo)準(zhǔn)要求，說(shuō)明硅烷前處理工藝處理的車身內(nèi)腔的防腐蝕性能合格。

5.2　硅烷+電泳粗糙度

電泳漆膜的粗糙度直接影響后續(xù)面漆的外觀，如果粗糙度大，整車面漆后的短波較大，鮮映性較差。采用不同前處理的電泳漆粗糙度數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表3，數(shù)據(jù)表明采用硅烷和磷化前處理對(duì)電泳漆膜的粗糙度影響不大，粗糙度水平基本持平。表3中的數(shù)據(jù)為不同工廠產(chǎn)品，鋼板的粗糙度也有一定差異，電泳漆型號(hào)也不同，但如果選擇合適的電泳漆，硅烷對(duì)電泳漆膜粗糙度影響并不大，可達(dá)到傳統(tǒng)磷化甚至更好的水平。

不論是實(shí)驗(yàn)室還是實(shí)際生產(chǎn)線，具體數(shù)據(jù)均表明，采用硅烷前處理的車身整體防腐性能和粗糙度都能達(dá)到與傳統(tǒng)磷化相當(dāng)?shù)乃健?br />
5.3　B1B2面漆外觀效果和耐候性

選擇3個(gè)采用3種不同工藝的工廠所共有的珍珠白顏色（色相上略有差異）作為對(duì)比對(duì)象，在面漆光澤、長(zhǎng)波、短波、鮮映性（DOI）指標(biāo)上進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?br />
5.3.1　光澤

３種工藝的面漆20°光澤數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，由表4可知其光澤數(shù)據(jù)都在91% ~ 93%之間，基本相同并都滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且差異不大，在光澤數(shù)據(jù)上B1B2能達(dá)到與3C1B、3C2B面漆工藝同等的水平。

5.3.2　長(zhǎng)波

3種工藝的長(zhǎng)波對(duì)比見(jiàn)表5。

5.3.3　短波

3種工藝的短波對(duì)比見(jiàn)表6。

5.3.4　鮮映性（DOI）

3種工藝的鮮映性（DOI）對(duì)比見(jiàn)表7。

3種工藝的面漆橘皮數(shù)據(jù)基本相同，都滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且差異不大，在橘皮數(shù)據(jù)上 B1B2能達(dá)到與3C1B、3C2B面漆工藝同等的水平。

5.3.5　耐候性

B1B2工藝復(fù)合涂層經(jīng)過(guò)人工氣候老化和人工輻射曝露濾過(guò)的氙弧輻射2 000 h（GB/T 1865—1997）和海南24個(gè)月自然氣候曝露試驗(yàn)（GB/T 9276—1996）結(jié)果均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且與3C1B、3C2B工藝復(fù)合涂層基本相當(dāng)，3種不同面漆工藝的涂層耐候性指標(biāo)處于同等水平。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)說(shuō)明采用B1B2工藝面漆的車身在外觀數(shù)據(jù)和耐候性指標(biāo)上與3C1B、3C2B工藝面漆基本相當(dāng)，處于同一水平。

6　運(yùn)營(yíng)成本

6.1　前處理

北汽鎮(zhèn)江工廠采用的硅烷前處理工藝生產(chǎn)柔性強(qiáng)，處理溫度低，蒸氣用量少，折合電量每臺(tái)車節(jié)省約13 kW·h；另外產(chǎn)渣量極少，固廢處理費(fèi)用單車降低約0.56元。

6.2　面漆

北汽鎮(zhèn)江工廠采用的B1B2免中涂工藝較傳統(tǒng)的3C2B工藝具有節(jié)能、環(huán)保、精益的特點(diǎn)。減少中涂線和中涂打磨線，按15萬(wàn)臺(tái)/a的產(chǎn)能計(jì)，設(shè)備固定資產(chǎn)投資節(jié)約2 716.2萬(wàn)元，生產(chǎn)運(yùn)行成本每年減少約195萬(wàn)元，人力成本每年減少約500萬(wàn)元，綜合運(yùn)營(yíng)成本每年節(jié)省約700萬(wàn)元，單臺(tái)成本節(jié)省約47元。北汽鎮(zhèn)江工廠采用的B1B2工藝較3C1B涂裝工藝，減少了1條中涂閃干爐及強(qiáng)冷，其綜合運(yùn)營(yíng)成本每年節(jié)省約 110萬(wàn)元，單臺(tái)能耗成本節(jié)省約7.4元。

7　環(huán)境效益分析

7.1　前處理廢水

北汽鎮(zhèn)江工廠采用“硅烷+高泳透電泳漆+中水回用”，配備有污水處理站，含氮磷廢水經(jīng)過(guò)預(yù)處理、生化處理、超濾、反滲透、蒸發(fā)濃縮等工藝，達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)中水進(jìn)行回用，基本實(shí)現(xiàn)廢水“零”排放。硅烷前處理工藝不含磷、鎳、鉻和鋅等元素，廢水的處理和排放相對(duì)于磷化前處理更容易、更經(jīng)濟(jì)。硅烷不需和磷化一樣使用亞硝酸鈉促進(jìn)劑，亞硝酸鈉被證明是一種致癌物質(zhì)。硅烷的產(chǎn)渣量小于0.1 g/m2，而磷化一般產(chǎn)渣量為2 ~ 5 g/m2。另外，北汽鎮(zhèn)江采用的脫脂劑為低溫?zé)o磷無(wú)氮的產(chǎn)品，從源頭上避免了廢水中富營(yíng)養(yǎng)元素的排放。

北汽鎮(zhèn)江工廠采用的硅烷前處理工藝不需要表調(diào)工序，表調(diào)槽因槽液老化必須每半個(gè)月重新?lián)Q槽和每天溢流槽液，因而節(jié)約大量工藝用水，單臺(tái)耗水量較采用磷化工藝減少約3.89 t，且產(chǎn)生的廢水很少，圖3（B1B2：北汽鎮(zhèn)江采用的“硅烷+B1B2”工藝；3C1B：北汽集團(tuán)其他工廠采用的“磷化+3C1B”工藝；3C2B：北汽集團(tuán)其他工廠采用的“磷化+3C2B”工藝）所示的北汽鎮(zhèn)江工廠的單臺(tái)耗水量較采用磷化工藝的其他2個(gè)工廠有較大優(yōu)勢(shì)，北汽鎮(zhèn)江工廠較采用傳統(tǒng)工藝3C2B、3C1B的天然氣耗量也有明顯優(yōu)勢(shì)，只有耗電量因?yàn)楫a(chǎn)量差異太大，平均到單耗上，3C2B工藝優(yōu)勢(shì)明顯，原因?yàn)樵摴S產(chǎn)量大且接近于設(shè)計(jì)產(chǎn)能，而其他2個(gè)工廠剛剛量產(chǎn)，處于調(diào)試和產(chǎn)能爬升階段，遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能，而產(chǎn)量相當(dāng)時(shí)，3C1B工藝則略有優(yōu)勢(shì)。

7.2　面漆廢氣

噴漆采用“緊湊型水性免中涂B1B2工藝+循環(huán)風(fēng)+風(fēng)冷熱回收+轉(zhuǎn)輪濃縮+TNV廢氣焚燒”，基本實(shí)現(xiàn)了VOC廢氣“零”排放。 B1B2水性免中涂工藝的膜厚比傳統(tǒng)3C2B工藝的膜厚低10 ~ 15 μm，涂料用量減少了10% ~ 15%，廢棄物減少了20% ~ 25%。隨著涂料用量的降低，施工過(guò)程排放的VOC也同樣降低，從源頭上大幅度削減了VOC排放。噴漆室使用“循環(huán)風(fēng)+風(fēng)冷熱回收”使綜合能耗降低約40%。B1B2免中涂工藝較3C2B減少了中涂噴房、烤房、打磨室等設(shè)備，較3C1B減少了中涂閃干爐及強(qiáng)冷，生產(chǎn)線精簡(jiǎn)，而這些設(shè)備的運(yùn)行要消耗大量的天然氣及電能，降低了15% ~ 20%的CO2排放。

8　結(jié)語(yǔ)

北汽鎮(zhèn)江涂裝車間批量生產(chǎn)的涂裝車身各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均符合公司標(biāo)準(zhǔn)，與采用磷化、3C1B、3C2B工藝的質(zhì)量水平基本相當(dāng)，生產(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定，根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，該工藝實(shí)現(xiàn)了綠色、低碳、節(jié)能、環(huán)保、減排的目標(biāo)，滿足了國(guó)內(nèi)環(huán)境要求苛刻的環(huán)太湖流域環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求，與傳統(tǒng)工藝相比，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本也有較明顯的優(yōu)勢(shì)。