涂裝車間的水性化改造探討和實踐

沈維正

摘 要：為了減少老汽車工廠涂裝車間VOC的排放量，應有針對性的更新整改其工藝流程、規劃部署，并依照新工藝開展系統化的升級改造工作，進而滿足現行環保相關規范要求。且為了降低工程造價，建議把老工廠溶劑型涂裝工藝整改成水性涂裝工藝。文章結合具體案例，較為詳細的論述水性漆改造項目的工藝部署與整改流程，取得較理想的實踐效果。

關鍵詞：汽車涂裝;VOC水性化改造;涂裝工藝

中圖分類號：TQ639 文獻標識碼：A

0 引言

“十三五規劃”發布以來，工業工藝怎樣實現綠色、環保再度成為該領域中的一個重要議題，國家陸續頒發重要文件，明確要求相關部門加大VOCs污染的管理、控制力度，汽車工業涂裝是排放VOCs污染的重要一環。為落實國家號召，改善生態環境質量，近些年很多地區的老汽車廠紛紛改造，嘗試利用水性漆把傳統溶劑型涂料取而代之完成噴涂工序，一方面減少工業涂裝環節VOC的排放量，另一方面也為涂裝行業內水性漆普及應用提供一定理論支持。

1 改造前的狀態

某汽車廠在上個世紀90年代就已建成，涂裝車站II區是由機械工業二院負責建設施工。

在改造措施實施前期，車間生產的車型主要有新賽歐、創酷、賽歐3等，其中賽歐3當時正處于新產品的啟動階段。改造時是10/10雙班生產模式，產能相對緊張，故而需要盡量減縮改造周期，借此方式緩解其對產能形成的壓力[1]。

（1）電泳系統應用了業內最新的透力無鉛電泳漆;

（2）密封線內外部統一使用了手工密封法，底部密封時采用了機械配合手工施工方案;

（3）利用4臺Fanuc機器人對中涂線的外表層進行噴涂處理，選用溶劑型涂料作為噴涂漆;

（4）色漆工位人工噴涂內表面，ESTA側利用噴機噴涂外表層;指派人工將清漆噴涂在內表層，ESTA側噴機與3臺Fanuc機器人協同完成外表面的噴涂任務;面漆都選用溶劑型涂料;

（5）空調系統的功能只有加熱、加濕兩大項，不能實現對溫、濕度指標的精確調控，這是導致夏天噴房中過熱，土層外觀質量偏差的主要客觀因素之一;其他空調設備只能對特定崗位送風，對操作過程不能實現全面覆蓋，作業環境條件偏差。

2 改造方案

組織技術人員在前期分析主客觀諸多影響因素，進行全方位論證分析以后，擬定采用如下改造方案：

（1）把色漆從溶劑型涂料整改成水性涂料;

（2）針對中涂、面漆噴房的ESTA與老舊機器人，將其整體整改成新的機器人;

（3）更新升級空調系統，增設控溫、控濕功能;

（4）強內表面噴涂工藝更新成四門用電泳+色漆、清漆工藝，前蓋用電泳+色漆工藝，后蓋噴涂工藝僅是把前蓋內的色漆替換成色漆、清漆。

在改造色漆系統過程中，和既往采用的溶劑型面漆工藝相比較，水性漆內的水分含量有較明顯的提升，清漆噴涂時要求其底層色漆的脫水率一定要符合現行的工藝要求（>85%），這樣方能使用面漆的外觀效果與涂膜質量得到保障，這就預示著一定要增設預烘干裝置。主要改造項目有[2]：

2.1 涂料循環輸送系統

PCS涂料輸送系統的作用主要是把一定黏度的涂料基于攪拌與循環過程維持其性能的穩定性，規避出現沉淀堵塞管路的情況，而后以循環管路為載體將涂料順利的輸送到相應工業，要求存儲環境pH穩定，環境溫度5℃～35℃，調漆間存儲區能實現恒溫恒壓。為達成以上目標，擬定增設管中管溫控系統，pH監控設備，并把調漆間油壓泵整改為電動泵。

改造后的新系統具有較優良的耐酸、耐堿、耐溶劑性能且管路實現整體鈍化處置與深度性清潔，能清洗排放系統內存有的金屬屑、雜質、系統盲端及不循環管路。

2.2 噴房空調、給氣供風系統

和傳統溶劑型涂料相比較，水性漆對應用環境的溫濕度提出更高的要求，工藝要求溫度范圍為23±2℃，濕度區間60%～70%[3]。

初有的噴涂房內沒有設置降溫系統，難以平穩的調節控制溫、濕度指標，故而將冷凍機、冷盤管等有關溫控設備增設到ASU內。

鑒于水性漆涂料噴涂工藝內排風溶劑含量處于較低水平，故而需要增設循環風設備，歷經過濾過程以后回收冷風，對其進行再利用，借此方式達成節約能源的目標。但由于循環風溶劑自身濃度依然處于較高水平，故而不推薦采用人工噴涂站，人工站應用新風，利用以上方法把循環風導送至機器人站噴涂，能夠節省30%的能源。

2.3 色漆機器人系統

既往溶劑型涂料噴涂機器人應用內加電模式開展噴涂操作，水性漆有電阻低、電導率高的特征，對原有內加電噴涂系統運行模式的適用性交叉。故而，對色漆機器人噴杯與八爪進行改造處理以后應用外加電模式開展噴涂操作，但外加電八爪極被漆霧污染的概率相對較高，需時常指派人工清理對八爪。

2.4 設置中間烘房

原噴涂系統內色漆噴涂工藝結束后，基于室溫流平再噴涂清漆，水性漆色漆因有“水”性特征，會造成清漆噴涂不能實現100%覆蓋，對清漆金屬定向和成膜上漆效果的平整性形成不良影響，引起針孔等質量缺陷。故而，需要增設中間烘房進行預烘烤，借此方式去釋放水分，使清漆外觀質量和功能完好性均能得到保障。

將中間烘房安裝位置選定在舊系統流平區，長約24 m左右，大體上將其分為三段：第一段是升溫段;烘烤時間2 min～3 min，要求空氣濕度<10 g/kg;第二段是保溫段;烘烤時間3 min～7 min，空氣濕度<10 g/kg，恒溫90℃;第三段是冷卻段：烘烤時長2 min～3 min，噴清漆前車體溫度<30℃，最后色漆脫水率>85%。烘房內配合使用LNG加熱方式進行烘烤，升溫、保溫段實現分段式燃燒，借此方式使相對應的工藝溫度得到保障，并且在分段前后應用風幕隔離，用于減少或規避升溫段、保溫段和冷卻段之間出現相互串風的情況。

3 改造成效

歷經大概45d的機器人仿形調試、顏色匹配與產能提高過程，于設定的時間節點中達到了所有車型、顏色的滿產運轉，符合凈節拍31JPH（輛/h）的產能要求，設備運轉過程均能處于平穩狀態中，經測算統計到車身的一次交檢達標率高于97%。

采用BYK橘皮儀檢測涂膜的橘皮值，檢出值能直觀的呈現出涂膜的橘皮狀態，橘皮值越高，橘皮越不顯著，涂膜外觀質量越優良。比較改造前后涂膜外觀水平面與豎直面的橘皮值，發現歷經改造水性漆與優化車間操作環境條件以后，橘皮值的提升幅度>0.5，特別是針對施工難度較大、對環境條件要求較高的顏色（比如黃色），橘皮值的提升幅度更為顯著。

改造以后，計算汽車涂裝車間現有的生產車型節拍與產能，發現單臺設備能減少大概530 g的VOC排污量，全年減排達到140 t。

4 結束語

從宏觀層面上分析，汽車涂裝車間水性化改造是一項流程繁雜的系統化工程，其對汽車工廠產能形成的影響較大，牽扯到諸多職能部門。歸納汽車涂裝工廠水性漆改造方法與經驗，不難看出水性漆改造是一項流程相對簡潔、成熟的方法。將傳統涂裝車間由溶劑型整改為水性漆以后，能夠明顯減少VOC的排放量，且有益于優化涂層的外觀質量，預示著改造工藝有一定推廣價值。

參考文獻：

[1]丁太節.汽車涂裝溶劑型生產線進行水性化改造的實踐與總結[J].汽車實用技術，2020，41（12）：206-208.

[2]董立志，胡中源，商培，等.水性工業涂料的應用標準及方案[J].中國涂料，2019，34（05）：13-20.

[3]曲穎.從VOC減排看我國涂料工業綠色發展[J].化學工業，2019，37（03）：1-10.