在以市場為導(dǎo)向的戰(zhàn)略方針引領(lǐng)下，隨著客戶需求的不斷升級(jí)，國家政策的日益完善，新的《報(bào)廢機(jī)動(dòng)車回收管理辦法》正式實(shí)施，作為五大總成之一的車架，相對(duì)其他總成的回收率是最高的。車架作為卡車的脊梁，車架的防腐質(zhì)量逐漸被各大商用車主機(jī)廠重視，對(duì)其防腐性能要求也越來越高。尤其在近幾屆《國際商用車車架技術(shù)峰會(huì)》的影響下，國外技術(shù)得到了一定程度的推廣。同時(shí)結(jié)合國內(nèi)環(huán)保形勢(shì)的逐步加嚴(yán)以及雙碳目標(biāo)的推動(dòng)與實(shí)現(xiàn)，本文從商用車車架行業(yè)實(shí)際出發(fā)，結(jié)合商用車車架板材形式、工藝特點(diǎn)及使用工況等方面，提出車架防腐的各種工藝升級(jí)路線，詳細(xì)分析對(duì)比，研究分析車架主流防腐工藝的施工特點(diǎn)和性能差異，為商用車高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)，為車架防腐工藝提供參考。
1、商用車車架板材類型及發(fā)展趨勢(shì)
商用車車架目前主要應(yīng)用的板材為熱軋板，近幾年隨著技術(shù)的進(jìn)步和質(zhì)量要求的提升逐步開始應(yīng)用EPS板材作為商用車車架的板材（全稱Eco Pickled Surface，用物理的方式去除鋼板表面氧化皮的技術(shù)，即硬鋼砂和水的混合物對(duì)鋼板上下表面進(jìn)行噴射處理，在打擊力的作用下去除鋼板表面的氧化鐵皮，使鋼板成為光滑、清潔的表面）。主要是隨著前處理技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展包括環(huán)保對(duì)酸洗、磷化工藝的排放控制，熱軋板的應(yīng)用也同時(shí)受到薄膜前處理的限制。
2、底盤（含車架）涂裝防腐的現(xiàn)狀
針對(duì)底盤（含車架）防腐，當(dāng)前主流有效防腐工藝有三種：第一種是相對(duì)傳統(tǒng)的工藝即整車裝配完成后對(duì)底盤進(jìn)行噴蠟。第二種是底盤噴漆工藝，即在扣裝發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱之前進(jìn)行所有底盤件（含車架）的二次噴涂，主要解決零部件涂層質(zhì)量不一致的問題。第三種是以車架為代表的工藝即散件電泳+噴粉，首先將車架散件及其他零部件進(jìn)行電泳，總成裝配完成后對(duì)車架及底盤零件噴涂粉末涂料，不僅解決車架自身的夾層生銹問題，還同時(shí)提升耐鹽霧和耐老化等級(jí)。以下就三種工藝分別進(jìn)行介紹：
（1）首先是噴蠟工藝的應(yīng)用，該工藝相較其他工藝應(yīng)用較早，商用車底盤噴蠟起初目的是解決海運(yùn)問題，對(duì)裝配后的整車底盤進(jìn)行噴蠟，防止整車在海上運(yùn)輸過程中海洋大氣環(huán)境的腐蝕。但噴蠟的耐鹽霧性能一般僅能達(dá)到240h，短期解決底盤的銹蝕問題，理論上6-12個(gè)月即出現(xiàn)失效。由于海外運(yùn)輸周期及生產(chǎn)后等待批次發(fā)貨等問題，客戶很難體驗(yàn)到這一防腐的效果，一般也只能保證客戶買車前不生銹，車的外觀保護(hù)較好，真正給客戶的價(jià)值較少。
（2）底盤噴涂這種工藝國外主要是戴姆勒奔馳的Worth工廠為代表的防腐工藝，國內(nèi)主要是以青島一汽、上汽紅巖及新建的重汽萊蕪工廠等采用。其中奔馳worth和青島一汽及上汽紅巖主要噴涂溶劑型雙組份涂料，重汽萊蕪工廠采用水性雙組份面漆的形式。這種工藝目前受限于所用溶劑型油漆的排放問題，很難得到環(huán)評(píng)批復(fù)所以基本上都呈現(xiàn)油改水的趨勢(shì)，但是均面臨較高的廢氣治理的成本；即便是水性漆理論計(jì)算的排放滿足法規(guī)要求，但受地方區(qū)域及環(huán)保政策趨嚴(yán)的趨勢(shì)，也需要一定的治理成本，且對(duì)職業(yè)健康、對(duì)環(huán)境污染仍有一定的影響。另外從工藝路線規(guī)劃、工藝質(zhì)量提升的角度方面此工藝僅適合于新建工廠的整體工藝規(guī)劃，因?yàn)槔瞎S受場地、空間、工藝流程變更、路線更改等因素限制所以后期改造的難度很大。此工藝對(duì)采購的零部件質(zhì)量要求相對(duì)較低，允許有一定程度的磕碰劃傷，允許耐腐蝕等級(jí)略低，甚至連關(guān)鍵的底材處理也不是很嚴(yán)格，有一定的讓步和容忍度。
（3）車架及底盤零部件噴粉的工藝，目前國外普遍采用的是車架散件電泳+總成噴粉的工藝，國內(nèi)如東風(fēng)柳汽為總成電泳+噴粉的工藝形式。另外，底盤附件為單獨(dú)電泳+噴粉的形式送到主機(jī)廠進(jìn)行裝配。該工藝要求底盤各零部件自身的質(zhì)量與主機(jī)廠車架質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一致，要求每個(gè)零件都確保自身的質(zhì)量符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，符合圖紙要求，將問題規(guī)避，輸出高質(zhì)量的零件和工作成果，雖然增加一定的成本，但符合高質(zhì)量的發(fā)展要求，滿足消費(fèi)升級(jí)的大環(huán)境需求，且車架噴粉工藝不增加任何的VOC排放，符合卓越績效準(zhǔn)則的企業(yè)社會(huì)責(zé)任的基本理念。這種工藝體現(xiàn)的是加強(qiáng)自身工作質(zhì)量的制造文化，強(qiáng)調(diào)每一個(gè)零部件的質(zhì)量保證，強(qiáng)調(diào)從源頭控制問題、解決問題，體現(xiàn)的是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，較真的工作態(tài)度，這種制造文化容易形成長效的質(zhì)量控制機(jī)制。長此以往，更有利于長期的公司文化的形成，部門內(nèi)部、供應(yīng)商等各自做好自身的工作質(zhì)量，每一個(gè)工作環(huán)節(jié)都確保高質(zhì)量的完成，容不得半點(diǎn)疏忽。
3、粉末涂裝的興起及在車架行業(yè)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)
粉末涂料和涂裝技術(shù)的使用在我國已經(jīng)有將近40年的發(fā)展歷史了。從20世紀(jì)80年代的政策開放，國外優(yōu)良的配方、領(lǐng)先的生產(chǎn)技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備不斷進(jìn)入國門，促使粉末涂料飛速發(fā)展，從最開始每年生產(chǎn)產(chǎn)量180噸，逐步增長至170萬噸，甚至超越美國。主要原因在于粉末涂料自身優(yōu)異的特點(diǎn)，粉末涂料與傳統(tǒng)涂料進(jìn)行對(duì)比擁有以下優(yōu)勢(shì)：以水作為溶劑或者沒有有機(jī)溶劑、100%的固體涂料；噴粉過程中掉落可回收利用、損失率在3%以下；沒有液體涂料的打膩?zhàn)?、噴底漆、噴面漆等繁雜工序，只需采用噴涂、烘烤固化等工序，一次性成膜；上粉率高，一次性就能獲得40~200μm的涂膜。因此，粉末涂料行業(yè)在中國的發(fā)展正在蓬勃向前。作為一種無污染的環(huán)保型涂料，粉末涂料正漸漸走向各行各業(yè)之中，展露風(fēng)采。自21世紀(jì)以來，我國成為世界排名第一的粉末涂料生產(chǎn)國和使用國。中國在國際粉末涂料行業(yè)的地位已毋庸置疑。
車架粉末噴涂工藝國外主要是奔馳巴西工廠、MAN、VOLVO、SCANIA、FUSO葡萄牙工廠等，國內(nèi)最早以重卡企業(yè)為代表的東風(fēng)柳汽的車架總成噴粉與零部件噴粉，四川現(xiàn)代的縱梁噴粉以及東風(fēng)商用車的縱梁噴粉，輕卡為代表的北汽福田長沙超級(jí)卡車工廠和福田重卡歐曼二廠及三廠的車架散件電泳+總成噴粉工藝。
表1：國內(nèi)外標(biāo)桿企業(yè)車架粉末噴涂工藝的應(yīng)用情況
北汽福田車架及底盤附件的防腐工藝在質(zhì)量升級(jí)和工藝路線確定方面分別做了多方面的對(duì)比與測(cè)試，新項(xiàng)目建設(shè)方面分別就選擇噴漆工藝還是選擇噴粉工藝做了大量的調(diào)研和性能對(duì)比工作，最終從項(xiàng)目投資、占地面積、質(zhì)量提升、日?qǐng)D片常運(yùn)營費(fèi)用及安全環(huán)保等方面綜合考慮選用了車架及底盤附件噴粉工藝。
圖1為北汽福田車架及底盤附件的整體涂裝工藝流程圖
北汽福田針對(duì)車架及底盤件的涂裝工藝升級(jí)所使用的材料進(jìn)行了全面的對(duì)比分析，尤其是從三者的施工性、漆膜的物理性能和化學(xué)性能分別進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比于分析，試驗(yàn)樣品僅為常規(guī)使用的涂料進(jìn)行了測(cè)試，不代表特殊開發(fā)產(chǎn)品及行業(yè)整體水平。如表2
表2 三種涂料性能對(duì)比
由表2可以看出，3種防腐漆膜的機(jī)械性能和化學(xué)性能實(shí)際表現(xiàn)相差不大。在耐候性方面，粉末涂料的表現(xiàn)會(huì)更勝一籌。最重要的是粉末涂料的VOC排放量非常低，更有利于環(huán)保推廣以及進(jìn)行自動(dòng)化、智能化噴涂的推廣，因?yàn)檐嚰芗暗妆P件具有車型多，品類雜、形狀復(fù)雜等的特點(diǎn)決定了噴漆工藝不能夠采用機(jī)器人噴涂的特點(diǎn)，但是噴粉工藝可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化噴涂。
北汽福田的粉末噴涂工藝是以機(jī)往復(fù)機(jī)噴槍配合激光3D掃描識(shí)別系統(tǒng)相結(jié)合的方式進(jìn)行自動(dòng)化噴涂。是以自動(dòng)化噴涂為主，人工補(bǔ)噴為輔的工藝形式，目前的自動(dòng)化噴涂率能夠達(dá)到85%以上。粉末從供粉中心傳送到噴槍處，充電后粉末通過靜電吸附在工件表面上，形成一層均勻的薄膜；之后，大旋風(fēng)將過噴粉末從抽風(fēng)中分離，粉末在粉泵的作用下被送回到供粉中心，集成在回收粉末環(huán)路中的通過粉篩過濾回收粉中的雜質(zhì)，后采用過濾器沉淀粉塵顆粒，將干凈的氣流送回周邊空氣中（如圖2）。
圖2 噴粉原理圖
北汽福田采用的粉末靜電噴涂設(shè)備主要由粉末噴槍、供粉系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)和粉末回收裝置等組成。粉末涂料靜電噴涂的基本原理為讓靜電粉末噴槍與高壓靜電發(fā)生器相連，當(dāng)噴槍電極接通高壓靜電后，給予噴槍端部較高電壓，由噴槍端部針狀電極的電暈放電，使空氣發(fā)生電離現(xiàn)象，與此同時(shí)，粉末涂料通過供粉中心從噴槍中噴射出去，分散在空氣當(dāng)中，粉末粒子與帶電的空氣粒子相互碰撞，捕捉電離子，從而形成帶電荷的粉末粒子；之后粉末粒子受靜電引力的作用，吸附在工件表面上。因?yàn)榉勰┩苛暇哂休^大的體積電阻，因此被吸附在工件上的粉末粒子會(huì)以緩慢的速度向外釋放電荷，由此帶電的粉末粒子就可以不斷地吸附在工件表面上，當(dāng)工件上的粉末積聚到一定厚度時(shí)，發(fā)生靜電相斥，粉末便不再堆積。噴涂完成后進(jìn)行熱風(fēng)對(duì)流烘干。
2021年6月30日北汽福田長沙超級(jí)卡車工廠第一臺(tái)的商用車輕卡噴粉車架下線，車架膜厚平均為120μm，表面光澤度大于60，漆膜光亮、飽滿、鮮映性目視良好，耐鹽霧及耐老化等性能指標(biāo)均能夠達(dá)到1000h。另外粉末通過熔融、流平等將車架的結(jié)構(gòu)夾層、鉚釘與板材之間的縫隙等均能夠做到全方位的防護(hù)，同時(shí)，粉末對(duì)車架銳角的包裹性進(jìn)行完美的覆蓋，從而全面地提升了車架的整體質(zhì)量為顧客提供了更好的產(chǎn)品體驗(yàn)。2021年7月4-6日，由商用車車架聯(lián)盟、汽車制造研究院主辦，湖南湘江涂料集團(tuán)承辦，以“共商，共建，共享；推動(dòng)商用車及車架高質(zhì)量智能化發(fā)展”為主題的“2021國際商用車智能制造暨車架技術(shù)峰會(huì)”于7月6日商用車行業(yè)精英、大咖蒞臨長沙超級(jí)卡車工廠車架噴粉線參觀指導(dǎo)，對(duì)車架噴粉后的狀態(tài)給予了充分的肯定和高度的評(píng)價(jià)。
通過散件電泳+車架及底盤附件噴粉的工藝方式，從根本上解決了車架夾層銹蝕的問題，提升了商用車車架產(chǎn)品的工藝質(zhì)量，引領(lǐng)了商用車車架防腐領(lǐng)域的時(shí)代潮流。
圖3 商用車噴粉車架
4、粉末涂料的發(fā)展前景
4.1 低溫固化
推動(dòng)粉末涂料的技術(shù)改革，向低溫快速固化方向發(fā)展，已經(jīng)成為粉末涂料行業(yè)發(fā)展的未來趨勢(shì)。低溫固化不但可以降低粉末的熔融溫度，增大粉末涂料的應(yīng)用范圍，還能減少天然氣等能源的使用消耗量，節(jié)約成本，減少粉末固化流平的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率和工藝節(jié)拍。目前可研究的方向主要分為三方面：一是降低樹脂自身的熔融黏度、軟化點(diǎn)；二是增加樹脂的官能團(tuán)，提高交聯(lián)度；三是采用合適的催化劑等方法來達(dá)到粉末涂料的低溫固化。
4.2 薄膜化
粉末涂料的涂膜厚度對(duì)粉末涂層的外觀起關(guān)鍵性的作用；當(dāng)前粉末涂料的膜厚范圍在40~200μm，對(duì)于一些產(chǎn)品膜厚在30μm左右就可滿足它自身需求，因此粉末涂料薄膜化的技術(shù)方向是必不可少的，不僅可以降低產(chǎn)品成本，也可以獲得更多的溶劑型涂料市場份額。
4.3 功能化
為了更好地發(fā)展粉末涂料的性能，主要升級(jí)開發(fā)關(guān)于重防腐性、耐高溫性、耐候性、阻燃性、導(dǎo)電性等多種性能，為被涂物品提供優(yōu)異的特殊保護(hù)能力和裝飾美觀性的粉末涂料。
4.4 專用化
粉末涂料的應(yīng)用是多方面的，針對(duì)各種商品的不同性能需求，需要研發(fā)專用性的粉末涂料來適應(yīng)市場的發(fā)展趨勢(shì)，擴(kuò)大粉末涂料的應(yīng)用方向與影響力。例如，用于汽車鋼板的專用粉末涂料；用于遮蔽底材花紋板粗糙的粉末涂料以及具有裝飾美觀性、無光性、高光性、高鮮艷性、自帶金屬閃光性的多種專用化的粉末涂料。
5、結(jié)語
總而言之，隨著我國對(duì)于環(huán)境保護(hù)工作和節(jié)能減排工作的不斷深入與推進(jìn)，粉末涂料憑借其無污染、零排放、安全可循環(huán)使用的優(yōu)異特點(diǎn)必將獲得更加廣闊的市場。伴隨著家電行業(yè)、汽車領(lǐng)域、建筑材料、船舶、管道等行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，將會(huì)給粉末涂料市場帶來巨大的拉動(dòng)效果。另外，具有節(jié)能環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、清潔生產(chǎn)等特點(diǎn)的商品將會(huì)成為未來粉末涂料行業(yè)發(fā)展的新方向。時(shí)刻把握未來涂料市場動(dòng)向及趨勢(shì)，推動(dòng)粉末涂料新技術(shù)的研究與發(fā)展，不斷推陳出新，促使粉末涂料向更優(yōu)異的方向發(fā)展，更好地為社會(huì)綠色生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)。
車架防腐升級(jí)的工藝路線選擇是一個(gè)綜合考量的過程，不同的方案有各自的優(yōu)劣勢(shì)但整體的發(fā)展趨勢(shì)必然是散件電泳+總成噴粉的工藝形式。各大主機(jī)廠或配套商需要結(jié)合車架的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和要求、各零部件的質(zhì)量保證情況、場地的大小、運(yùn)營的成本等系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃，以確保工藝的先進(jìn)性和前瞻性，符合日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，并科學(xué)合理地運(yùn)用自動(dòng)化、數(shù)字化制造，聚焦價(jià)值，精益運(yùn)營，全面提高車架質(zhì)量，更好的參與國際競爭，推動(dòng)中國速度向中國質(zhì)量轉(zhuǎn)變，推動(dòng)中國產(chǎn)品向中國品牌轉(zhuǎn)變，向科技與品質(zhì)領(lǐng)先的世界級(jí)商用車邁進(jìn)。
來源 ：2021/2022中國粉末涂料與涂裝行業(yè)年會(huì)
作者 ：張全新 北汽福田汽車股份有限公司
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