我国汽车涂装与涂料的发展历程及经验教训

王锡春，宋 华 （中国第一汽车股份有限公司技术中心，吉林长春 130011）

0 引言

汽车涂装是现代化工业涂装的典型代表，它属于高级保护性涂装和装饰性涂装，汽车内外表面积约95%以上要靠涂装来进行保护和装饰，涂装已成为汽车主机厂的四大工艺之一。汽车涂装是延长汽车使用寿命和提高其装饰性、商品性的主要工艺技术手段之一。

汽车涂层必须具备极优良的耐腐蚀性、耐候性，以适应汽车的各种使用环境和世界各地的气候条件；还必须具有优良的装饰性来适应客户之需和时代潮流。

汽车生产是高效流水线式生产，生产节拍快（一般几十秒至几分钟），所选用的涂装材料的施工性能要好；所选用的工艺（漆前处理、涂装方法、涂膜固化方法和被涂物的输送方式）必须高效、快速，适应大批量流水线作业生产。

汽车车身涂装系多层涂装，一般由底漆涂层、中涂层、面漆涂层组成，涂层总厚度控制在100 μm左右。汽车涂装材料一览表见表1。

表 1 汽车涂装材料一览表Table 1 The list of automotive coating materials

续表 1

汽车涂装是汽车制造业的污染源［VOC（挥发性有机化合物）、CO2、污水、涂装废弃物］，也是耗能大户，它是当今清洁生产、创建绿色涂装的革新对象。

1 发展历程及经验教训

新中国成立之前和建国初期，我国无汽车工业，跑在路上的汽车是“万国”牌，汽车涂料仅是以喷漆（硝基漆）为主的汽车修补涂料。流水式汽车涂装的生产线和OEM（原始设备制造商）汽车涂料的起步始于第1个五年计划，即1953年7月15日一汽奠基建厂和1956年7月13日崭新的第一辆“解放”牌汽车总装下线，至今已有60多年的历史了。当时的一汽由原苏联斯大林汽车厂包建，共建有12条流水式涂装线，采用手工空气喷涂和浸涂法涂布，涂1道烘1次，采用普通悬链输送被涂件的工艺。所用涂料是由天津油漆厂按原苏联标准开发研制，并得到苏方检验认可的醇酸树脂、硝基、沥青三大体系的11个品种。“解放”牌汽车投产全部采用国产OEM汽车涂料，工艺水平及所用材料要求略高于苏方。

我国汽车涂装与涂料的60多年发展历程按OEM涂料更新换代的进展（两次引进→自主开发→跨国涂料公司、涂装设备公司来华建厂）可分为5个阶段（参见表2）；按汽车工业的发展状况，可分为前后两个30 a。

1.1 前30a

在前30 a中（改革开放之前），因种种原因，我国汽车工业发展缓慢，产品车型30 a一贯制，直至20世纪70年代才建立二汽，汽车年产量仅10万辆（其中轿车年产量不足千量），轿车车身涂装为小批量作坊式生产，在涂料工业的协助下，汽车涂料在此期间取得以下成果：

（1） 研制开发“红旗”牌高级轿车用涂料（优质合成树脂改性的硝基磁漆、环氧树脂底漆及腻子）和涂装工艺。

（2） 研制开发阳极电泳（AED）涂料及涂装方法，并建成多条AED涂装线，替代了驾驶室、覆盖件、车箱件、铸件等采用的喷涂打底工艺。

（3） 成功开发了气动杯式静电喷枪（喷涂法），用于驾驶室外表面、铁木混合车箱总成、水箱等的喷涂，替代了手工空气喷涂法，提高了涂装效率。

（4） 原化工部组织涂料研究所、油漆厂和汽车厂三方结合的攻关队，成功研发了出口卡车用优质氨基醇酸树脂面漆和轿车用特黑丙烯酸树脂面漆，并组织沈阳、北京、天津等油漆厂生产，供应市场。

（5） 面漆采用了“湿碰湿”喷涂（即2C1B）工艺。

（6） 开发了远红外线辐射元件（电阻带式和炭化硅板式），并获得应用。

（7） 成功开发静电振动粉末涂装法。

（8） 开发快干涂料（如苯乙烯改性醇酸树脂快干涂料、双组分环氧沥青底盘漆），替代了硝基漆。

回顾前30 a，可总结出以下经验教训：

（1） 涂装前处理工艺及设备长期处于落后状态，未下功夫开发改进研究，30 a一贯制。自配强碱性（复合碱）脱脂剂、高锌磷化液（用磷酸二氢锌、硝酸钠和亚硝酸钠在现场配制）；喷淋式、洗渣多，易堵喷嘴，无纯水洗工序，磷化处理工艺技术未完全掌握，工艺参数控制不严，致使磷化质量不稳定，影响涂层的耐潮湿性，造成在包建二汽的涂装工艺设计中取消了磷化处理工艺。

表 2 我国汽车涂料、涂装工业发展历程Table 2 The development course of automotive coatings and coating industry in china

（2） 采用AED涂装工艺替代铸件喷涂硝基漆的打底工艺，涂装实现自动化，且效率高。但由于铸件的热容量大，电泳漆膜需高温固化（1 600℃以上30 min），经常烘不干，在机械加工中被乳化液和碱清洗液洗掉，另外缸体在电泳槽液中浸泡后，水套中的型砂脱落在电泳槽中。

（3） 产品设计落后，无缝隙密封，车底无喷涂抗石击涂料的要求，车身空腔内表面也无明确的涂装、防腐要求，致使汽车在行驶过程中，缝隙淌黄水，在高温、高湿的沿海地区使用2～3 a就产生了穿孔腐蚀。

（4） 对涂装用水的水质和涂装环境清洁度的认识不到位（当然当初的自来水水质和空气清洁度比现在好），在技术交流中，无法达到外方提出的喷漆室要供空调风的条件，而纯水和清洁的空气是确保涂装质量的两大基础条件。

（5） 涂装前采用酸洗工艺，除锈、除氧化皮和被涂面不平整、凹坑靠刮腻子来修饰、填平的工艺应坚决淘汰，它们是汽车涂装的两大“毒瘤”。

（6）“解放”牌车轮原涂装工艺为浸涂沥青底漆和清漆，2道漆烘2次（2 000℃，50 min），搬迁时改为淋涂法，后又改为CED涂装和红外线烘干。实践证明，淋涂和全红外辐射烘干不适用，后改用坑式辐射热风对流烘干室才得以稳定生产。

1.2 后30a（改革开放至今）

我国汽车工业发展的后30 a是飞跃的30 a，尤其是后15 a，轿车工业得到了突飞猛进的发展，成为我国经济的支柱产业之一。我国连续8 a成为全球第一的汽车产销大国，涂装工艺水平和涂装质量与国际水平实现了全面接轨。

20世纪80年代，一汽换型改造，第2次全面引进卡车车身涂装线和全套汽车涂料。一汽、二汽、济汽3家联合从英国引进3条车身涂装线，引进了喷浸结合的中温锌盐磷化处理和阴极电泳涂装技术，以及上供风下抽风喷漆室，推杆式输送机等当时先进的涂装设备。沈阳、北京油漆厂为3条涂装线配套，分别从日本关西和奥地利斯托拉克（Stollack）引进了两套汽车涂料（CED涂料、中涂和高胺基质量分数的氨基醇酸树脂面漆）。90年代初，长春也引进了Stollack的中涂、面漆技术，卡车用涂料实现了第2次更新换代，1986年投产后车身面貌焕然一新。

从单个英文译本内部来看,53个术语只出现过1次(不存在不一致的问题),109个术语出现2次以上:t1中31个术语有多个译文(一处误译guarantor);78个术语仅1个译文版本。t2中26个术语有多个译文(一处误译mortgagee);83个术语仅1个译文版本。t3中31个术语有多个译文;78个术语仅1个译文版本。

与此同时，一汽剖析国外样品，按二次引进的涂装前处理工艺资料，成功开发了弱碱性脱脂剂和低锌三元磷化液与阴极电泳配套，并在车轮、车架、车箱等部件中普及应用，并援建国内兄弟厂的车身涂装线。

20世纪90年代，汽车工业以市场换技术和资金，走合资化之路的政策出台后，德、美、法、日、韩等国的汽车工业巨头相继来华办合资企业（厂）。随着汽车产品的引进，国际著名的涂料公司、涂装设备公司也相继来华设立合资公司（办事处），如前处理材料公司：日本帕卡、德国汉高和凯密特尔；汽车涂料公司：关西、PPG、杜邦、BASF、立邦等；涂装设备公司：德国杜尔和艾斯曼、日本大气社和帕卡等。形成汽车产品来自哪国，就采用哪个国家的涂料和招标承建涂装线的局面，这使我国轿车车身涂装工艺及所用涂装材料形成欧美、日本两大配套体系，两大体系之间虽有差异（如工序多少、输送方式、涂装工艺设备水平、工艺布置等），但都大同小异。

1.2.1 后30 a引进掌握的汽车涂装先进技术

（1） 涂装前处理工艺低温化、快速化、磷化少沉渣化、表调和钝化剂的改进都取得了进步；但磷化处理的公害（磷和重金属）因环保问题，已属需淘汰工艺。现今已成功开发环保薄膜型无磷转化膜处理工艺，以替代磷化处理。

（2） 成功开发无铅、无锡CED涂料，高泳透力和薄膜型超高泳透力CED涂料，使CED涂装更环保、更经济。薄膜型无磷转化膜处理工艺（锆盐或硅烷，或两者复合型产品）与薄膜型超高泳透力CED涂料配套，是当今汽车车身绿色打底涂装的最新工艺。国内已有近10条车身涂装线采用此工艺。底面合一电泳涂料也在商用车底盘件上得到应用。

（3） 汽车车身设计要求车身内外缝隙必须全部涂密封胶，车底面和受石击的表面需喷涂抗石击涂料，车内铺热熔沥青垫片或喷涂防声消音涂料等均有明确的技术要求，这是产品设计的一大进步。为此，车身涂装车间增设涂密封胶线（俗称PVC线），它是提高车身气密性、水密性和舒适性的关键工序，也是提高汽车车身耐蚀性、延长其使用寿命（产生穿孔腐蚀由2～3 a延长到10 a以上）的三大工艺（CED打底涂装、PVC线和涂装后空腔喷或灌防锈蜡）技术措施之一。

（5） 中涂面漆涂装采用旋杯式自动静电喷涂技术，20世纪90年代采用往复机式自动静电喷涂机（侧喷机和顶喷机）喷涂车身外表面，进入21世纪以来，机器人杯式自动静电喷涂机替代往复机喷涂中涂、底色漆和清漆，由仅喷涂车身外表面，内表面手工喷涂发展到车身内外表面全部采用机器人喷涂，建立了智能化全自动（擦净、门盖开启关闭、测厚、喷涂内外表面等）机器人静电喷涂面漆线。涂胶和车底涂料的喷涂也由机器人替代了人工。

（6） 为适应环保的需要，采用低VOC环保型涂料替代传统有机溶剂型中涂和底色漆，减少涂装工序。老线改造一般采用高固体分涂料，新建车身涂装车间采用水性中涂和水性底色漆。我国从2004年起，已有30多条轿车车身涂装线采用水性中涂和底色漆，且由标准的水性涂装工艺（中涂烘干）发展到非紧凑型水性三湿（3wet，即中涂+BC+CC烘1次）涂装工艺和紧凑型水性三湿（3wet，即BC1+BC2+CC烘1次）涂装工艺，这比欧美滞后10 a多；商用车采用紧凑型溶剂型三湿（3wet，即BC1+BC2+CC烘1次）涂装工艺替代原标准工艺。

（7） 喷漆室排风循环利用技术获得应用。喷漆室排风，一般采用上供风下排风，不循环利用，其风源是室外的新鲜空气，为保证喷涂的作业环境［温度（23±20）℃、相对湿度（RH）65%～75%）］，夏季需要冷却降温，冬季需加热升温，空调能耗大（CO2排放量大）。喷涂室成为涂装车间高能耗设备之一，自动静电涂装和低VOC型涂料的采用为喷漆室排风循环利用创造了条件，自动静电喷涂区段由再生循环排风空调装置供风，国内已有多家公司采用该技术。

（8） 干式喷漆室（干式漆雾捕集装置）替代湿式喷漆室已是发展的趋势。引进的干式喷漆室有ECODryscrubber、Dryspin、EISCRUB和E-Cabe 4种，解决了湿式喷漆室耗水量大（为每小时补充循环水量的1%～2%）、含化学药品（絮凝剂）和漆渣的污水（二次污染危险物）等问题，湿式喷漆室的水洗式喷雾收集装置在欧美国家已开始限制使用。

（9） 涂装车间车身输送设备（技术）在适应涂装工艺需要，如提高水平面涂装质量，工序间带液少和“气泡”问题方面有了重大革新。前处理、电泳线采用摆杆输送机和更先进的滚浸式输送机（如Rodip）替代推杆悬挂输送链。入槽角度可由25°～300°提升到450°、900°甚至3 600°旋进式，减少水平被涂面的颗粒。在采用滚浸式输送机场合，车身可见水平面朝下，能大幅度提高涂装质量和减少车身带（兜）液量，确保车身表面100%涂装处理完善。烘干、PVC、中涂、面漆、贮存跑空线等，采用滑撬输送机系统，工艺灵活性大，特别适用于涂装车间的立体（多层）工艺布置。

1.2.2 汽车涂装、涂料后30 a的经验教训

（1） 自20世纪90年代轿车工业合资化后，设计、建设的轿车车身涂装线，仍旧采用有机溶剂型涂料的传统涂装工艺，这是因为当初认为采用水性中涂和水性底色漆，投资大、运行成本高，能耗大，喷涂条件苛刻、难掌握，喷涂水性涂料的工艺不够成熟，而对涂装公害的危害认识不到位，再加上当时我国的环保法规不够严格。实际上欧美汽车工业从20世纪90年代初就着手狠抓汽车涂料水性化和节能减排技术，经过近20 a的改进和完善，实现了汽车涂装工艺技术及用材的更新换代，并且完全能够满足苛刻的环保法规要求。

直到最近4～5 a，我国引进的几条车身涂装线才全面采用上述新工艺、新技术，达到欧洲绿色涂装车间（Eco-Paintshop）标准。但有些汽车公司近年新建立的车身涂装线，按水性中涂和水性底色漆设计建造，投产时却又改用有机溶剂型涂料，以致造成现在70%以上的车身涂装线仍采用有机溶剂型涂料，多数涂装车间VOC和CO2排放严重超标，VOC排放量＞100 g/m2，能耗和水耗为国际水平的2～3倍，甚至更高，汽车产量和GDP（国民生产总值）上去了，可同时涂装公害严重破坏了人们的生存环境。

（2） 汽车工业和涂料工业大而不强，轿车用高档涂装材料市场的80%以上被洋品牌占领，涂装技术尚属跟随型。在合资公司中，涂装工程设计、招标基本上听外方的，中方话语权少。原生产汽车涂料的厂家退出汽车涂料市场（沈阳、北京厂已消失，天津、上海厂实力大大减弱）。

（3） 应加强环保意识、以及防治涂装公害和节能减排的立法和执法力度，进一步提高涂装清洁生产和创建绿色涂装车间的认识。严格按“绿色”涂装理念（10个更少、2个更高、1个更低）进行涂装工艺和设备的精益化设计；审核、检验和优化现涂装工艺流程的每道工序、每台涂装设备，杜绝涂装过程中的浪费，消除无效作业和超值功能，使能源和材料尽可能得到最佳利用；培训作业人员，加强涂装工艺和生产管理，提高生产效率和涂装一次性合格率，减少或消除涂装公害。

（4） 商用车车架采用底面合一电泳涂料，导致漆膜的耐腐蚀性能下降，要提高涂层的耐候性能势必牺牲涂层的耐腐蚀性能，因为两者是矛盾的。建议采用环氧电泳漆+喷涂低温面漆工艺，或底盘采用整体喷漆工艺。

（未完待续）