第30卷增刊 2007年12月
合肥工业大学学报
(自然科学版)
J OURNAL OF HEF EI UNIV ERSI TY O F TECHNOLO GY
Vol.30Sup
Dec.2007
李家伟
(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230022)
密度自干型
PVC 材料、杜邦公司的Eco concep t 工艺和立邦公司的3C1B 工艺。
关键词：汽车涂装；新工艺；新材料；节能环保；发展趋势
中图分类号:TQ63 文献标识码:A 文章编号:100325060(2007)(Sup )20128204
N ew technology and tr en d of development of automobile pa int ing
L I Ji a 2wei
(R &D Cent er ,Anhui J ianghuai Auto m o bil e Co.,L t d ,Hefei 230022,China)
Abstract :According to t he ti mes dema nd for energy reduction a nd envi ronment prot ection ,t he pape r di scusses t he new material s ,new proce sses ,t he t rend of development of a utomobile pai nt ing ,in t erm s of pret reat ment ,E 2coat ,PVC ,pri mer ,and t op coat.Mea nwhile ,it mainl y int roduce s t he OXSI 2
LAN p ret reat me nt technique ,t he super t hrowing power E 2coat ,t he lower densit y self 2dr y PVC ,DU PPON T Eco concept proce ss a nd N IPPON 3C1B proce ss.
K ey w or ds :a utomobile painting ;new p roce sses ;new mat erial s ;energy reduction ;t rend of develop 2ment
0 引 言
自2003年1月1日起实施的《中华人民共和国清洁生产促进法》到2006年12月1日实施的国家环境保护总局发布的《清洁生产标准-汽车制造业(涂装)》等一系列法规、标准的出台，可以看出国家对环境治理的决心与信心。尤其是《清洁生产标准-汽车制造业(涂装)》法规，对汽车制造业的污染物产生指标等做了明确要求，如表1所列。
为了适应时代要求，世界各大汽车涂料及设备厂家都将节能环保做为其产品的研发方向。同时各汽车制造厂也在积极与涂料、设备厂家合作，开发新的材料、工艺。
本文就当前汽车涂装的新技术和发展趋势做如下评述。表1 汽车制造业涂装清洁生产标准的指标要求污染物产生指标一级
二级
三级
废水产生量/(m 3m -2)≤0.09≤0.18≤0.27COD 产生量/(g m -2)≤100≤150≤200总磷产生量/(g m -2)≤5≤10≤20有机废气
(VOC)产生量/(g
m -2)
2C 2B 涂层≤30≤50≤703C 3B 涂层≤40≤60≤804C 4B 涂层≤50≤70≤905C 5B 涂层≤60≤80≤100废漆渣产生量/(g
m -2)
≤20≤50≤80
1 表面处理
当前，国内厂家普遍采用的前处理工艺：预清洗→预脱脂→脱脂→一次水洗→二次水洗→表调→磷化→三次水洗→四次水洗→一次纯水洗→二
次纯水洗。
这种工艺主要存在以下缺点:①能源消耗大：脱脂、磷化的工作温度一般为40～50℃，在给
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:190-.
槽液加热中，同时也有大部分热由于管路及槽体保温不佳而损失;②有大量的含磷、氮、铬等元素的废水排放;③生成锌盐磷化膜时产生的磷化渣，需作为废弃物处理。所以，耗能小、无污染的材料，是当今前处理发展的主要趋势。
虽然近年来为贯彻清洁生产标准开发了许多新的处理药剂和技术，如无磷无氮生物分解型脱脂剂、长效表调剂、低温低渣磷化处理剂、无亚硝酸的有机促进剂、无铬钝化和无钝化技术等，但传统的磷化处理受锌盐磷化处理剂的本质所限，以上缺点仍不能解决。为适应更高的环保节能的要求和简化工艺降低成本的需求，国外开发成功不用磷酸盐的涂装前表面处理技术。
1.1 氧化锆的转化膜
Henkel公司和Parker公司都成功开发了基于氧化锆的转化膜[1]，不含法规限制的重金属和磷酸盐。转化膜是非结晶质的氧化锆，膜重100mg/m2、膜厚40μm。在工艺上，取消了表调工序、缩短了成膜处理时间(120～90s)。由此可缩短设备长度和工艺时间。在环保方面，沉渣减少90%以上，消除了P、Ni、Mn,
F离子减少到原磷化处理工艺的1/8以下。目前这种转化膜的性能已经很接近锌盐磷化膜了。丰田汽车公司于2006年在零部件涂装线上开始投产应用，并纳入2010年轿车车身涂装工艺更新规划。
1.2 硅烷技术
Chemetall公司开发成功的最新的预处理技术———硅烷技术。这是采用OXSI L AN超薄的类似磷化晶体的三维网状结构的有机涂层，同时在界面形成的Si-O-Me(Me为金属阳离子)共价键分子间力很强，与金属表面和随后的涂膜形成良好的附着力。它与锌盐磷化处理相比，具有环保、节能、操作简便及成本低等优点。硅烷预处理工艺无需表面调整和钝化工序，可缩短工艺时间和设备长度，现有前处理设备不用改造，仅需要更换槽液即可投产应用，适用多种金属底材(冷轧板、镀锌板、铝板)的混线处理。处理膜重20～40mg/m2有机组份,40～80m g/m2无机组份。硅烷OXSAM9812预处理工艺参数：时间2mi n, 25～45℃，处理方式为喷淋或浸渍,p H值3.5～4.5。这种硅烷技术已应用于汽车轮毂的生产[2]。
1.3 卷板前处理和防腐涂料
G公司和公司都相继开发了可满足汽车车身要求的卷板前处理和防腐涂料，使应用预涂钢板制造车身成为可能，这将大大简化汽车车身制造工艺，可能使汽车车身涂装实现零排放。
虽然无磷表面处理技术已经研制成功，并应用在相关领域中(如轮毂)，但大规模的应用在汽车领域仍需
时日。PP G预计:①目前的三元磷化将用到2010年;②2010～2015年之间，无磷的表面处理技术将有一个上升的趋势。
2 电 泳
阴极电泳涂料用作汽车车身底漆已有30年历史，它是电泳涂装专用的水性涂料。现今全世界90%以上的汽车车身采用CED涂料，为适应环保节能的要求，已实现了低温化、低VOC化、无铅化及低加热减量化，开发了高泳透力、锐边耐蚀型等CED涂料。为进一步简化工艺、降低涂装成本，正在开发研究超高泳透力CED涂料和耐候性(耐U V)优良的C ED涂料。
2.1 超高泳透力CED涂料
为使汽车车身内表面的阴极电泳涂膜厚度达到10μm(耐蚀性要求的膜厚)，习惯做法是延长电泳时间(由3mi n增到4～5mi n)，提高电泳电压和车身外表面的膜厚。目前,P PG公司与丰田公司合作，正在开发超高泳透力涂料。丰田公司要求车身内腔膜厚10μm，外表面达到15μm，即内腔达到基本保护的要求下，外表面没必要用太厚的电泳膜。这样既可以减少涂料的使用量，也可减少VOC的排放量。现在涂装成本可降低10%，目标是降低20%。
2.2 耐侯性(耐UV)C ED涂料
为确保C ED涂料的耐蚀性，多使用环氧树脂，它易受光老化，耐侯性不佳。为适应简化工艺，无中涂的两涂层涂装体系的需要，开发采用表面平滑性好的耐侯性(耐UV)CED涂料。耐侯性CED涂料有2种类型：一种是丙烯树脂CED 涂料，另一种是层分离型高耐侯性C ED涂料。后者是利用溶解性参数的差异,2种相溶性低的树脂配合电泳涂装后，在烘干过程中在膜厚方向产生层分离，在一道工序中使耐侯性和防蚀性并存，使其上层不仅具有耐侯性，还具有耐崩裂性，才具有用于无中涂的涂装体系的可能性。
2005年，欧洲已全部使用无铅电泳漆，到2015年，将全部转向耐侯性(耐UV)电泳漆。
3 V涂料
V涂料是以聚氯乙烯树脂为主的塑料溶胶涂料，属无溶剂涂料，固化条件为温度～
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1
增刊李家伟：汽车涂装的新技术及发展趋势
PP Henkel
P C
P C
110
140℃，加热10～15mi n 或随中涂、面漆一道烘干。在轿车车身涂装工艺中,PV C 涂料作为填密缝隙用密封胶和车底涂料，以提高车身的密封舒适性和车身底板的耐蚀性和抗石击性。PVC 涂料的主要发展方向是低密度化，其密度由1.4g/cm 2可降到0.8g/cm 2[3]；其次是提高其与中涂、面漆的相溶性。
近年来国外公司在开发自干型(空气干燥)无PVC 的车底涂料、焊缝密封胶替代现用的PVC 系列的车底涂料、焊缝密封胶。日本丰田公司正在开发湿气固化(Moi st ure c ure)聚氨酯系列车底涂料，是一种橡胶型弹性变形材料，不含PVC 、重金属和溶剂，是自干型，不需烘干。在车身涂装合格后涂布。它具有耐崩裂性和防声阻尼功能。
4 中涂面漆(罩光)
汽车涂装中排出的VOC 主要来源于涂料和喷具的清洗，在汽车涂装线上VOC 的排出比例
汽车轮毂中，中涂和面漆分别占到了19%和36%，两者在VOC 排放量中占全部排放量的55%，所以控制VOC 的排放，主要在于控制中涂和面漆的VOC 排放，减少VOC 排出量必须更新采用环保型涂料。属于环保型涂料的有水性涂料、粉末涂料和超高固体份涂料。
在欧洲，水性涂料的应用较普遍，一代中涂(水性、粉末)已经开始被低成本转换概念(L CCC )二代中涂(低膜厚水性中涂和低膜厚粉末)所替代，烘干规范和溶剂型完全相同(20℃晾干6～8min 、升温6～8mi n 、160℃保温12～15mi n)，外观质量优于第一代；宽施工窗口
(50%～80%R H 、20～32℃)的金属和塑料通用的水性底漆开始应用，底漆喷涂与罩光漆之间不需要红外烘干和冷却，可以降低设备和生产
运行成本；双组份高固体份溶剂型或水性清漆应用比较普及，在适应VOC 排放要求的同时，抗擦伤性能进一步提高；粉末罩光漆的应用不断改进已经成熟，将进一步推广[4]。
为了适应不断提高的环保节能的要求，目前，中涂和面漆开始向简化工艺方向发展。下面就介绍几种新的工艺技术。4.1 DuPont Herbert s 的Eco concept 产品
为了降低涂装成本和减轻涂装公害，杜邦公司开发出将中涂涂料及其工艺全部省掉的新技术。其工艺对比如图1所示。
图1 Eco co ncept 与标准水性漆涂装工艺对比
Eco concept 是采用静态混合器向水性底漆中导入稳定化的基漆，即在第一涂层的WB 2B C 中加入第2个组分mi xing 2component 。在不改变面漆的烘干条件下，与面漆、清漆一起烘干。从而使底漆具有中涂漆的功能。其化学机理是在特殊设计的宽施工窗口水性基漆中，采用UV 防护颜料、高弹性聚氨酯和稳定剂改性，从而实现了中涂的阻挡紫外线穿透、抗石击和增加涂层附着力的功能。其原理如图2所示。
图2 Eco co ncep t 原理图
由于Eco concept 取消了中涂，它的膜厚也比
传统的水性漆膜厚小～5μ。(数据来源于杜邦)。的优点主要有①新(2)涂装车间比标准水性漆涂装车间的投资降低
30%，减掉中涂机器人和输漆系统、中涂喷漆房、闪干区和烘房、中涂的打磨间和擦净区以及中涂的场地和位置;②材料使用比标准水性漆涂装车间降低%，减掉了中涂工段喷漆间的全部水、压缩空
31合肥工业大学学报(自然科学版)
第30卷
400m E co c oncept :E co c on cept 20
气和能源消耗、中涂工段烘房的能源消耗、中涂工段的人工费用、中涂工段消耗的砂纸、黏性擦布、手套、中涂工段的清洁维护费用;③能量消耗比标准水性漆涂装车间降低30%;④VOC排放量比标准水性漆涂装车间降低10%。
目前，全球已有多个工厂采用DuPont EcoConcept工艺:Dai mler Chrysler不来梅工厂、BMW(MIN I车型)工厂、SEA T在Martorell工厂、V W西班牙工厂(POLO车型车型)及墨西哥工厂(宝来车型)。在中国，长春一汽正在对Du2 Pont EcoCo ncept工艺进行认可。
4.2 Nippon的3C1B工艺
立邦公司的有机溶剂型3C1B工艺，又称3W ET工艺。即中涂、底漆及罩光清漆3涂层湿碰湿喷涂，在一个喷室内喷完，一起烘干140～150℃。水性3WE T产品2007年将完成开发, 2008年将投入使用。工艺变化如图3所示。
图3 3C1B工艺流程
3C1B工艺采用高固体份中涂漆、底漆和罩光漆，通过改善中涂漆性能，得以调整膜厚度和按不同工位有效控制膜厚度(内板无中涂)，使中涂由传统的30～35μm降到20～25μm，仍能保证对底材的填充性和流平性；采用高效机器人喷涂，减少喷杯数提高涂着效率及涂装有效率，合理设计以减少换次数和换溶剂水泵量，从头回收溶剂。
3C1B工艺的优点:①经济：取消中涂烘干、冷却、打磨等工序；能耗降低20%～30%(通过CO2排放计算)；减少设备的使用(中涂喷房、烘炉、打磨工段)；涂料使用量降低约20%;②环保: VOC排放量降低约30%～40%(VOC排放量约35g/m2)。
3B工艺已用于日本马自达、海南马自达、南京福自达和沈阳金杯客车等涂装线，经济效益和社会效益较好(符合我国环保和节能政策要求)。但要求使用3C1B体系涂装的车体钢板、磷化膜和电泳漆膜等的缺陷很少或不深，不会影响到面漆后的光泽、表面状态和平滑性。在涂装前就需要对涂装车体、喷漆室、空调送风、涂装设备管路、压缩空气、喷漆工人及涂装材料等严格进行洁净处理，保证达到无尘涂装。
4.3 BA SF的双底涂工艺
BASF公司推出的双底涂工艺，即电泳底漆与中涂湿碰湿工艺，其功能与耐侯性电泳漆相似。BASF的这项新技术是先在底材上涂上15～25μm的α2Pri me电泳涂料，然后湿碰湿涂上15～25μm的β2Prime水性薄膜中涂，接着，这两层涂料在150℃下烘干15min。这样就减少了底漆打磨工序和电泳烘干[5]。
这种工艺所得涂层的外观和附着力优良，其耐蚀性、抗石击性和抗划伤性也有所提高。但这种工艺在国内还没有应用，也没有汽车厂家对其进行认可。
5 结束语
综上所述，未来的汽车涂装一定朝着环保、节能的方向发展，同时也在不断地提高涂膜耐蚀性、抗石击性及装饰性。主机厂要与世界上知名的化学品供应商、设备供应商合作，建立巩固的战略伙伴关系，开发出更简化的、更节能、更环保的工艺产品。
参 考 文 献
[1] 王锡春.汽车涂料涂装的环保和降成本技术的最新进展
[C]∥中国汽车工程学会装涂分会Sup.南京,2007:4.
[2] 陈慕祖，周 杰.硅烷技术一磷化技术的革命性变革[C]∥
中国汽车工程学会装涂分会Sup.南京,2007:67-70.
[3] 王树孝，张 东，马金胜.汽车涂料的研究方向[J].汽车工
艺与材料,2006,(10):27-28.
[4] 吴 涛.汽车涂装的国内外发展动态[J].汽车工艺与材料,
2006,(9):29-34.
[5] 王锡春.汽车涂装工艺技术[M].北京：化学工业出版社,
2005:92.
(责任编辑 闫杏丽)
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