4 涂料和涂装生产绿色环保化

国家在实施“中国制造2025”强国战略目标指引下，绿色发展已成为基本方针之一，创新发展、绿色发展也已成为涂料与涂装行业“十三五”产业规划的指导方针，为了加快涂料行业绿色转型，近几年出台了一系列法律法规和标准，国务院办公厅2016年4月下发文件，首次提出了“开展含挥发性有机溶剂涂料质量标准提升行动”，各级政府环保部门也制定了相应的地方标准，对涂料和涂装生产中所产生的造成大气污染VOC排放标准做出了严苛的限定，从而也引发了涂料和涂装产业链的制造生产转型，水性涂料、粉末涂料、高固低黏涂料、无溶剂涂料以及光固化涂料等环保型涂料被推向前台，企业也面临着涂装设备改造更新，“三废”环保治理提升的现实状况。

目前国内涂装行业的现状是：国家大力推行环保型涂料，尤其是以水性涂料为主导，但涂料制造业准备不足，行业内大多高中端水性涂料树脂主要依靠国外进口，造成水性涂料价格居高不下，同时水性涂料的生产施工条件较传统型溶剂型涂料更为严苛，涂装施工设备的工艺流程及设备的利用不能相互混溶，挥发性有机溶剂VOC的治理要求与传统型有机溶剂涂料无大差异，废水的治理更为复杂，所有这些都制约了水性涂料的推广应用，而环保风险较小的粉末喷涂工艺越来越被一些装备制造企业所接受。

3 零部件面漆化、覆盖件模具化以及新材料应用已成为趋势

“零部件面漆化生产”看似简单的一句话，实际上它是一个企业加工工艺实力的综合体现，它不单单是一个涂装工艺的提升，而是对每一个零部件从下料、拼配、焊接、机加工、转运、涂装、装配的过程都提出了一个更高的要求。产品外观质量的提高是一个系统工程，它不是只靠涂装专业一己之力来完成的，用涂装的手段提升产品的外观质量是有一定限度的，到了一定阶段也只能是事倍功半的效果。

零部件面漆化生产是一个企业加工制造工艺水平的转型，是企业步入现代化、规模化的标志，不仅推动了企业内各部门的质量意识提升，同时也是企业涂装技术应用与发展的一个标志。

工程机械产品覆盖件模具化以及新材料（ABS工程塑料）的应用已成为行业内该领域发展的趋势，其特点是：零部件成型状态好，表面平整光滑，涂层成膜状态好，很多家企业的产品均采用了这项技术，使得产品整体外观线条流畅，动感十足，给人带来视觉上的冲击。

2、产品涂饰的外观标准趋于汽车化   

不同的产品都有相应的涂装标准和技术要求，如汽车、家电、工程机械、桥梁、飞机、船舶等，根据对被涂物外观装饰、涂层性能和使用条件的要求，一般可将涂层的外观质量等级分为五类：1）高级装饰性涂层（高级轿车、钢琴、高级木器家具、家用电器等）；2）装饰性涂层（大轿车、火车车厢、自行车、机床、载重汽车驾驶室等）；3）保护装饰性涂层（工程车辆、农用机械、建筑机械、工厂设备、管道、甲板等）；4）一般保护性涂层（工具、玩具、室内物饰、货架等）；5）特种保护性涂层（桥梁、铁塔、地埋管道、化工储罐、船舶水线等）。

国家相关分类标准将工程机械产品划分为保护装饰性涂层，又称三类涂层，它着重考虑涂层的保护性，装饰性次之。根据工程机械制造业的特点以及涂装技术发展的现状和趋势，大多企业均将产品的涂饰标准提高为“装饰性涂层”，这一现状也可以从行业博览展示会得以验证，其产品所用的涂装材料及涂装施工工艺手段均朝着汽车行业标准看齐。当然，要做到“高级装饰性涂层”还有困难，但做到“装饰性涂层”还是可以的。

工程机械制造业发展到今天，技术已经相当成熟，一个企业很难拥有绝对领先于对手的先进技术，因而也就无法单凭技术上的优势占领市场，产品的同质化已成为困扰企业发展的一大问题，用户在有更多的选择余地时，已不再局限于内部质量和性能的满足，而将产品的外观质量作为新的选择理由，其选购产品的依据，除了性能、品牌、口碑外，第一印象就是外观，这将在很大程度上决定客户的购买取向。

用户对产品外观质量的要求，推动了工程机械行业涂装技术的快速发展，业内各生产制造厂家都将此问题放在了企业发展的战略高度来对待，从产品的工业设计到零部件的加工制作，从产品的涂装工艺设计到产品的涂装施工，无论是从软实力还是从硬件设施上都有了质的飞跃。目前国内稍具规模的工程机械制造厂，都组建了大小不等的涂装生产作业线，过去那种靠一把喷枪、一块场地、地摊式无组织排放的涂装方式已近绝迹，产品的涂装技术应用已经朝着高效、低毒、低能耗、低污染的方向发展。粉末喷涂、电泳涂装、UV光固化、水性涂料、高固低黏涂料等新技术、新材料、新工艺在行业内推广应用，已经对传统的溶剂型涂装工艺形成了很大的冲击。由此看来，今后国内工程机械行业涂装技术的发展趋势会朝着以下几个方向发展。

1 涂装形式的多样化，涂装工艺的规范化

涂装设备对任何生产厂家来说都是一个非标的加工设备，只能适应特定涂装模式，没有通用性可言，它依照设备组成的特定单元工部形成一个完整的工序加工链，对工件进行涂装处理，整个涂装生产的工艺过程在很大条件下是依靠设备来保证的，一旦生产作业线投入运行，其工艺要素也就会因此而固化下来，所以说，随着涂装技术硬件设施提升，涂装的生产工艺也会趋于规范化。

工程机械涂装VOCs可从源头、过程、末端3个环节进行治理，以实现VOCs的减排。源头减排及采用低VOCs涂料，是实现VOCs减排最有效的途径，因此在国家及各省市相关文件中都将原材料替代列为VOCs治理的首要选项。

VOCs的治理将会对工程机械涂装材料产生很大的影响。但是，由于工程机械零件、涂装设备、涂装工艺等特点，VOCs的治理对工程机械不同涂料的影响程度不同。

（1）传统溶剂型涂料是VOCs的治理的重点，受影响程度最大，被替代范围加大，被替代速度加快。

（2）水性涂料由于VOCs含量低，施工方式与传统溶剂型涂料也完全相同，不受工件结构、尺寸限制，因此推广应用范围会加大，推广应用速度会加快，会大范围替代现有溶剂型涂料。

（3）电泳涂料虽然在工程机械行业应用较早，工艺成熟，受工艺限制，影响较小，变化不大。

（4）粉末涂料在工程机械行业应用范围将有所扩大，但受工艺限制，无法大范围替代现有溶剂型涂料，变化不明显。

（5）高固体分涂料在不改变现有设备的情况下就可以使用，因此短期内会迅速替代少部分传统溶剂型涂料。但由于VOCs含量相对于其他类的低VOCs涂料仍然较高，应用范围不如水性涂料大。

（6）辐射固化涂料、天冬聚脲涂料在VOCs治理的影响下，在工程机械行业的应用研究会加快，但短期内推广应用范围不大。

工程机械油箱使用水性涂料进行涂装生产线规划建设或涂装车间改造时，因水性涂料中仍含有 10%（底漆面漆平均计算）左右的 V O C，所以必须配套建设废气处理设备。常用的废气处理方法有：活性炭吸附、催化燃烧、蓄热式热氧化炉（R TO）、直燃式热氧化炉（TO）等，废气处理设备同样需要日常的维护保养以及定期更换耗材和易损件。此外，水性涂料涂装的废渣处理也必不可少，当前处理方法有 2 种：干式处理和水循环处理。前者主要采用特制纸箱吸附定期更换，后者是在循环水中添加漆雾絮凝剂沉淀后清理，清理出的废渣经过风干后，再委托有资质的机构作为危化品进行处理。通过以上举措，水性涂料涂装可满足环保要求。

油箱水性涂料涂装的工艺流程比较复杂：打胶→上挂→ 底漆喷涂→ 底漆流平→ 底漆烘干→ 刮灰→ 烘干→ 打磨→ 清洁处理→ 面漆喷涂→ 面漆流平→ 面漆烘干→ 冷却→ 下挂，总共需要 1 4 道工序，工艺管控点较多。在实际生产过程中经常发生涂层缺陷，如痱子、针孔、起泡、肥边、流挂、打磨印、颗粒等，返修率较高，一次下线合格率只有 7 0 % 左右。水性涂料对前处理的表面状态、涂装环境、涂装工技能、施工参数要求等都比较高，稍有不慎，就会导致涂层不良。虽然水性涂料涂层可以达到溶剂型涂料涂层的质量，但过程管控成本和质量返修成本均较高。

综上所述，工程机械油箱水性涂料涂装，虽然V O C 排放低，符合环保管控要求，但仍需投入高昂的废气处理设备、运行费用以及废渣处理费用。在生产过程中，水性涂料涂装管理费用、辅料费用、人工费用、返修费用等综合成本明显增加，生产效率下降，很难满足生产需求，因此，急需研究新的油箱涂装工艺方法。

工程机械油箱“水改粉”涂装新工艺的研究应用，是在“绿色制造、节能高效”的目标指引下，工程机械环保涂装技术的又一次变革，将会大幅度提高涂层质量和生产效率，降低生产成本，且可省去“三废”治理设备和运行的高昂费用。工程机械油箱“水改粉”涂装新工艺发展潜力大，可推广性强，必将推动整个制造业的发展进步。

水性涂料在满足工程机械涂层要求的前提下，相比溶剂型涂料有诸多优势，但是由于水性涂料是以水基高分子为成膜物质，用水作为溶剂或分散介质的涂料，受施工难度、设备投资增加及成本高等因素制约，工程机械水性涂料使用“湿碰湿”涂装仍在探索阶段。

“湿碰湿”涂装工艺就是在第一道漆膜（底漆）尚未完全干燥时，接着喷涂第二道漆膜（面漆），底、面漆喷涂后再一起进行烘烤干燥。此工艺相比传统的“两喷两烘”简化了工艺过程，取消了底漆烘干，节约了底漆烘干能源消耗费用，缩短了涂装作业周期，提高了作业效率，降低了生产成本。涂装生产线减短，生产单元需求面积相对减少，底漆与面漆之间结合更加牢固，层间附着力更好。

采用“湿碰湿”涂装工艺，底漆、面漆应为相似或相同组分，具有良好的配套性。底漆、面漆全部为聚氨酯体系较为常见和成熟。底漆为环氧体系，面漆为聚氨酯体系虽可采用“湿碰湿”的方法，但双组分聚氨酯面漆所用固化剂（异氰酸酯）易与双组分环氧底漆使用的固化剂（聚酰胺）发生反应，因此“湿碰湿”涂装时容易出现涂层外观及性能不佳等问题。

随着水性工业涂料及涂装技术的不断发展，水性涂料“湿碰湿”施工存在的问题将逐步解决，扩大水性涂料的施工范围（温度、湿度要求），缩短水性涂料底面漆之间“湿碰湿”闪干时间。面对环保压力和相关政策的引导，工程机械行业涂装切换水性涂料势在必行。水性涂料“湿碰湿”涂装更有利于实施清洁生产、节约资源、改善环境污染，有助于取得良好的经济效益和社会效益。

1、零部件面漆化

工程机械传统的生产工艺是零件喷涂底漆后装配，装配后整机刮涂腻子和喷涂面漆。零部件面漆化则是在整车装配之前，将零部件进行底漆和面漆喷涂，并使涂装的外观质量达到整机外观质量要求，装配后不再对整机进行面漆喷涂。一些文献称之为一次性涂装、先涂后装或整机不面漆工艺。在工程机械行业，叉车产品首先进行了一次性涂装工艺改造。通过在企业的实践和探索，笔者提出了工程机械零部件面漆化的概念，对其优缺点进行全面分析，并从设备、工艺、工装器具、质量、人员、物流运输等方面提出了工程机械实施零部件面漆化的具体应对措施。

目前，几乎所有的工程机械都采用了零部件面漆化或局部的零部件面漆化工艺，并且成为工程机械涂装工艺的一种发展趋势。

2、集中与专业化

以往在进行工厂设计和布局时，为了物流顺畅，会根据零件生产工艺流程布局设备。由于不同的零件生产工艺流程和进行涂装的工艺节点不同，会在多个车间布局涂装生产线。这种分散式的涂装很好地顺应了零件的生产流程工艺路线，使物流周转距离达到最短。但是，随着环保治理的深入，分散的涂装不利于废气的集中收集和处理，而且大大增加了废气处理装置的投资费用以及监测费用。另外，分散的涂装不利于管理。因此，现在工程机械的涂装生产布局趋于集中化和专业化，将一个厂区或一个园区的涂装生产集中在一起建一条产能足够大的涂装生产线，建立专业的涂装车间或涂装工厂，从而降低环保设施的投入，实现专业化的生产及管理。未来工程机械的涂装将会向着这种集中化和专业化方向发展。

3、涂料涂装一体化

涂料与涂装是密不可分的。但是，过去涂料生产和涂料应用完全是分开的，当出现涂装质量问题时，往往相互推责。近年来，有学者提出了“涂料、涂装一体化”的发展思路。一些涂料生产企业不仅向工程机械提供涂料产品，还提供涂料施工服务。工程机械企业将需要涂装的零件交给外包方，外包方租用或利用工程机械企业的场地、设备，按照工程机械委托方的技术要求提供涂料，并按照工程机械委托方提供的质量标准对零件进行涂装。工程机械企业只对涂装质量进行监管，其他方面全部交由外包方。这些外包方往往是涂料生产企业，他们熟悉涂料性能，专业施工水平较高。目前这种涂料涂装一体化的承揽方式受到工程机械企业和涂料生产企业的欢迎，在未来一段时期内会普遍存在。

4、节能化

能源消耗不仅体现在成本上，还会增加碳排放量。传统的涂装工艺流程一般为:前处理→喷底漆→流平→烘干→强冷→刮腻子→烘干→强冷→打磨→喷面漆→流平→烘干→强冷→下线，整个涂装过程3次烘烤、3次强冷，能耗巨大。工程机械企业通过对板材表面质量的控制及生产、运输过程的防护，使材料表面缺陷及磕碰划伤基本消除，腻子刮涂大幅减少。一些企业对一些非重要外观件已经彻底取消刮腻子，不仅减少了人员、辅料，还减少了腻子烘烤、打磨需要的能耗。在取消腻子刮涂的基础上，涂装工艺也进一步优化，流程变为:前处理→喷底漆→流平→烘干→强冷→喷面漆→流平→烘干→强冷→下线，即典型2C2B工艺。工程机械结构件多为厚板件，烘烤过程吸收热量大，烘烤的能耗大。因此，从节能环保角度出发，完全可以优化为2C1B工艺，工艺流程为:前处理→喷底漆→流平（表干）→喷面漆→流平→烘干→强冷→下线，即采用“湿碰湿”工艺，喷涂底漆、面漆后统一进行烘烤。2C1B工艺减少了一次烘烤和强冷，大大降低了涂装生产的能耗，为企业节约大量的成本，已经在工程机械得到应用。今后新建的涂装线会首选2C1B工艺，因为目前即使是水性涂料也有的实现了“湿碰湿”施工工艺。

4、多功能化

工程机械涂装的功能除了装饰，还有防锈、耐油等。比如装载机变速箱壳体的涂装，外部需要喷涂防锈底漆及面漆，内腔需要喷涂耐油底漆。传统的涂装工艺，这一种产品虽然体积不大，但是需要喷涂3种涂料。如果采用传统的工艺，需要至少两喷两烘，更换3种涂料，还需要进行屏蔽，耗时耗能耗料。如果采用一种多功能涂料，不仅具有防腐蚀性能，还有耐油性能，同时还具备一定装饰性能，那么涂装就可以一次喷涂完成，不仅缩短产品生产周期，还大大降低能耗及人工成本，减少VOCs的产生。目前，同时具备防腐蚀性能和装饰性能的底面合一涂料已经在工程机械应用多年，但同时具备防锈、耐油、装饰的多功能涂料还未出现。笔者已与几家涂料企业进行过研讨，部分企业对这样产品开发也很感兴趣，有的企业已经开始进行研发和样品测试。

一次喷涂，满足多种功能，不仅适应了环保的需要，还减少了生产现场物料的种类，便于现场管理，降低涂料更换中的损耗。因此，多功能化的涂料应该是工程机械涂料涂装未来的一个发展方向。

3、高固体分化

高固体分涂料虽然仍然是溶剂型涂料，但是由于其VOCs含量较传统的溶剂型涂料低得多，因此对于VOCs的减排也有着积极的意义，近年来也受到了关注，在工程机械行业也有企业在应用。由于粉末涂料、水性涂料的应用受到零件板厚以及现有涂装设备的限制，无法直接替换现有的溶剂型涂料。而高固体分涂料在施工条件上则完全与现有的传统溶剂型涂料相同，不需要进行设备改造，可直接切换。

因此，在短期内，高固体分涂料会有一个增长。尤其是对于空间受到限制，无法进行水性涂料施工改造的喷漆线，在VOCs减排压力下，是临时实现比较快的选择。当然，由于高固体分涂料仍是溶剂型涂料，受未来环保政策影响的不确定性比较大。