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2021-07-15 17:30
“碳达峰,碳中和”大趋势下,绿色汽车涂装先行
近年来,中国汽车行业增长势头良好,给汽车上下游产业链特别是汽车涂装行业带来了新的机遇与挑战。
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伴随着中国汽车水性涂料的喷涂工艺和技术水平、环保要求不断提升,绿色涂装成为行业发展的必然趋势。
汽车涂装车间VOC处理设备废气浓缩沸石转轮焚烧系统应用
伴随着国家对环保工作的重视,各地方对本地区挥发性有机物(VOC)的排放指标要求越来越高,根据DB 11/ 1227《汽车整车制造业(涂装工序)大气污染物排放标准》以及DB 11/ 501-2017《大气污染地方排放标准(北京)》的要求,使用有机溶剂的工艺设备或车间,其排气筒中非甲烷总烃初始排放速率≥1 kg/h,应安装VOC控制设备净化处理后排放;非甲烷总烃初始排放速率≥2.5 kg/h,应安装VOC 控制设备净化处理后排放,且净化效率应不低于90%。
废气浓缩沸石转轮焚烧系统是世界最领先的浓缩轮(沸石转轮)的技术,将有机废气中的有机物浓缩。再将浓缩后的废气通过TAR焚烧,经余热回收后将燃烧后清洁的空气排放,达到完全处理废气的效果。
为了保护生态环境,实现经济社会的可持续发展,需要在工业生产中的各环节都尽量减少污染物,同时在污染物排放末端要进行净化处理,以尽量减少污染物排放。采用本方案对涂装车间喷漆室的废气进行处理后,设备运行稳定可靠,大大减少了VOC排放总量,具有显著的社会效益。
汽车涂装调漆间油漆洁净度管理
现代科技发展日新月异,汽车涂装工艺也不断地有新材料和新工艺出现,但是不管工艺和材料怎么变化,汽车涂装的主要作用并不会发生改变。首先是保护作用,通过隔绝空气中的水分、酸、碱及其他腐蚀性介质和紫外线,防止金属发生腐蚀及氧化。其次是装饰作用,自然界的色彩五彩斑斓,随着喷涂工艺及技术的发展,各种各样的不同颜色也逐渐地在车身上得到了进一步的开发,通过这一层的美化和装饰,使汽车产品颜色更加丰富多彩。
汽车涂装材料在实现以上两种作用的基础上,正逐渐地向轻量化和环保方向发展。在汽车涂装轻量化方面,涂层的膜厚也正在变得越来越薄,甚至在有些B1B2及3C2B的涂装工艺中直接取消了内板中涂漆的喷涂,这也在一定程度上降低了车身的质量和车企的制造成本。随着油漆膜厚的急剧减少和购车客户日益挑剔,对油漆材料本身的质量要求也在不断地提升,这就要求使用的油漆材料必须是干净的。
应对环保挑战汽车涂料不断推出新产品新技术
汽车涂料的发展历史就是周期性地不断地应对挑战和新的要求,中国汽车工业的涂装工厂正在采用先进的涂装技术和低VOC涂料,对环境友好型汽车涂料的需求稳定。新一代超高泳透力高边缘保护性电泳漆,水性3C1B技术,高性能水性漆技术,高固体份溶剂型3C1B涂料技术,高固体份清漆和高性能清漆等绿色环保汽车涂料。
一些国际领先的涂料新技术新产品,也开始在中国进入试用阶段,如高性能水性清漆,超薄粉末高装饰性涂料、低温固化车身涂料、降温红外线反射涂料、红外线识别涂料、静电悬杯一道施工色漆、喷墨打印汽车涂料和耐划伤汽车涂料等。
随着新能源汽车的发展,许多新材料应用在新能源汽车上,研发为这些新材料配套使用的涂料,满足新材料的特性所要求的新的施工要求条件,将是汽车涂料的新的发展方向。
汽车行业对于多色彩的需求旺盛,外观质量和漆膜性能提升要求迫切
影响消费者选购汽车的因素很多,除了汽车性能、品牌和价格之外,当今汽车的外观设计已成为消费者做出购车决策的核心影响因素之一,而汽车色彩是汽车造型和时尚的一部分,也是汽车消费者彰显个性的方式之一。
汽车行业对于外观的需求更加强烈,提升外观质量的压力快速上升。对于涂装外观提升的追求是各汽车涂装工厂永恒的课题。随着水性色漆+2K清漆、水性3Wet+2K清漆和水性免中涂+2K清漆体系的普遍采用,车身涂装的外观质量显著提升。 为了提升漆膜耐划伤性能,新的耐划伤清漆在高端车系的涂装线上开始使用,这一类型的清漆采用了不同的改性技术来提升清漆的硬度如引入纳米陶瓷材料、杂化硅烷树脂和聚氨酯弹性体。
新能源汽车、小型灵动轿车和运动型多功能车是近几年畅销的车型。这些车型的消费者追求标新立异,更推崇个性化车身色彩。他们青睐的汽车在动力系统更加强劲、外观、内饰上更加运动感和张扬的个性,充满青春的活力。在车身设计上,采用双色或多色车身和外饰件已经是常用设计方案,一般是将顶盖设计成与车身不同的颜色,或者选取车身的某个位置(如A柱或发动机盖)或外饰件(如扇热器装饰面板、后视镜外罩、保险杠和轮毂罩)分界涂成与车身不同的颜色。
多色车身的喷涂分为线上和线下喷涂,所谓线上喷涂是指在现有的面漆喷涂线上进行批量生产双色车身。而线下喷涂,则是另外安排喷涂线去完成套色的。线上喷涂采用的是高温的色漆+清漆体系,也可以采用本色面漆体系。线下喷涂套色则有较大的灵活性,可以采用高温漆体系,也可以采用低温体系的面漆(色漆+清漆或本色面漆)体系涂料。线上套色的工艺分为一次通过套色工艺和两次通过套色工艺。目前普遍采用的是两次通过套色工艺。两次通过意味着生产一台双色车身至少需要占用两个生产节拍。这不仅带来了涂装成本的大幅度上升,更重要的是涂装工厂生产套色车时产能下降接近50%。双色和多色车身涂装对汽车制造商来说非常具有挑战性。
汽车涂料行业和汽车涂装行业新标准
2019年汽车涂料行业和汽车涂装行业最关注的两个标准,一个是国标GB 24409-2020《车辆涂料中有害物质限量》替代GB24409-2009《汽车涂料中有害物质限量》,另一个是推荐标准国标GB/T 38597-2020 《低挥发性有机化合物含量涂料产品技术要求》。GB24409-2020 于2020年3月4日正式发布,2020年12月1日起开始执行。GB/T 38597-2020 《低挥发性有机化合物含量涂料产品技术要求》标准于2021年2月1日起执行。
新版的GB-24409标准扩大了标准的覆盖范围,由原来的“汽车涂料”拓展到“车辆涂料”,从原来的“乘用车、商用车、挂车、汽车列车用原厂涂料、修补涂料和零部件涂料”扩展到“除腻子以外的各类汽车原厂涂料、汽车修补涂料、轨道交通车辆涂料、汽车和轨道交通车辆零部件涂料、其他车辆(专项作业车、低速汽车、挂车、摩托车、电动自行车、自行车等)及其零部件涂料”。在挥发性有机化合物的定义上,旧版标准的定义是“在101.3kPa标准大气压下,任何初沸点低于或等于250oC的有机化合物”,而新版标准的定义为“参与大气光化学反应的有机化合物,或者根据有关规定的有机化合物。”,挥发性有机化合物含量(VOC含量),明确为“在规定的条件下测得的涂料中存在的挥发性有机化合物的质量[GB/T5206-2015,定义2.271]。新标准定义了“施工状态”。2009版标准对于不挥发物含量的测定按照GB/T1725-2007的规定,试验条件:(120±2)oC/1h;而2020版新标准对于不挥发物含量的测定按照GB/T1725 -2007的规定,试验条件:(105±2)oC/1h,这样可使涂料中的反应性低分子量聚合物(高固低粘度)组份不在测试过程中提前损失。表三和表四列出了新版标准和2009版的VOC限值的对比。
国家标准:GB/T 38597-2020 《低挥发性有机化合物含量涂料产品技术要求》确定了对于汽车涂料的VOC含量指标,见表五和表六
各地出台针对汽车领域的挥发性有机物控制标准指南
上海市生态环境局2019年4月编制了《整车制造业挥发性有机物控制技术指南》 和《汽车零部件制造业(涂装)挥发性有机物控制技术指南》。2019年9月19日上海市环境科学研究院组织召开了上海“汽车制造业(整车/零部件制造)挥发性有机物控制技术指南意见征询会”,会议对“汽车整车制造挥发性有机物控制技术指南”以及“汽车零部件制造挥发性有机物控制技术指南”分别进行公开征求意见和讨论。以推动环保涂装工艺,采用低VOC型涂料,电泳宜选用水性涂料,中涂、色漆、清漆宜选用水性或高固份涂料,全过程严格控制VOC的逸散,配合先进高效的末端治理。其中低VOCs型涂料中挥发性有机物含量应符合《低挥发性有机化合物含量涂料产品技术要求》GBT中车用涂料的浓度含量限值。
汽车涂装和涂料行业的最新政策法规
2019年6月26日生态环境部印发了《重点行业挥发性有机物综合治理方案》(以下简称“治理方案”)。这是第一个的按照行业特点提出的既有政策指导又兼具明确具体要求的极具操作性的文件。对于涂料和涂装行业的要求也是非常明确和具体。 治理方案第一次明确了全国重点控制的VOCs物质,它们是:
类 别 | 重点控制的VOCs物质 |
O3前体物 | 间/对二甲苯、乙烯、丙烯、甲醛、甲苯、乙醛、1,3-丁二烯、三甲苯、邻二甲苯、苯乙烯等 |
PM2.5前体物 | 甲苯、正十二烷、间/对二甲苯、苯乙烯、正十一烷、正癸烷、乙苯、邻二甲苯、1,3-丁二烯、甲基环己烷、正壬烷等 |
恶臭物质 | 甲胺类、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳、苯乙烯、异丙苯、苯酚、丙烯酸酯类等 |
高毒害物质 | 苯、甲醛、氯乙烯、三氯乙烯、丙烯腈、丙烯酰胺、环氧乙烷、1,2-二氯乙烷、异氰酸酯类等 |
(一)大力推进源头替代。通过使用水性、粉末、高固体分、无溶剂、辐射固化等低VOCs含量的涂料,水性、辐射固化、植物基等低VOCs含量的油墨,水基、热熔、无溶剂、辐射固化、改性、生物降解等低VOCs含量的胶粘剂,以及低VOCs含量、低反应活性的清洗剂等,替代溶剂型涂料、油墨、胶粘剂、清洗剂等,从源头减少VOCs产生。工业涂装、包装印刷等行业要加大源头替代力度;化工行业要推广使用低(无)VOCs含量、低反应活性的原辅材料,加快对芳香烃、含卤素有机化合物的绿色替代。企业应大力推广使用低VOCs含量木器涂料、车辆涂料、机械设备涂料、集装箱涂料以及建筑物和构筑物防护涂料等,在技术成熟的行业,推广使用低VOCs含量油墨和胶粘剂,重点区域 (指京津冀2+26城市群、长三角地区和汾渭平原三个重点区域)到2020年年底前基本完成。鼓励加快低VOCs含量涂料、油墨、胶粘剂等研发和生产。治理方案提出的控制思路和要求是:
(二)全面加强无组织排放控制。重点对含VOCs物料(包括含VOCs原辅材料、含VOCs产品、含VOCs废料以及有机聚合物材料等)储存、转移和输送、设备与管线组件泄漏、敞开液面逸散以及工艺过程等五类排放源实施管控,通过采取设备与场所密闭、工艺改进、废气有效收集等措施,削减VOCs无组织排放。
(三)推进建设适宜高效的治污设施。合理选择治理技术。鼓励企业采用多种技术的组合工艺,提高VOCs治理效率。低浓度、大风量废气,宜采用沸石转轮吸附、活性炭吸附、减风增浓等浓缩技术,提高VOCs浓度后净化处理;高浓度废气,优先进行溶剂回收,难以回收的,宜采用高温焚烧、催化燃烧等技术。油气(溶剂)回收宜采用冷凝+吸附、吸附+吸收、膜分离+吸附等技术。低温等离子、光催化、光氧化技术主要适用于恶臭异味等治理;生物法主要适用于低浓度VOCs废气治理和恶臭异味治理。非水溶性的VOCs废气禁止采用水或水溶液喷淋吸收处理。采用一次性活性炭吸附技术的,应定期更换活性炭,废旧活性炭应再生或处理处置。有条件的工业园区和产业集群等,推广集中喷涂、溶剂集中回收、活性炭集中再生等,加强资源共享,提高VOCs治理效率。
(四)深入实施精细化管控。 积极推广使用低VOCs含量或低反应活性的原辅材料,加快工艺改进和产品升级。针对工业涂装VOCs综合治理。要加大汽车、家具、集装箱、电子产品、工程机械等行业VOCs治理力度,重点区域应结合本地产业特征,加快实施其他行业涂装VOCs综合治理。
强化源头控制,加快使用粉末、水性、高固体分、辐射固化等低VOCs含量的涂料替代溶剂型涂料。重点区域汽车制造底漆大力推广使用水性涂料,乘用车中涂、色漆大力推广使用高固体分或水性涂料,加快客车、货车等中涂、色漆改造。加快推广紧凑式涂装工艺、先进涂装技术和设备。汽车制造整车生产推广使用“三涂一烘”“两涂一烘”或免中涂等紧凑型工艺、静电喷涂技术、自动化喷涂设备。汽车金属零配件企业鼓励采用粉末静电喷涂技术。
汽车涂料向水性化、高固体分、粉末涂料方向发展
在国家环保政策的积极推动下,我国汽车工业正在加快向环保涂装方向转型,从汽车涂料种类到喷涂工艺,均在不断发生着变化。
溶剂型涂料是传统的汽车涂料,是以有机物作为主要溶剂;而水性涂料是以水作为主要溶剂的涂料,水性涂料中挥发性有机化合物排放比溶剂型涂料降低了60% ~ 70%,传统的溶剂型涂料VOC 排放量约125g/m2,为了达到环保要求,汽车涂料正在向水性化、高固体分、粉末涂料3个主要方向发展。水性化技术是最有效的途径之一,尤其是目前最流行的金属闪光涂层,其VOC 排放量占总量的66%,该层涂料水性化后,整车VOC 排放量可减少一半以上。如果车身涂装全部采用水性涂料,则VOC 排放量可降低至27g/m2,可以达到最严格的环保要求。
我国汽车涂料水性化发展概况
目前,汽车涂料是发展最快的涂料,在涂料应用领域中的用量位居第二,仅次于建筑涂料。据中国汽车工业协会发布的数据,2020年中国汽车总销量达2531.1万辆,比2019年略降1.9%。2020年基于政策支持、行业努力和市场需求恢复,汽车工业表现好于预期,从发展趋势看,预计2021年汽车销量有望超过2600万辆,同比增长4%。
汽车涂料性能不断提升
汽车涂料是性能要求最高的涂料品种,传统的汽车涂料以溶剂型涂料为主,VOC排放量在 120 g/ m2以上,其中,由于金属闪光漆固含量低,其VOC排放量占涂料总量的66%,达到 230 g/ m2以上。这不但浪费资源,也污染环境,同时还存在火灾隐患。为进一步推动绿色环境友好型涂料产品的推广使用,实现涂料及涂装行业的VOC减排,同时促进我国涂料行业转型升级,推动涂料技术的进步和产品的更新换代。车辆涂料领域有害物质强制性国家标准GB 24409—2020《车辆涂料中有害物质限量》于2020年3月4日正式发布,2020年12月1日起开始执行,替代GB 24409—2009《汽车涂料中有害物质限量》。水性涂料解决方案是涂料涂装行业重要的减排措施之一,水性涂料的低VOC,不仅有利于环境,也能降低施工者对于有毒有害挥发性有机物的接触,可以树立企业自身的环保形象。2019年中国乘用车涂料的水性化已经达到了84%,比2015年的65%提升了19%;卡车用涂料的水性化达到了48%。汽车涂料水性化加速,这是由于各地新出台的环保法规的要求推动作用和企业提升涂装外观质量的双重作用促进的结果。
中国的水性汽车涂料的科研水平与产品品质与美欧日等发达国家相比,正大幅提高甚至达到相近水平。今后几年,新一代超高泳透力高边缘保护性电泳涂料、水性3C1B技术、高性能水性涂料技术、水性涂料产品配方技术等将进一步发展,成为汽车涂料的重要发展方向。
新环保法规驱动汽车涂料的环保涂装方案的实施
当前中国汽车制造先进技术对涂装材料的需求带动了环境友好型汽车涂料的普及应用,随着新能源汽车的快速发展,对于汽车的轻量化要求现实而迫切,许多新材料出现在新能源汽车上,研发为这些新材料配套使用的涂料,和新材料的特性所要求的新施工手段,将是中国汽车涂料行业最新的发展方向。
国内现有汽车涂料及涂装技术同国外先进技术同步甚至还要领先于国外,行业应加速汽车涂料研发制造和应用技术能力的深度国产化,推动环保原材料的国产化成为汽车涂料中国制造的关键。加速水性漆和高固体份汽车漆用树脂、高档颜料和助剂的研发及国产化生产,使中国的汽车涂料产业实现全产业链的深度国产化。
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