3C1B高固体分溶剂型涂装工艺介绍
唐勇华，方 明，苏广林，孙晓峰(长安福特汽车有限公司，重庆 401120)
3.3 宽泛的施工窗口，高品质的涂装质量
0 前 言
伴随着人类社会进步和科学技术的发展，人们对环境保护要求越来越高，汽车涂装工艺再次引起人们的重视，如何减少VOC排放、降低能源消耗、开发可持续发展涂装工艺、减少涂装工艺整个生命周期对环境的影响成为我们涂装人的使命。国内外众多汽车厂家在水性涂料、高固体分涂料、紧凑型工艺等方面都做了大量的研究和应用，在VOC减排方面都取得了明显效果。本文将对长安福特3C1B高固涂装工艺进行详细介绍，与广大涂装同行共同探讨如何建设绿色环保、可持续发展涂装之路。
1 3C1B高固涂装工艺发展历史
福特汽车公司于1994年在德国科隆工厂次应用了水性涂装工艺，1998年、2000年相继在澳大利亚、美国迪尔伯恩和巴西工厂推广使用水性涂装工艺。水性涂料可以大幅度减少VOC，但是伴随而来的是能源成本和CO2排放量的增加。福特汽车公司一直倡导绿色环保，致力于成为“环境保护的先行者”，在积累了大量的溶剂型涂料和水性涂料应用经验后，于2002年开始研究可持续发展涂装工艺，从原材料、涂装工艺、能源消耗等方面进行了大量的试验和研究，于2007年成功开发了3C1B高固体分溶剂型涂装工艺，并应用于美国俄亥俄工厂。2009年福特开始将3C1B高固涂装工艺推广到全球工厂(印度和墨西哥工厂)，2012年中国重庆工厂引入3C1B高固涂装工艺，成功运行2年后，2014年又将该工艺应用于即将投产的重庆三工厂。截至目前，福特全球已累计超过10家工厂使用3C1B高固涂装工艺，均已获得北美和欧洲各国政府环保法规的认证和许可，为保护环境、建设可持续发展的涂装技术做出了突出贡献。
3C1B高固涂装工艺是将传统汽车涂装工艺简化，取消中涂烘烤工序，在烘干的电泳涂层上喷涂中涂、色漆和罩光清漆，即中涂、色漆、清漆湿碰湿连续涂装后一起进行烘干的涂装工艺，同时为减少VOC和提高喷涂质量，大程度地使用高固体分涂料。
2 3C1B高固涂装工艺流程图及工艺参数
3C1B高固涂装工艺是将传统汽车涂装工艺简化，取消中涂烘烤工序，在烘干的电泳涂层上喷涂中涂、色漆和罩光清漆，即中涂、色漆、清漆湿碰湿连续涂装后一起进行烘干的涂装工艺，同时为减少VOC和提高喷涂质量，大程度地使用高固体分涂料。
2 3C1B高固涂装工艺流程图及工艺参数
3C1B高固涂装工艺流程图具有结构简单、布局紧凑，无需预烘干、流平等特殊要求，可以减少投资和运行成本，图1为长安福特新工厂实际工艺布局图。
从图1上可以看出，68 JPH (34×2)的生产线，喷房的总长度只有74.5 m，含中涂内板喷涂，无中涂烘干工序，无固定闪干流平区域。色漆人工喷涂区域可以设置为中涂外板的流平段，同样清漆内板喷涂区域为色漆外板区域的流平段，这样对整个喷涂线的长度大程度地进行了压缩，有效降低了投资和运行成本，具体参数见表1、表2。
3 3C1B高固涂装工艺优点
三涂一烘高固涂装工艺具有环境友好、VOC排放低、节约能源、工艺布局紧凑、投资运行成本低、涂膜质量好等优点。
3.1 环境友好，温室气体和氮氧化物排放低
图2是常见涂装工艺的CO2排放对比分析，从图2上可以看出3C1B高固涂装工艺因没有中涂烘烤、中涂和色漆闪干，喷涂施工窗口宽等原因，总体能源消耗及温室气体排放远远低于其他工艺，在整个涂装生态周期对环境影响小。
3.2 具有与水性涂料相当的VOC 排放
随着涂料固体分的增加，溶剂型涂料的VOC排放逐渐减少，而水性涂料的VOC排放并不会明显增加，因此当溶剂型涂料的固体分增加到45%时，两种工艺的VOC就会出现交叉，此时高固体分的溶剂型涂料的VOC排放就会与水性涂料的VOC排放相当，并且溶剂型涂料有继续往更高固体分发展的潜力。
图3是几种工艺的VOC排放对比分析，在没有末端处理装置的情况下，水性紧凑工艺的VOC排放好于当前的溶剂型工艺，但随着固体分的提高及新技术运用，下一代三涂一烘溶剂型高固工艺VOC排放将比目前的紧凑型工艺环保效果更好，VOC排放更低，可以控制在20 g/m2以下，基本上满足所有地方法规要求。如果能安装喷房尾气处理装置，对喷房VOC进行控制，VOC的排放结果将能达到5 g/m2以下，三涂一烘高固工艺能完全达到甚至超过水性涂料的VOC排放水平。
图3是几种工艺的VOC排放对比分析，在没有末端处理装置的情况下，水性紧凑工艺的VOC排放好于当前的溶剂型工艺，但随着固体分的提高及新技术运用，下一代三涂一烘溶剂型高固工艺VOC排放将比目前的紧凑型工艺环保效果更好，VOC排放更低，可以控制在20 g/m2以下，基本上满足所有地方法规要求。如果能安装喷房尾气处理装置，对喷房VOC进行控制，VOC的排放结果将能达到5 g/m2以下，三涂一烘高固工艺能完全达到甚至超过水性涂料的VOC排放水平。
三涂一烘(3C1B)高固涂装工艺具有施工窗口宽泛、工艺质量稳定、能源消耗低等优点，并且涂装涂膜质量具有优良的耐候性和耐久性，防紫外线穿透、防石击、耐擦伤等性能都符合各大汽车厂商工艺规范，整车耐腐蚀性能能达10 a以上。除此之外高固体分涂料雾化效果比传统工艺雾化效果更好，颗粒直径能减少10%以上，涂装质量具有高光泽、饱满光滑等优点。涂装颜色不受限制，各种素色漆、金属涂料、珠光涂料、彩色清漆都可以适用，目前长安福特已经投产的颜色有珍珠白、糖果、阳光棕、闪耀银等10余种，为福克斯、翼虎等畅销车型穿上了靓丽的外衣，装点了色彩斑斓的涂装世界。
3.4 可持续发展
福特汽车公司从可持续发展、生态环境、产品质量及颜色价值、涂装经济性等各方面对涂装工艺进行了全面分析，从大量的数据对比分析中发现3C1B高固涂装工艺是至今为止为精益的涂装工艺。涂装VOC排放可以达到25～35 g/m2，二氧化碳可以减少34%，投资和运行成本可以降低30%，有潜力向更高固体分发展，具有更高的喷涂效率，涂层间强制闪干流平不是必不可少的，不需要使用有毒的促进水溶性的表面活性剂。
4 3C1B高固涂装工艺实际应用中的VOC控制管理
长安福特在2009年启动重庆第二工厂时，次在国内引进了三涂一烘精益涂装工艺，并于2012年投产。成功运行2年后，2014年又投产了长安福特三工厂，在VOC降低和节能减排等方面做了大量的工作，目前VOC已经从初投产时的31 g/m2降低到了27 g/m2。除采用了3C1B高固精益涂装工艺，还采取了以下措施，从工艺管理、材料消耗、生产管理、末端回收利用等各方面对VOC 进行了削减。
(1)首先对涂装生产过程中使用的清洗溶剂进行了严格管理，因为清洗溶剂是涂装挥发性有机化合物(VOC)排放主要的来源之一，占据涂装总VOC20%以上。为减少清洗溶剂用量，对喷房的清洗溶剂进行了回收利用，收集中涂和色漆机器人喷杯清洗时的溶剂，并对清洗溶剂进行再生处理，实现在线利用，回收流程见图4。
(2)其次对同色喷涂比例的控制也是减少清洗溶剂用量，降低涂装VOC的有效果途径。在汽车涂装生产中，如果一旦换色，就需要机器人喷涂系统的CCV阀、齿轮泵、喷杯中的针阀、螺旋管及喷杯等进行反复清洗，这个过程将会消耗大量的清洗溶剂，如果减少清洗频次将会直接降低VOC，因此对喷涂的颜色进行了优化，尽量减少异色清洗。同色喷涂效果对比见图5。
(3)同样通过改善涂装喷房、工装、格栅、壁板等清洗方法，加强清洁用清洗溶剂管理同样可以降低VOC。清洁用清洗溶剂也从初的90 kg/d降低到了目前的30 kg/d。
(4)在保证质量的前提下，要严格控制各涂层涂料的消耗，优化喷涂参数，提高上漆效率，减少涂料的浪费，从而实现降低成本和减少VOC双重效果。
长安福特二工厂3C1B高固涂装生产线投产后第1年VOC排放就到了30 g/m2，目前有12种色漆颜色，通过优化同色喷涂比例和提高溶剂回收利用比例，VOC排放已经达到27 g/m2，相信后续通过进一步的控制和管理可以达到20～25 g/m2(见图6)，当然这些措施不包括后续的末端处理。
5 3C1B高固涂装工艺VOC减排末端处理技术
3C1B高固涂装工艺运用末端废气处理技术(见图7)，将更大程度地减少VOC，与喷房循环风技术结合后可以实现减少CO2排放和VOC排放的双重效果。长安福特已经在重庆二工厂和三工厂开展这项工作，未来改造完成后，VOC将控制在5 g/m2以下。
6 结 语
三涂一烘(3C1B HS)高固涂装工艺不仅能降低VOC排放和节约能源，还能为顾客提供色彩绚丽的高品质产品，履行10年以上始终如一的保护，体现了颜色的附加值，从生态环境、质量和经济性等全面体现了其技术优势。随着技术的发展，越来越多的人会认识和了解3C1B高固涂装工艺，3C1B高固涂装工艺在也一定会得到更好应用和发展，为环境保护贡献力量。
