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水性涂料在汽车涂装线上的应用,结合江淮汽车公司的水性漆改造项目,中国机械网,okmao.com
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水性涂料在汽车涂装线上的应用,结合江淮汽车公司的水性漆改造项目
2019年10月09日    阅读量:585    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

随着国家环保法规的不断完善,以及人们环保意识的不断提高,水性涂料最终将取代溶剂型涂料,成为汽车涂装用主要涂料。


但由于现阶段水性涂料以进口为主,涂料成本较高,且由于水性涂料的施工特性决定,对喷漆室的温、湿度控制要求较高,以及需增加预烘干等,导致水性涂料的一次性投入与日后使用成本均较高,这是阻碍汽车行业采用水性涂料的主要因素。本文就江淮汽车公司在实施水性漆方面进行的调研情况和改造过程中的一些经验进行探讨中国机械网okmao.com


1 水性涂料的优越性

水性涂料成为汽车涂装的发展趋势,是由于水性涂料具有如下优点。

1.1 环保及安全

随着国家环保要求越来越高,以及汽车制造业清洁生产标准HJ/T 293—2006 的出台,国家对汽车涂装生产过程中的VOC 排放量开始提出明确的限制,因此水性涂料的优越性就得以体现。与溶剂型涂料相比,其VOC 含量有极大地降低,由于中涂、面漆的固体分不同,对涂装生产过程中产生的VOC 总量影响程度也不同,如图1 所示。罩光漆因目前水性涂料应用尚不够广泛,国外一般推行高固体分涂料或粉末涂料。

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1.2 水性面漆的外观及质量

水性面漆相对溶剂型面漆而言,因经过了1 道预烘干系统,面漆的干燥度已达到80%~95% 左右,对后道罩光清漆的相容性更好,且水性漆具有更好的金属颗粒排列性,比溶剂型金属漆具有更好的视觉效果。

1.3 原材料来源

由于水性涂料采用纯水取代原有的绝大部分溶剂,因此降低了溶剂的消耗。


2 目前应用情况

据我们调研了解:国外应用水性漆的汽车生产厂家相对较多,尤其是欧洲国家,其中涂水性涂料的应用已达到30% 以上,面漆水性涂料的应用达到57%。而目前国内应用水性漆的厂家并不多,仅有5 家汽车生产厂家使用。

中涂、色漆均采用水性涂料的汽车生产厂家为:北京奔驰、武汉本田、广州本田二工厂、江淮汽车乘用车涂装二厂。

色漆采用水性涂料的汽车生产厂家为:上海通用、烟台通用、天津丰田。


3 实施方案

在江淮汽车实施水性漆改造过程中,由于涂装生产线设备已基本安装完成,为明确现有设备能否适应水性漆应用需求以及如何改造方能满足水性漆使用要求等,我们对水性漆的特点进行了详细的分析。根据水性漆的特点,需对如下5 个方面进行改造。

3.1 空调部分

水性漆的施工窗口较窄,一般而言:欧美系的喷漆室温度要求在22~24℃、湿度在(65±5)%;而日系企业的施工窗口则相对较宽,一般喷漆室温度要求在22~27℃、湿度在(70±5)%。经过与多个水性漆涂料厂(PPG、BASF、立邦、关西)的交流,并充分对比后我们确定了一个较为合适的温湿度范围,见表1,此可用于对空调系统的制冷量和加热量进行核算。

表1 水性涂料与溶剂型涂料的较佳施工条件差异表

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按空气温度湿度图进行热值计算:

夏天:根据GBJ 19—87,合肥夏季室外干球温度设定为35℃,湿球温度设定为28.2℃。空调部分(中涂、面涂及输调漆间共100 万风量)所需新增制冷量为4 500 kW;

冬天:合肥冬季室外温度设定在-5℃,相对湿度为70%。空调部分(中涂、面涂及输调漆间共100 万风量)所需新增一次加热量为3 600 kW。


3.2 机器人喷杯部分

水性涂料由于采用纯水作为溶剂,导电性较强,机器人采用静电喷涂时,目前的内接电方式会导致整个水性涂料输送系统全面导通。为此,机器人接电方式应进行调整,由于喷涂机器人已经安装就位,因此水性漆改造过程中将原内接电调整为外接电方式最经济适用。

主要需调整内容如下:

● 雾化系统:配有空气轴承雾化系统及喷杯改为外接电式;

● 高压静电发生器:将高压静电发生器由G100t改为 G500;

● 油漆供应系统:

● 调整机器人接地方式及其他相关连接组件;

● 调整机器人的人机界面以及程序;

● 对换色阀系统和齿轮泵系统进行确认,一般而言:DURR 公司提供的换色阀和齿轮泵均可适用于水性漆生产的需要。

据了解,目前DURR 公司和ABB 公司均有适用于水性漆生产的内接电式喷杯,涂料的利用率较外接电式喷杯高出5% 左右。在武汉本田和天津丰田的水性漆生产线上,则通过在喷涂过程中切断涂料通道的方式,采用内接电喷杯进行水性漆的喷涂。


3.3 新增烘干炉

水性涂料采用纯水代替溶剂,而水在100℃时会沸腾,因此为保证水性涂料的漆膜质量,需增加预烘系统,让涂层中的水分充分挥发。一般而言:水性涂料在进行下一道喷涂或进入高温烘炉之前,其脱水率应达到80%~95% 左右。为此我们新增了2 台水性漆预烘炉,每个预烘干炉均分为2 段加热方式,具体工艺要求见表2。

表2 中、面涂预烘干炉的工艺要求

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注:*—强冷段仅适用于面漆,对于水性中涂可不需要,经预烘后可直接进入中涂预烘干炉。



3.4 输调漆系统

输调漆系统在设计、制作过程中,应重点注意2点:(1)管道阻力较大;(2)应避免剪切力。围绕这2点,我们在输调漆系统的选型过程中重点关注和控制了如下部分:

● 输调漆所有部件的选择必须符合水性漆的使用要求,如稳压塔、四通阀、管接头等部件;

● 输调漆的供漆泵选用液压式,并适用于水性漆的使用要求(材质、输出压力、流量等);

● 输调漆系统搅拌器选用电动变频搅拌器,保证对涂料较低的剪切力;

● 所有管路系统均采用SUS316 材质;

● 避免管线设计、施工以及其他细节设计部分存在管径偏小、管道焊接不平整、钝化处理不到位、存在循环盲端等问题,从而影响日后水性漆的循环稳定性以及涂装质量。

目前我们的输调漆系统仍采用双罐供漆系统,据了解,武汉本田的水性漆输调漆系统均采用单罐供漆系统,配有可升降的搅拌系统,涂料厂家的供漆桶作为系统的供漆罐,可以减少不少投资,是一种相当不错的选择。


3.5 其他部分

喷漆室:

● 格栅支架、机械化支架等结构件刷涂防腐涂层;

● 排风系统(地下风道等)刷涂防腐涂层;

● 排风机风机叶轮采用特殊涂层,保证叶轮表面光滑。

公用动力部分:新增制冷机组。


4 成本分析

在水性漆改造和实施过程中,我们从3 个方面对水性漆的成本进行了分析。

4.1 新增一次性投入

根据以上改造内容,共需新增2 台预烘干炉、改造喷涂机器人、调整空调系统和输调漆系统以及增加制冷机组系统等,需新增一次性投入:3 000~4 000 万元。

4.2 油漆材料成本

4.2.1 水性中涂部分

由于各个厂家中涂价格不同,且差距较大,因此按几家水性中涂的平均价格9.38 元/m2 计,单台中涂面积按20 m2 计(折算为3 kg 涂料),则水性中涂增加成本:(9.38×20)÷2=93.8 元。

具体水性中涂增加的成本取决于涂料的公斤价格、固体分和单台涂料用量,我们根据最低价格和每台车消耗2.5 kg 的水性漆计算,水性中涂部分增加材料成本应在70~110 元的范围内。

4.2.2 水性面漆

水性面漆与溶剂型涂料的公斤价格相差不大。但由于水性漆的原漆固体分为20%~23%,而溶剂型面漆的原漆固体分一般为33%~40%(根据颜色和厂家不同略有差异)。

如果按固体分折算的情况下:直接成本相对溶剂型面漆成本增加50%。

每台车按消耗3 kg 溶剂型面漆,溶剂型涂料平均价格按65 元计:

则单台车成本增加:3×65×0.5 = 97.5 元同样,具体水性面涂增加的成本取决于涂料的公斤价格、固体分和单台涂料用量,我们根据最低价格和每台车消耗3 kg 的水性漆计算,水性中涂部分增加材料成本也应在70~100 元的范围内。


4.2.3 溶剂部分

水性涂料也有两部分成本下降:调漆用溶剂取消,洗枪用有机溶剂减少。

● 调漆用溶剂:中涂溶剂为8%~15%;面漆溶剂为30%~40%。

每台车中涂、面涂涂料用量分别按2.5 和3 kg 计:

则:减少溶剂用量为:0.3+1.2=1.5 kg(中涂稀释率按12%,面涂稀释率按40% 计)。溶剂单价为:18 元/kg,小计减少:1.5×18 = 27 元。

● 洗枪用有机溶剂:

溶剂型涂料洗枪溶剂均为溶剂,而水性涂料的洗枪溶剂为90% 左右的纯水+10% 的溶剂,此部分每台车可减少20~30 元左右。

上述两项共计可减少溶剂的材料成本为:50 元左右。

据此,我们估算:水性涂料的单台材料增加成本应在100~150 元的范围内。


4.3 运行费用

水性涂料与溶剂型涂料相比,运行费用增加主要在新增水性漆预烘干炉以及喷漆室空调部分。经我们初步计算,预计单台增加能耗为25~30 元,见表4。

表4 运行费用

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由于冬天新增热量与夏天新增冷量较为接近,因此上表按夏天最高温度下的制冷消耗计算。空调采用天然气直燃加热,COP 值为1.2 计。

根据以上表格,涂装车间小时产量按36.5 台计,则单车能耗最大增加:28.9 元/ 台。


5 实施效果

江淮汽车公司在6 月份完成涂装生产线的水性漆改建工程后,在7 月份开始进入水性漆的工艺调试阶段,仅仅经过1 个月左右的工艺调试,即可生产出合格的水性中涂和水性面漆车身,并且于8 月份开始进行生产爬坡,达到日产30台以上的生产能力,应该说,水性漆的改建工程相当成功。


6 存在问题

由于水性漆在国内的应用仍不够普遍,并且水性漆的施工条件较溶剂型涂料更为苛刻,因此存在如下两方面的问题,需予以关注。

6.1 水性漆的储存以及运输问题

根据与涂料厂的交流,水性涂料的储存条件要求较高,一般水性涂料的储存条件为5~30℃,储存周期为3 个月,而目前水性中涂在国内尚无生产,全部依赖于进口,海运周期为1~2 个月,运输过程较长,不利于及时供货以及质量稳定。据了解,目前国内使用的水性中涂漆外观状态均不是很好,可能与此有关。因此需在招标过程中,应充分考虑以上问题,并提出保证措施。

6.2 管理问题

由于水性涂料与溶剂型涂料有较大的区别,目前大部分从事涂装管理与技术的人员均未接触过水性涂料,同时涂料厂家的国内技术服务人员也是处于探索期,因此可能会在前期出现水性涂料应用不良和一次下线合格率低等问题,应加强涂装行业水性漆的交流和沟通。


7 前景分析

虽然水性漆的应用存在成本增加等问题,但随着国家环保法规的日益完善,国内应用水性涂料的汽车厂家会越来越多,据我们了解,目前国内在05~06 年开始建设的汽车涂装车间均作了水性漆预留,有些公司明确采用水性漆生产(如盐城悦达起亚)。随着水性漆应用量的增加,必然会导致更多的涂料厂家在国内生产水性涂料,从而可以解决水性漆的储存与运输问题,并降低涂料的成本。我们有理由相信:水性涂料将可能与溶剂型涂料价格更为接近甚至更低。因此预计水性漆在国内也会逐步推广,只是时间问题。


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