0 引言
在市場競爭日趨激烈和環保法規日益嚴格的形勢下，保證質量、降低成本、綠色環保、低碳、節能減排成為了汽車涂裝工藝發展的趨勢和方向。硅烷薄膜型前處理工藝和水性B1B2免中涂工藝已逐步在國內汽車涂裝行業得到應用。經過大量的調研、工藝試驗研究，上述綠色涂裝新工藝得以在北汽鎮江涂裝車間成功應用，以下就其應用情況作具體分析。
1 北汽鎮江綠色涂裝工藝簡介
北汽鎮江涂裝車間主要工序：前處理電泳線、涂膠線、面漆線、修飾報交線、注蠟線。為滿足環保要求，主要涂裝材料采用無磷無氮低溫脫脂劑、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涂裝前處理行業中一種替代傳統磷化的新興綠色環保產品，目前正在逐步被汽車廠涂裝所接受和應用。
2.1 硅烷與傳統磷化工藝流程對比
傳統磷化工藝：熱水洗、預脫脂、脫脂、水洗1、水洗2、新鮮水噴淋、表調、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磷化工藝中的表調工序，用純水洗替代，并可取消磷化后的2道水洗工序，處理工序和生產線長度縮短。
2.2 2種前處理工藝參數對比
硅烷與磷化工藝參數對比見表1。
2.3 2種前處理設備投資對比
2種前處理設備投資對比見表2。
采用硅烷技術預計節省成本：槽體長度少4 m，少2道水洗，生產線長度少10 m，包括室體、管路、平臺等，節省約80萬元;少200 m3/h、30 m揚程的循環泵1臺，SUS316L材質，安裝包括附屬設備節省約30萬元;除渣系統節省約30萬元;酸洗系統節省約 15萬元;加料系統和軸封系統節省約15萬元;基礎施工節省約30萬元;共計節省約200萬元。
3 B1B2免中涂面漆工藝
3種面漆工藝流程對比如下。
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、中涂預烘干、噴水性色漆、色漆預烘干、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、色漆預烘干、噴2K清漆、面漆烘干。
圖1是北汽鎮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構照片。
B1B2工藝是流程最少的汽車面漆工藝，通過色漆的優化，在保留原中涂涂層抗紫外及抗石擊功能的同時，省去中涂生產線的工藝設備、作業人員及能耗成本，可大幅度降低VOC的排放，同時可以實現傳統工藝所有顏色的噴涂。
4 節能新減排技術
4.1 LED照明
在焊縫密封、鈑金修正、底涂、裙邊PVC、PVC Audit、噴漆自動段、潔凈室、流平室、注蠟室對檢查要求不高的工位使用節能、環保、壽命更長的LED照明替代熒光光源。在照度不變的情況下，運行能耗減少約50%;在同樣能耗情況下，照度為傳統熒光燈具的3 ~ 5倍，LED燈具壽命為30 000 ~ 50 000 h，節約了使用成本。
4.2 內噴機器人+循環風
噴漆線采用IRB5500機器人和IRB5350 機器人共50臺，搭配RB1000 SAD和SSD內加電旋杯，配合開門和開蓋機器人進行內外板連續式噴涂，實現了無人化全自動噴涂。相對于普通噴槍，涂著效率提升，油漆節省約30%，在滿足高質量標準的同時，做到了節能環保。
噴漆室送風循環風約占70%，與全新風相比，大幅節約了空調能耗，噴漆室能耗降低約45%，同時可提高噴漆廢氣VOC濃度，降低VOC焚燒用天然氣能耗。噴漆室循環風示意見圖2。
4.3 噴漆室廢氣處理
噴漆室廢氣處理采用“轉輪濃縮+TNV”，每組轉輪處理風量約100 000 m3/h，廢氣濃縮倍數約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
熱泵技術在循環風空調上應用，減少了加熱設備(鍋爐、管路、控制設備等)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，單體循環風空調運行成本降低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
底涂摩擦輸送系統相對于鏈式輸送設備沒有返回鏈條，空間利用率大，快速移動時沒有鏈式傳動的聲響，噪聲小，輸送速度大，可滿足更高的節拍生產要求。能耗低，每個摩擦驅動為 ~ kW，接力式傳動，不需要所有電機同時運行，故能降低能耗;不需要潤滑鏈條，沒有油污、粉塵和噪聲之類的污染，維護調整方便，單個驅動及部件的損壞不影響整體運行，且更換方便。
5 產品質量
汽車涂裝的主要目的是為車身提供生命周期內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定》進行1 000 h連續耐鹽霧的試驗，結果硅烷和磷化前處理都能滿足“無起泡等異?，F象，單邊擴蝕<2 mm”的標準要求，表明硅烷前處理工藝處理的汽車外板的防腐蝕性能合格。通過實驗室中硅烷和磷化(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結果對比，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果為車身內腔結構部位均滿足大于8 μm的標準要求，說明硅烷前處理工藝處理的車身內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據對比見表3，數據表明采用硅烷和磷化前處理對電泳漆膜的粗糙度影響不大，粗糙度水平基本持平。表3中的數據為不同工廠產品，鋼板的粗糙度也有一定差異，電泳漆型號也不同，但如果選擇合適的電泳漆，硅烷對電泳漆膜粗糙度影響并不大，可達到傳統磷化甚至更好的水平。
不論是實驗室還是實際生產線，具體數據均表明，采用硅烷前處理的車身整體防腐性能和粗糙度都能達到與傳統磷化相當的水平。
5.3 B1B2面漆外觀效果和耐候性
選擇3個采用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)作為對比對象，在面漆光澤、長波、短波、鮮映性(DOI)指標上進行橫向對比。
5.3.1 光澤
3種工藝的面漆20°光澤數據見表4，由表4可知其光澤數據都在91% ~ 93%之間，基本相同并都滿足標準要求，且差異不大，在光澤數據上B1B2能達到與3C1B、3C2B面漆工藝同等的水平。
5.3.2 長波
3種工藝的長波對比見表5。
5.3.3 短波
3種工藝的短波對比見表6。
5.3.4 鮮映性(DOI)
3種工藝的鮮映性(DOI)對比見表7。
3種工藝的面漆橘皮數據基本相同，都滿足標準要求，且差異不大，在橘皮數據上 B1B2能達到與3C1B、3C2B面漆工藝同等的水平。
5.3.5 耐候性
B1B2工藝復合涂層經過人工氣候老化和人工輻射曝露濾過的氙弧輻射2 000 h(GB/T 1865—1997)和海南24個月自然氣候曝露試驗(GB/T 9276—1996)結果均能滿足標準要求，且與3C1B、3C2B工藝復合涂層基本相當，3種不同面漆工藝的涂層耐候性指標處于同等水平。
通過以上數據說明采用B1B2工藝面漆的車身在外觀數據和耐候性指標上與3C1B、3C2B工藝面漆基本相當，處于同一水平。
6 運營成本
6.1 前處理
北汽鎮江工廠采用的硅烷前處理工藝生產柔性強，處理溫度低，蒸氣用量少，折合電量每臺車節省約13 kW·h;另外產渣量極少，固廢處理費用單車降低約元。
6.2 面漆
北汽鎮江工廠采用的B1B2免中涂工藝較傳統的3C2B工藝具有節能、環保、精益的特點。減少中涂線和中涂打磨線，按15萬臺/a的產能計，設備固定資產投資節約2 716.2萬元，生產運行成本每年減少約195萬元，人力成本每年減少約500萬元，綜合運營成本每年節省約700萬元，單臺成本節省約47元。北汽鎮江工廠采用的B1B2工藝較3C1B涂裝工藝，減少了1條中涂閃干爐及強冷，其綜合運營成本每年節省約 110萬元，單臺能耗成本節省約7.4元。
7 環境效益分析
7.1 前處理廢水
北汽鎮江工廠采用“硅烷+高泳透電泳漆+中水回用”，配備有污水處理站，含氮磷廢水經過預處理、生化處理、超濾、反滲透、蒸發濃縮等工藝，達到高標準中水進行回用，基本實現廢水“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于磷化前處理更容易、更經濟。硅烷不需和磷化一樣使用亞硝酸鈉促進劑，亞硝酸鈉被證明是一種致癌物質。硅烷的產渣量小于0.1 g/m2，而磷化一般產渣量為2 ~ 5 g/m2。另外，北汽鎮江采用的脫脂劑為低溫無磷無氮的產品，從源頭上避免了廢水中富營養元素的排放。
北汽鎮江工廠采用的硅烷前處理工藝不需要表調工序，表調槽因槽液老化必須每半個月重新換槽和每天溢流槽液，因而節約大量工藝用水，單臺耗水量較采用磷化工藝減少約 t，且產生的廢水很少，圖3(B1B2：北汽鎮江采用的“硅烷+B1B2”工藝;3C1B：北汽集團其他工廠采用的“磷化+3C1B”工藝;3C2B：北汽集團其他工廠采用的“磷化+3C2B”工藝)所示的北汽鎮江工廠的單臺耗水量較采用磷化工藝的其他2個工廠有較大優勢，北汽鎮江工廠較采用傳統工藝3C2B、3C1B的天然氣耗量也有明顯優勢，只有耗電量因為產量差異太大，平均到單耗上，3C2B工藝優勢明顯，原因為該工廠產量大且接近于設計產能，而其他2個工廠剛剛量產，處于調試和產能爬升階段，遠未達到設計產能，而產量相當時，3C1B工藝則略有優勢。
7.2 面漆廢氣
噴漆采用“緊湊型水性免中涂B1B2工藝+循環風+風冷熱回收+轉輪濃縮+TNV廢氣焚燒”，基本實現了VOC廢氣“零”排放。 B1B2水性免中涂工藝的膜厚比傳統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“循環風+風冷熱回收”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、打磨室等設備，較3C1B減少了中涂閃干爐及強冷，生產線精簡，而這些設備的運行要消耗大量的天然氣及電能，降低了15% ~ 20%的CO2排放。
8 結語
北汽鎮江涂裝車間批量生產的涂裝車身各項質量指標均符合公司標準，與采用磷化、3C1B、3C2B工藝的質量水平基本相當，生產線運行穩定，根據生產運行的數據統計表明，該工藝實現了綠色、低碳、節能、環保、減排的目標，滿足了國內環境要求苛刻的環太湖流域環境標準要求，與傳統工藝相比，生產運營成本也有較明顯的優勢。
