汽车车身涂装技术与发展新趋势

汽车车身制造工艺学(论文）

题目:汽车车身涂装的新技术与发展趋势

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日期:2013年5月13日

汽车车身涂装的新技术和发展趋势

21世纪被称为面向环境的新世纪,环境保护备受全球关注，并已成为人类最迫切的研究课题。汽车及其零部件的涂装是汽车制造过程中产生三废排放最多的环节之一,所以减少涂装公害、降低涂装成本、提高涂装质量一直是涂装技术发展的主题。

保护地球环境,贯彻落实国际标准ＩSO 900１－14001,减少挥发性有机化合物(VOＣ,涂料中含的有机溶剂等),禁用有害物质(铅、铬、汞、六价铬）。对汽车制造业的污染物产生指标等做了明确的要求，如下表1。

汽车制造业的污染物产生指标表1

,转交给专业公司承包管理。这种涂装方式为汽车生产管理走向专业化、社会化以降低成本,从而汽车厂可以集中精力开发、销售汽车。

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→一次纯水洗→二次纯水洗。

这种工艺主要存在以下缺点:

⑴能源消耗大:脱脂、磷化的工作温度一般为40～50℃，在给槽液加热中，同时也有大部分热由于管路及槽体保温不佳而损失；

⑵有大量的含磷、氮、铬等元素的废水排放;

⑶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。

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，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/㎡、膜厚40μm。在工艺上,取消了表调工序、缩短了成膜处理时间(9０~１20ｓ)。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年轿车车上涂装工艺更新规划。

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OXSIAＮ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,适用多种金属底材的混线处理。

1.3 卷板前处理和防腐涂料

PPG公司和Henkel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。

２电泳

阴极电泳涂料用作汽车车身底漆已有3６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,正在研发超高泳透力CED涂料和耐侯性优良的CED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,提高电泳电压和车身外表面的膜厚。目前,PＰG 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，外边面没必要要用太厚的电泳膜。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 耐候性CED涂料

为确保ＣＥＤ涂料的耐蚀性,多使用环氧树脂,它易受光老化，耐候性不佳。为适应简化工艺，无中涂料的两层涂装体系的需要,开发采用表面平滑性好的耐候性涂料。耐候性涂料有两种类型:一种是丙烯树脂ＣＥＤ涂料;另一种是层分离型高耐候CEＤ涂料。后者是利用溶解性参数的差异，两种相容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，在一道工序中使耐候性和防腐性并存,使其上层不仅具有耐候性，还具有耐崩裂性，才具有用于无中涂料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，将全部转向耐候性电泳漆。

3 PVC涂料

ＰVＣ是以聚氯乙烯树脂为主的塑料溶胶涂料，属于无溶剂涂料，固化条件温度１10～１40℃,加热1０~15ｍiｎ或随中涂、面漆一道烘干。在轿车车身涂装工艺中,PVC涂料作为填密缝隙用密封胶和车底涂料,以提高车身的密封性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/ｃm2可降到0.8 g/cm2;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的排出比例中，中途和面漆分别占到了19%和3６%，两者在VOC排放量中占全部排放的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（LCCC)二代中涂(低膜厚水性中涂和低膜厚粉末）所代替,烘干规范和溶剂型完全相同（20℃晾干６~８min、升温6～8mｉn、１60℃保温12～15min)，外观质量优于第一代;宽施工窗口(5０％~80%RH、20～32℃）的金属和塑料通用的水性底色漆开始应用,底色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。

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 Herbertsde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 conｃept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色漆中导入稳定化的基色漆,即在第一涂层的WＢ—BC中导入第2个组分ｍiｘing ｃompｏneｎt。在不改变面漆的烘干条件下，与面漆、清漆一起烘干。从而使底色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底色漆中，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 coｎcept原理图

由于Ecｏｃｏncept取消了中涂，它的膜厚也比传统的水性漆膜厚小40～5０μm。Eｃo conｃeｐt的优点主要有：①新(Ｅｃｏ concept)涂装车间比标准水性漆涂装车间的投资降低30%,减掉中途机器人和输漆系统、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２0%，减掉了中涂工段喷漆间的全部水、压缩空气和能源消耗、中途工段烘房的能源消耗、中途工段的人工费用、中途工段消耗的砂纸、粘性擦布、手套、中途工段的清洁维护费用;③能源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：Ｄaｉmｌer Cｈｒysｌｅr不来梅工厂、BMW(ＭIＮI车型)工厂、SEAT在Marｔorell工厂、VW西班牙工厂(ＰOLO车型)及墨西哥工厂（宝来车型)。在中国，长春一汽正在对ＤuPｏnt EcoConｃept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3WET工艺。即中涂、底色漆及罩光清漆３涂层湿碰湿喷漆涂,在一个喷室内喷完，一起烘干１40~１５0℃。水性3ＷＥT产品2０07年已完成开发，２008年已投入使用。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、底色漆和罩光漆，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)，使中涂有传统的３

0～3５μｍ降到20~2５μm,仍能保证对底材的填充型和平流性；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,合理设计以减少换色次数和换色溶剂水崩量，从枪头回收溶剂。

3C１B工艺的优点:①经济：取消中途烘干、冷却、打磨等工序；能耗降低20%~30%（通过二氧化碳排放计算);减少设备的使用(中涂喷房、烘炉、打磨工段);涂料使用量降低20%;②环保:ＶOＣ排放量降低30%～40%(VOC排放量约3５g／㎡)。

3C1B工艺以用于日本马达、海南马自达、南京福特马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 ＢＡSF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,其功能与耐候性电泳漆相似。BＡSＦ的这项新技术是先在底材上涂上15~25μｍ的α-Ｐrime 电泳涂料，然后湿碰湿涂上15~25μm的β－Primｅ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。

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

从上所述，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、抗石击性和装饰性。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、更节能的、更环保的工艺产品。

我国汽车涂装技术与国际水平的差距在不断缩小,但发展仍不平衡，就涂装质量的保证而言，几大轿车生产企业已经达到国际水平，但综合比较仍有10年左右的差距,主要体现在清洁生产技术方面；就汽车涂装生产关键装备技术而言,我国可能在今后相当长的时间内主要依赖进口。预计我国在未来10~15年内，汽车涂装水平将全面与国际接轨，加快节约资源和环保技术的应用。