2020涂装技术发展趋势如何?‍一文解答!

涂装材料、涂装工艺与设备、涂装管理是汽车涂装的三大要素,相互之间相辅相成,涂装采用化学品施工决定了其在效果开发、EHS、能耗管理、有效应用、智能技术方面存在诸多的提升价值。

新涂装材料的应用

新涂装材料的应用是涂装技术进步的先导,汽车、手机等消费品特殊效果颜色工艺成为打开市场的重要发力点,双高产品(高耐候、高防腐)产品受到汽车底盘等环境苛刻应用领域的追捧。在不断满足涂层性能要求、提高外观价值的前提下,始终以应用可减少公害、降低涂装成本的材料为主要发展目标。

由生物可降解性活性剂配制的脱脂剂、无镍磷化液、无亚硝酸盐磷化液、无铬钝化剂、低温脱脂剂处理温度43℃、性能与常规相同的低温35℃少渣比常规低10%~30%磷化液、无铅无锡阴极电泳涂料及低温固化160℃/10min、低加热减量4%以下、低VOC挥发量0.4%~0.8%型阴极电泳涂料在欧美及日本已经推广应用多年。在一些国家和地区,可替代传统中涂的二次电泳涂料已经开始应用。

近几年新建涂装线上已多采用水性涂料,部分改造的涂装线采用高固体分涂料,阻尼材料、防锈蜡、密封胶等也纷纷采用水性或纯固体份材料,目前的重点是采用这些环保材料的前提下能够在能耗和施工性上逐步达到原有溶剂型材料的能力,且尽力避免这些环保材料带来的生产工序外不环保的因素,如水性漆的水体污染问题。目前,粉末清漆在一般工业逐步成熟的基础上已经开始应用于轿车的车身涂装。继粉末罩光漆工业化应用后,粉末金属底色也已经商业化。在北美,粉末中涂已经工业化应用多年,欧美的紫外光UV固化涂料在汽车涂装中的应用技术已经接近成熟。

随着全球环境的不断恶化,我们必须大幅度提高车辆涂层的耐酸雨性能和抗擦伤性能。近几年来,减小汽车车身内外表面电泳底漆膜厚差的高泳透力、低颜料分的电泳涂料、耐酸雨和抗擦伤面漆、多色中涂和采用粘度控制技术涂料等得到普遍应用。

单一的表面涂层不能满足表面工程设计中苛刻的工况条件,任何表面处理均有其不同的优缺点,因为利用不同涂层材料的性能优点,在基体表面形成多元多层复合涂层(含万分渐变的梯度层)具有重大的意义。国外已开展单层涂层厚度为纳米级,层数在100层以上的多元多层复合涂层技术的研究,所制备的涂层具有较高的耐腐性、韧性和强度,和基体的结合强度也好,表面粗糙度低,这对高精高速切削机械加工十分有利。在形状复杂的刀具、模具、钻头等工件表面沉积上一层很薄的金刚石薄膜,可提高工件的使用性能,并满足一些特殊条件的需求。近年来,由于金刚石薄膜的优异性能以及广泛的应用前景,日本、美国、西欧均进行大量的研究工作,并开发了多种金刚石涂层工艺技术,已在国内外掀起金刚石涂层研究的热潮。

涂装材料的安全性现在也被逐渐重视,除了严格限制材料中的有毒有害物质,对清洗溶剂等材料中的闪电要求也越来越严格,怎样平衡清洗能力和燃爆安全性等指标,成为评价优秀清洗产品的关键指标,而性能卓越的无毒阻燃材料,成为建筑行业的新宠。

涂装工艺与设备

近十多年来,涂装工艺及设备的进步主要体现在环保型涂装材料的应用,减少废水、废渣的排放,降低成本,优化汽车生产过程等几个方面。由于涂装材料的进步,车身涂层体系的设计也有了革命性的进展,几种典型的新涂装体系及新技术已经或即将用于工业生产。因为最近今年新建涂装线较多,我国目前汽车涂装工艺及设备应用方面总体已达到全球先进水平,但关键设备多为进口,涂装相关的工艺和设备开发能力和国际先进水平尚有些差距。

1 节水及废料回收技术‍

表面清洁是涂装耗水量和废水排放量最大的环节,一些公司引进了国外先进的常温机械式油水分离技术,使得表面处理清洗液的有效寿命大大增加,减少了废水处理和排放压力。随着膜技术的不断成熟,采用膜分离技术UF和RO回收脱脂液,再生清洗水和前处理废水,使得实现真正意义的电泳闭路清洗成为可能,目前已经在一些生产线上得到应用。优秀的膜技术加上高效蒸发等设备,已经在太湖流域新建的汽车涂装线上实现零排放。

近几年来,随着发达国家环保涂料的工业化应用,一些涂料的循环利用技术如粉末浆再循环利用技术,粉末底色及清漆回收技术,废漆絮凝干燥器技术,超滤法、冷却法和静电吸附法回收水性漆技术,过喷漆雾的水性漆回收技术等也得以应用,从而使涂装线的涂料利用率进一步提高,最大限度地减少废漆渣的排放。

目前,这些技术的核心部件也多为国外引进,需要国内企业多投入开发以降低应用成本。‍

2 几种新的车身涂装工艺‍

逆过程工艺:在车身外表面先喷涂粉末涂料,待热熔融后再进行电泳涂装,随后粉末/电泳涂膜一起烘干。使用这种工艺约可减少60%的电泳涂料用量,用厚度为70μm的粉末涂层替代车身外表面的电泳底漆和中涂层,取消中涂及烘干工序,从而节省材料和能源费用,降低VOC排放量。

二次电泳工艺:采用两涂层电泳材料,用第二层电泳35~40μm替代中涂。电泳工艺自动化施工稳定可靠性高,一次合格率高,材料利用率高,设备投资少不需空调系统,因此可节省费用的48%,减少了维修频次及传统中涂的漆渣和VOC排放。

一体化涂装工艺三涂层概念:采用与面漆同色的功能层15μm替代中涂,功能层与面漆底色间不需烘干,取消中涂线,在提高生产效率的同时,大幅降低了VOC排放量。‍

汽车喷涂工艺的演化

3 敷膜技术替代塑料覆盖件涂装

敷膜技术是预制一种适应于热成形的面漆涂膜,其经热成形后的产品的面漆性能和外观与传统的烘烤喷涂涂膜非常相近。该技术主要应用于塑料件生产,采用“夹物模压”或“内模”工艺将预制好的复合涂膜在塑料件浇注成形的同时完成成形并与塑料件熔为一体,得到无缺陷的涂装覆盖件。车身骨架采用传统冲压焊装工艺制造,涂装车间只对车身骨架进行涂装,面漆采用粉末喷涂技术。由于车身骨架外露面积较小,所以面漆颜色不必与覆盖件相同,深浅各1种即可。大面积的覆盖件都是采用敷膜技术制造的塑料件,颜色有上千种。这样大大简化了车身涂装工艺,在降低涂装成本的同时,使涂装的VOC排放达到7g/m2左右,远低于欧洲排放法规的要求。

目前,新能源汽车正在开发铝车身骨架+塑料蒙皮工艺,采用这一工艺的汽车制造过程,将有望基本上消灭涂装工艺,对这一革命性技术路径,汽车涂装从业人员应高度重视。

4 车身涂装P2ZERO概念

所谓P2Zero概念就是零排放油漆车间。在满足苛刻的环保要求和用户质量要求的前提下,减少三废处理的成本,减少油漆车间操作成本和简化油漆工艺。车身钢板的防腐底漆在制成零件前进行涂覆,进入油漆车间的车身不需再涂底漆,只喷涂一道粉末底色和一道粉末罩光,因此,可最大限度地减少工艺等待时间、取消传统的调漆间、工艺调整更加灵活、从钢板到涂漆前车身的生产过程取消防锈工艺、彻底消除传统涂装焊缝及空腔结构防腐差的问题、节省涂装车间面积、降低三废处理费用、无需漆渣系统及废漆处理系统、无喷漆室排气、空气污染和固体废料趋于零、无液体排放、涂料制造及使用效率大于95%、无气味无危险。

5 底盘类零件的涂装

在发达国家,底盘类零件涂装普遍采用磷化、阴极电泳或粉末喷涂工艺,大总成一般是零件先进行电泳或粉末喷涂,然后装配,根据需要再对总成喷涂低温或室温固化面漆。由于阴极电泳和粉末涂层具有良好的机械性能,有些零件的机械加工可以在涂装后进行,这样可以避免零件在涂装前因加工时间长而锈蚀。车架、底盘类零件毛胚多是热轧板和铸件,成形前或涂装前多采用喷丸或喷砂处理,酸洗处理已经逐渐被淘汰。目前,我国的零部件涂装生产规模普遍较小,总体上相对落后。轿车及其他小型乘用车相对较好,载货车、客车、农用运输车的涂装工艺和使用的涂料水平都不高。

6 高利用率车身“打印”喷涂

Durr、ABB、Sames等国外领先喷涂设备供应商,今年都不约而同地推出了“打印”涂装技术,根据计划,2020年实现可应用于立面的车身装饰性喷涂,2021年能够实现真正的汽车车身叠色喷涂,未来希望将这一无过喷技术应用于全车喷涂,实现涂料接近100%的有效利用,大幅度降低涂装成本和提高环保水平。粉末涂装、打印涂装、免喷涂技术,是未来涂装技术革新中三个重要的竞争性技术,各种技术力量都在发力研发以求在下一代涂装技术竞争中确立市场优势。‍

7 新型涂装运输机

国内目前车身涂装线前处理和电泳采用的典型运输机有推杆悬链、摆杆链和程控葫芦。它们各有优缺点,共同的缺点是都不能解决车身内部诸多空腔结构体内的有效排气问题,尤其是车顶盖内的气袋问题。这些部位不能得到磷化和电泳处理。新型的多功能穿梭机VarioShuttle和滚浸运输机RoDip诞生后,不仅解决了这些问题,而且继承了前述的运输机的所有优点。

目前,采用立体库储存转运涂装产品的技术已经比较常见,国外设备公司更是开发了新型的托盘输送技术,采用这一技术的涂装线,将没有我们常见的那些地面输送机构,且实现了工艺上更加灵活的应用。‍

8 智能电动技术成为趋势

电驱动技术具有体积小、结构简单、可智能控制等优点,最近十年涂料供应系统开始从气动、液压陆续转向智能电动调节,国外密封胶最近也开始采用智能电动系统,调节施工温湿度的大型涂装制冷机组也从燃气、蒸汽转向电驱动。

9 其他涂装设备结构和功能的改进

目前新的涂装设备的结构材料根据不同的防腐要求,多以对应型号的以不锈钢为主,设备的电气线路均设计在设备结构中,取消了电气管路,设备的模块化设计和车间的立体分区布置,最大限度地保证涂装的高清洁度要求和安全防火要求。无外部风管及内部辐射强化对流的新一代烘干室,大幅度提高了热效率和烘干温度的均匀性。随着机器人技术的进步,以往人工施工的清洁、喷涂、密封、注蜡、遮蔽等作业逐渐被多自由度的喷涂机器人取代。运动部件普遍采用高性能非金属材料,大幅度降低传动噪音。

涂装管理

涂装管理包括涂装和相关材料的订货、材料质量控制和施工过程的控制等方面。由于涂装使用的材料品种繁多、在储运过程中易变质、工艺流程长、需要控制的参数多等原因,管理复杂程度很高。在汽涂装材料的发展促进了涂装技术的进步,为了降低涂装成本,供货方式也从单一的材料供货过渡为系统供货。世界各大汽车制造企业历来对涂装管理极为重视,由涂料厂商直接负责涂装生产的技术管理,使汽车生产厂的涂装管理大大简化,涂装一次合格率提高,生产成本降低。

近几年,部分有实力的涂装材料公司和涂装设备公司又推出了BOT服务模式,即汽车公司的涂装车间由涂装材料公司或涂装设备公司投资建设,并负责生产管理,根据汽车公司的整车生产计划进行涂装生产,供给汽车公司的是合格的涂膜。汽车公司只需制定技术标准的和验收监督涂装产品质量。这将成为涂装管理的一大发展趋势。

我国涂装技术与国际水平的差距在不断缩小,但发展仍不均衡,就涂装质量的保证而言,先进生产企业已经达到国际水平,但综合比较仍有差距。比如洁净度的管理,国内绝大部分公司管理上和真正的丰田理念存在极大差距,大部分历史不长的企业,甚至十分忽视制造过程中的设计和管理,使得产品失去持续的市场竞争力,需要今后长时间的坚持努力并借助方兴未艾的智能制造技术不断提升。‍

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