1引言
汽车制造与生产过程中产生的各种环境污染，在涂装方面主要来自于生产过程中大量使用的化学品材料。怎么做好汽车的绿色制造，主要需要在以下二个方面进行：一方面优化涂装工艺，应用各种新材料，从提高汽车外表面涂层的装饰性，提高车身耐腐蚀功能以及更好的保护环境而努力；另一方面为适用新设备，新技术，以减少能源耗用，减少三废排放，降低生产运营成本。
2涂装工艺与材料
2.1前处理工艺与材料发展
当前，高效、安全低污染的无磷前处理工艺（硅烷、锆盐和二者复合的前处理技术）已开始逐步替代常规的整车前处理磷化技术，该新工艺具有如下优点：它的前处理液中不含有P、Ni、Mn、Zn、NO2等危险成分，从而大大降低了前处理有害物质的污染程度，另因其排放废水中不含第一类污染物重金属，从而可取消排放水预处理工序车间排口的设计与建设，减少了设施建设费用及污水处理成本；新工艺为基材常温下反应，相对有磷工艺反应需控制在35～40℃，有效降低了槽液反应温度，单位能耗大大减少;且膜反应生产时间缩短至30～90s，仅为磷化处理时间的一半；反应生成的沉渣比有磷工艺减少约90%或无沉渣，另还可减少工序（无表调和钝化工序）和适合各种底材（如冷轧板材、镀锌钢板、铝材、铜复合材料等）共线加工的优点。
2.2CO2雪花/干冰
微粒清洗技术主要应用于新能源汽车的高分子复合材料车体外覆盖部件的清洁工序中，干冰清洗技术以细颗粒状的干冰为主要清洁介质，利用压缩空气使微粒状干冰高速喷向被清洁物体的表面，使被清洁物体表层的污渍迅速冷冻至脆化并爆裂，微粒状干冰借助撞击效应迅速渗入清洁物基材与表面污渍中间，干冰迅速升华，体积膨胀，瞬时增加约八百倍，从而使得待清洁基材表面的污渍完全脱离剥落，实现清洗目的。它可以取代传统水洗技术以及溶剂擦拭前的表面处理技术，优势如下：不采用化学药品，无清洗废水等污染物;清洁控制系统集成度高，功耗较少；清洁时各控制参数可调，能适应各种形状及不同底材的清洁要求，使得涂装车间在绿色节能减排和降低运行成本方面取得了一定进步。
2.3电泳
汽车白车身电泳使用的阴极电泳漆需要同时具有泳透力好、涂层防锈性良好、涂层厚度内外板差异小等特点。目前具有上述特点的高泳透力电泳漆已经在国内主流汽车厂家得到普及应用，我司已于2015年适用。经过对我司适用的ECO3600高泳透力电泳漆特性与工艺性能等参数的深入研究及参照国内其它汽车厂家技术说明发现，高泳透力电泳漆具备了如下优良特点：①良好的泳透性能，可使汽车内表面及夹层电泳漆膜厚度达11μm以上以满足防锈性能需要时，车身外表面电泳漆膜厚度由18～22μm减少到了15～18μm，可减少汽车单车表面电泳涂料消耗20%以上；②可满足各种基材，并在基材中能够保持涂层厚薄基本一致，具有较好的高边缘防腐性、无铅，低VOC，高外观、低粗糙度等，可充分满足3C1B等汽车面漆工艺条件，确保所喷涂的汽车车身表面效果；③良好的表面品质可降低电泳打磨的强度，同时减少磨痕对涂层品质的影响；④可以有效降低电泳涂层干燥温度，实现低温干燥、烘干涂层所需的的温度下降至150～160℃，从而有效降低了能源消耗和二氧化碳排放量；⑤以往的电泳漆需管理的项目相比，高泳透电泳漆所需要控制的参数管理范围也相对较大，在生产过程中的轻微变化对电泳漆膜品质影响小，更加有利于涂装现场的管理与控制。
3密封胶
密封胶是作为汽车生产过程的辅助材料，它能够有效简化涂装生产工艺，提升车身部品强度。特别在防漏，减震、隔热、耐腐蚀、防尘、防松、降噪、防石击，降低自重、增强车辆的舒适感和可靠性等领域都具有特殊作用。密封胶已成为现代汽车生产中所必不可少的基础材料。低比重的PVC焊缝密封胶、膨胀型抗石击底涂等新型材料不断引入涂装生产现场。通常普通的PVC密封胶的比重一般都是一点四零g/cm3，而低比重PVC密封材料的比重一般控制在0.9～1.0g/cm3，在采用同样厚度密封材质的情形下能够有效减少密封材料使用量30%～35%。另汽车生产时所用的沥青阻尼板形状根据其在车身上的安装部位及需求，外形差异较大，因此占据了较大的储存空间，而且胶板铺设时需投放大量劳动力，同时运输及搬运过程中可带入灰尘，污染涂装车间环境，影响涂装车身生产品质。而采用新型的喷涂式减振隔间材料则可由机械手自动喷涂施工，从而实现胶板多式样，多车种的柔性共线生产，减少了人员投入，降低了制造成本。目前喷涂式减振隔声材质主要有PVC塑料有机气溶胶型、水基丙烯酸酯型等。
4中面漆材料发展
4.1中涂漆
中涂是指涂布在电泳底漆和车身面漆之间的涂层，起到连接电泳底层和面漆的功能，同时具备良好的填充性能，消除电泳底层如打磨砂磨纹等轻微不良；为面漆层提供良好的基底，增强与面漆之间的附着力，增加整个涂层的丰满度。提高整个涂层的装饰性和抗石击性。中涂层膜厚度通常为28～40微米，目前各大汽车厂家普遍应用水性中涂漆以满足环保要求。如我司适用的水性聚氨酯涂料，其施工固体分一般要求为50%～60%。而随着排放标准的不断提升，高固体份中涂漆也在不断的投入使用，通常采用氨基、聚氨酯、聚酯氨基等树脂生产的高固体份中涂漆，其施工固体分可超过60%，甚至达到70%，较一般中涂漆增加约10%～20%，VOC排放量则可下降约20%～30%。另粉末涂料虽然是VOC排放量较低的涂料之一，但却因为自动喷涂时清洗换色难等原因而长期未能应用。目前，国内除个别的车用零部件工厂以外，整车还没有应用先例，但随着喷涂设备的技术改进以及粉末水浆工艺技术的完善，未来这项新涂装技术也将变成汽车厂家的首选之一。
4.2面漆
汽车用面漆是汽车多层涂装中最后一层涂料，其可提升汽车的装饰性，提高涂层的耐侯性、耐蚀性，延长汽车的使用寿命，它在车体涂料中起到了关键的防护功能。通常由罩光漆和色漆组成。汽车用面漆通常应具备亮丽的颜色、极好的机械强度以适应汽车行驶中的震动，要求涂膜坚韧耐磨，抗石击性，抗摩擦性，抗划伤性好和良好的耐久性。目前，高档车辆面漆材料大多使用氨基、醇酸、丙烯酸、聚氨酯树脂等作为基料，耐久性良好的有机颜料和无机色素，再加上某些助剂，如紫外线吸收剂、流平剂、抗缩孔剂、电阻调制物等来获得满意的外形与性能。未来，面涂的主要趋势将是涂料水性化、粉末化、高固含量。水性面涂涂料一般采取“颜色底漆+罩光清漆”的配套方法，现水性面涂已普遍采用，其不仅耐候性和装饰性都较好，且由于以水为主要溶剂，涂装过程中的VOC排放量也大大减少了，同时由于仍存在2%～15%的有机溶剂，对施工条件和烘干环境的要求仍然很高，因此总体生产成本也较高。而从发展趋势上来看，无溶剂水性漆仍将作为未来开发的主要方向。目前，汽车用罩光清漆主要为溶剂型，导致VOC排放量较大；而从绿色环保角度出发，未来的罩光清漆必将以双组分、水性漆、粉末漆等为主;水性罩光清漆是在20世纪90年代为满足环境保护需要而研发的环保型涂料。这种涂料生产及使用成本较高、性能稳定性不够等缺点，因此还没有被行业广泛引用。2K高固化体份溶剂型使用范围更加广泛，在满足VOC控制需求的同时，防碰伤能力提高;粉末罩光漆大多使用丙烯酸树脂的粉末涂料，其生产成本相比于双组分聚氨酯清漆来说明显较高，但它节省了废弃物处置、VOC处理等其它运行成本，而随着生产规模的扩展，以及原材料成本的不断下降，其直接成本也会更加接近于双组分聚氨酯清漆，将进一步获得推广。
5涂料新技术&新设备
5.1前处理电泳车身翻滚输送技术
汽车白车身在进行涂装前处理电泳时，车身在沿生产线运行过程中，能够边向前进边完成纵向360°旋转。这项方法已经在涂装工厂前处理电泳工序等环节中被大量运用。这项技术的主要优点就是它不再需要槽体出入斜坡，大幅减少前处理电泳设备的总长度，同时节省了设备投资、原材料建浴时各化学品的投入及生产过程中清洗液的消耗等，而且减少了车身表面产生流挂及污染，提升车身内外部前处理电泳品质。目前应用比较广泛且较有特色的产品有杜尔（DUERR）公司的RoDip和艾森曼公司的多能穿梭机（Vario-Shuttle）。
5.2壁挂式喷漆机器人
将喷漆机器人的底座或手臂固定在喷漆室壁板外部，即是壁挂式喷漆机器人。壁挂式机器人不但能获得更大的动作范围，而且可通过降低喷漆机器人底座在喷漆室内的面积，实现喷涂室内机器人安装区域宽度减少，有效降低喷涂室内机器人区域横截面积；一般喷涂室宽度为5500mm，而外置的壁挂式喷漆机器人正常所需喷涂室内宽度为4800mm，如我司三工厂因适用此项技术最终实现喷涂室内机器人区域12.7%的送风率减少，即减少了12.7%的空调能耗;极大程度上改善了涂装车间的整体能源消耗，降低了生产成本。
5.3循环使用喷漆房空调风
涂装喷漆房的送排风量都较大，特别是适用水性涂料后，对喷漆房送风温度，湿度有着严格要求，为达成此目的，需消耗大量能源以满足其要求。以前送往喷漆房的空调风在经过喷漆房以及漆雾循环水处理系统之后都直接排入了大气中。目前，越来越多的涂料车间开始循环再使用于喷漆房的空调风，特别是适用水性涂料喷漆房的排气通过漆雾净化，过滤处理后，VOCs浓度较低，这样就能够将人工作业区的排气循环再使用到机器人喷涂作业区及流平室等无人区域，这样降低了新鲜空调风的使用量，进而实现了节能减排的目的。我司涂装车间中涂喷漆房循环风再使用方案是：中涂擦净区的排气在进行过滤处理后，循环使用于中涂机器人喷涂区域;面涂循环风的使用方法是：通过将面漆擦净区的排气，同样在经过过滤处理后循环使用至色漆自动化机器人喷漆区，最终可以降低整个喷涂区的10.8%的新风送风量和相应的能源消耗，实现绿色涂装。
6烘房能源节减与RTO余热利用
6.1涂装烘房
为了实现规模化生产，涂装烘房对于涂装来说是一道非常重要的工序。目前，工业涂装中液体涂膜转变为固体漆膜离不开涂装烘干设备烘房。涂装烘房的温度高，能源消耗大，约占整个涂装过程能源消耗的15%～25%，而其中仅有约30%左右的热能用于漆膜固化，其他大部份热能随台车、烘房炉体和废气排放散失了。所以在烘房的设计及建设过程中，要格外注意以下几个方面的节能：①烘房的保温性能，主要取决于岩棉的保温隔热能力，并且要绝对保证内板无缝焊接，无间隙发生，以杜绝热蒸气流入保温层，形成热桥以造成热量散失。因此通常在烘房运行时，烘房保温层外板的温度须低于45℃；②烘房进出口微负压设计，防止炉内热气体的溢出，一般情况下负压风量在500Nm3/h左右；③炉内烘干废气的合理排放量，一方面这种排放量的设定更多是为了安全着想，防止炉内溶剂浓度达到爆炸极限造成安全事故，因此大部份设计人员都把排放量设定的很大，从而导致大部份烘房的废气排出能耗都超过60%左右，而绝大部份的炉内溶剂含量都不足于10%LEL（通常设计标准是<25%LEL），从而造成炉内大量的热能空排，造成能源浪费；另一方面，炉内废气排放量设置基准为烘房内满车身干燥时的排放量，与烘房内待干燥车身的数量没有关联，导致在烘房升温及非连续生产过程中，烘房废气排放量过大，造成能源浪费，为解决以上现象，可设置废气排放伺服控制，排气量多少与炉内待干燥车身数量及废气浓度等关联，从而有效降低能源。
6.2喷漆室浓缩RTO与烘房RTO
喷漆室浓缩RTO一般是针对使用油性涂料的喷漆室，油性涂料造成喷漆室排气VOC排放量大；浓缩RTO就是为改善此排气状况而发展出来的一项新型工艺技术，它采用沸石转轮浓缩技术与高温焚烧相结合，将喷漆室大风量，低VOC浓度的排气经多重过滤袋过滤去除废气中颗粒物后（保证沸石多孔结构不被堵塞），再通过沸石转轮（吸咐+脱咐）后浓缩形成高浓度、小风量的废气，再高温焚烧，从而降低了废气处理运营成本，提升了废气处理效率。在处理喷漆室大风量、低浓度排气时，若不用沸石转轮，直接进行焚烧，则运营成本高昂。而先通过沸石转轮浓缩，生成的高浓度、低风量的废气则可有效降低废气燃烧成本，其次浓缩后的高浓度的废气本身可作为燃料，从而在燃烧时也能够降低燃料的消耗。烘房RTO是蓄热式热能燃烧装置，它能充分利用处理物的燃烧热，其基本原理是把来自涂装车间烘房的废气在780℃上焚烧，使废气中的挥发性有机化合物完全转化成CO2和H2O。燃烧所生成的高温气体通过特制的蜂窝式陶瓷蓄热材，使陶瓷材料升温并“蓄热”。此“蓄热”可以释放用来预热随后进入到的RTO的废气，从而节约废气升温时的燃料消耗。另因烘房RTO装置燃烧后排出的气体温度高达180℃左右，为了利用这部分能量，可建设余热回收装置，用来预加热涂装烘干炉的新鲜空气或用于前处理槽液加热，以更进一步地降低涂装能源消耗。
7结语
汽车涂装是一种能源密集型产业，“汽车绿色涂装工厂”方案能使企业真正实现高效生产和节能环保。“绿色涂装”是由当今各大汽车制造企业共同研发的课题，从涂装新材料，到涂装新工艺等各方面进行革新以实现增收节支，节能减排目的。绿色工厂的理念对于如令低碳环保时代的意义不言而喻，因此，对于汽车涂装新工艺、新材料和新装备的研发，需要继续不断探索，并逐步实现应用和普及。
参考文献：
[1]王锡春，李文刚.再谈“绿色涂装”—汽车“绿色涂装与涂料”的发展趋势（二）[J].关于中国涂料，2014，（9）：15-19.
[2]张川，黄鹏，孔飞.汽车绿色涂装技术发展现状浅析[J].汽车制造业，2018，（11）：49-50.
作者:葛永茂 单位:江苏悦达起亚汽车有限公司
