□ 張 瑞1，王春英2，3，楊小朋4 (1.山東山推機械有限公司，山東濟寧 202071；2.山推石油化工有限公司，山東濟寧 272000；3.山東源根石油化工有限公司， 山東濟寧 272000；4.山推工程機械股份有限公司，山東濟寧 272000)

摘要: 綜述了綠色制造及綠色涂裝的現狀與發展趨勢，通過對工程機械結構件涂裝過程中各種能耗 工序及"三廢"排放來源的分析，指出了實現工程機械綠色涂裝的幾種路徑，并根據這些路徑提出了底面合 一及先刮膩子后噴漆的工藝，簡化噴漆工藝流程，減少涂膜噴涂及烘烤次數，降低污染物排放及能源消耗。

關鍵詞:綠色制造；節能；環保；涂裝；底面合一涂料；膩子

中圖分類號：TQ639 文獻標識碼：B 文章編號：1006-2556(2014)04-0022-06

0 前 言

工程機械是機械行業一大分支，包括挖掘機械、 鏟土運輸機械、工程起重機械、機動工業車輛、壓實 機械、路面機械、樁工機械、混凝土機械等。經過最近 十幾年的高速發展，工程機械已成為大規模化生產 和使用的機電產品。在工程機械制造過程中，涂裝是 一道必不可少的工序，涂膜在工程機械產品的防銹 保護、外光裝飾等方面具有十分重要的意義。但是， 工程機械結構龐大，且多是中厚板材焊接的結構件， 涂裝用漆量大，烘干時間長，不僅是一項高能耗工 藝，還是一項會對環境產生污染的工藝。在倡導綠色 消費、綠色制造的今天，如何減少工程機械涂裝的能 耗，如何減少或消除工程機械涂裝的污染也應該引 起行業的重視。

1 綠色制造的現狀及發展趨勢

1.1 綠色制造的發展現狀及趨勢

20世紀以來，伴隨工業的高速發展，全球出現的 十大環境污染事件[1]及十大環境問題[2]給人類敲醒了 警鐘，帶給了人類新的挑戰和思考。

制造業創造了60%～80%的社會物質財富，但也 成為最大的污染源之一[3]。從20世紀90年代起，保護 環境、保持生態平衡逐漸成為人類普遍的共識，在全 球范圍內興起了綠色制造的浪潮[4]。美國、加拿大、日 本及歐盟國家都已投入全球性的綠色制造行動，并 確定了各具特色、具有環境意識的綠色產品標志。所 謂綠色制造，是一個綜合考慮環境影響和資源效率 的現代制造模式，其目標是使得產品在設計、制造、 包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期 中，對環境的負影響最小，資源效率最高[5]。綠色制造 涵蓋了包括產品設計階段、制造階段、銷售階段、使 用階段和廢棄階段的全生命周期[1]，完整的綠色制造 體系如圖1[5]。

隨著全球綠色制造的興起，國內學者也開始對 綠色制造進行了大量的理論研究，許多企業開始了 綠色制造的探索和實踐，可持續的綠色發展理念已 經深入人心。目前，綠色制造已經形成了完整的理論 體系和評價體系[6-7]，并在機械、機床、家電等行業推 廣綠色工藝，實現了節能降耗，減少了環境污染[8-10]。 在國內，每年都會有以綠色發展、綠色制造為主題的 技術交流研討會，倡導綠色制造、綠色消費，促進綠 色發展。

近年來，綠色發展上升為許多國家的發展戰略。 在我國，專門出臺了《綠色制造科技發展"十二五"專 項規劃》，并對資源節約型、環境友好型企業或產品 在政策、資金、稅收等方面都給予傾斜。在機電產品 中，輕量化設計、節能工藝、再制造等成為綠色制造 的發展趨勢。

1.2 綠色涂裝的發展現狀及趨勢

在綠色制造的倡導下，涂裝也開始向著綠色材 料、綠色工藝的方向發展。在涂裝工序十分重要的汽 車行業，很早就注重采用環保性好的涂裝材料和工 藝。在客車涂裝上，近年來不斷追求高質量、高效率、 低污染、低能耗、低成本的發展目標，實施涂裝材料、 涂裝工藝、涂裝設備三位一體的綠色涂裝技術[11]。在 轎車涂裝上，綠色理念已經深入工藝，在21世紀以 來，多項環境友好型涂裝技術在轎車涂裝中得到應 用[12-14]。在重型卡車上，中國重汽經過反復實踐，在 "HOWO"重卡實現了"2C1B"涂裝工藝，除了可節省 大量的燃氣、電能、涂料及輔料費用外，還可減少40% 以上的VOC排放量[15]。此外，汽車涂裝還提出了加速 涂料更新換代，實現低碳化和無害化的理念[16-17]。

為減少涂裝對環境的污染，新技術、新材料、新 工藝不斷出現并得到應用。如涂裝前處理采用拋丸 替代噴砂工藝，不僅生產效率大大提高，還可以有 效防止清理過程中粉塵外泄，使周圍環境免遭粉塵 的污染；又如電泳涂料、粉末涂料的出現，使傳統溶 劑型涂料的VOC排放問題得到破解；再如"2C1B"、 "3C1B"工藝的應用，降低了烘烤次數，能耗大大降 低。順應綠色制造發展，探索和采用節能環保工藝已 經成為涂裝的發展趨勢和方向。

2 工程機械涂裝的能耗及污染分析

2.1 涂裝工藝及設備

工程機械涂裝根據工件板材厚度的不同，分為 薄板件和結構件。目前，薄板件采用磷化進行前處 理，其工序包括脫脂、酸洗、中和、表調、磷化等，設備 包括各種液槽、輸送設備、加熱設備等；結構件采用 拋(噴)丸進行前處理，設備包括拋丸清理室、輸送設 備、除塵設備等。在噴漆環節，工程機械無論是薄板 件還是結構件，都是以溶劑型涂料噴涂為主，設備包 括底漆噴漆室、底漆流平室、底漆烘干室、底漆強冷 室、膩子烘干室、膩子打磨室、面漆噴漆室、面漆流平 室、面漆烘干室、面漆強冷室及輸送設備等。

2.2 涂裝的能耗

在工程機械涂裝生產過程中，不僅有水、電的消 耗，還會有蒸汽或燃氣、燃油等消耗。工程機械結構 件涂裝中，前處理拋丸完全是機械清理工藝，拋丸 器、提升機、螺旋分離器、縱螺旋輸送器、橫螺旋輸送 器、丸料分離器、室體大門、上下線平車、懸掛輸送機 等設備運轉完全依靠電力驅動。另外，用于環保處理 的除塵風機也需要依靠電力運轉。噴漆過程除了風 機、水泵、輸送小車等需要電力運轉外，在涂膜干燥 過程還需要加熱。加熱的方式有蒸汽加熱、燃油加熱、燃氣加熱和電加熱。工程機械結構件噴漆工序能耗見表1。

2.3 涂裝的污染

由于溶劑型涂料含有用可揮發性的溶劑VOC， 這些溶劑具有一定的毒性，在涂裝施工和涂膜干燥 的過程中會揮發，導致了涂裝廢氣的產生。濕式噴漆 室循環水里面定期打撈起來的廢漆渣由于含有顏料 等物質，屬于固體污染物。循環水在經過一定周期后 需要排放，里面仍然含有大量的漆渣、顏料，屬于有 害污水。工程機械結構件噴漆產生排放如表2。

3 基于綠色制造的工程機械綠色涂裝

3.1 實現綠色涂裝的途徑

通過對工程機械涂裝能耗及排放污染物的分析 可看出，要實現綠色涂裝，就是要降低設備能耗及生 產廢物的產生。就噴漆工藝而言，如果烘干加熱采用 的不是電，則風機是最為主要的耗電設備，而最大的熱能消耗工序則是涂膜烘干加熱工序。風機運轉是 為噴漆室提供清潔空氣、降低各室體內溶劑濃度保 證安全生產所必須的，要減少其數量或功率首先要 降低涂料中易燃易爆有毒溶劑的含量。另外，要降低 涂膜烘干使用的加熱能源消耗，一方面可以通過采 用烘干溫度較低的涂料來實現，另一方面就是調整 和優化噴漆工藝，減少烘干次數，如汽車涂裝使用的 "2C1B"、"3C1B"工藝。

從"三廢"排放來看，在繼續使用溶劑型涂料的 情況下，一方面可以通過降低涂料中的有毒有害物 質，以減少排放物的污染程度；另一方面就是提高涂 料的利用率，減少"三廢"的產生。另外，通過采用含 有VOC較少的高固體分涂料或不含有VOC且利用率 高的電泳涂料、粉末涂料，實現少排放或零排放。

3.2 工程機械綠色涂裝工藝

工程機械涂裝已經不僅僅局限于采用溶劑型涂 料，電泳涂料、粉末涂料都已經在部分零部件上使 用。電泳涂料、粉末涂料的環保性能都比溶劑型涂料 要好，也是工程機械涂裝未來發展的方向[18-24]，這里 就不作詳細論述。

但是，由于工程機械自身的特點，在未來一定時 期內，溶劑型涂料的使用還不能被取代，甚至還是主 流。為此，研究溶劑型涂料的綠色涂裝工藝對工程機 械而言，依然有著現實乃至長遠的意義，甚至可以推 廣到使用溶劑型涂料的其他行業。

為此，筆者對底面合一涂料工藝[25]及先刮膩子 后噴漆[26]工藝進行了研究探索。通過進一步研究，發 現這兩種工藝雖然還存在一些問題，但符合綠色制 造的要求。

3.2.1 減少流程的先刮膩子后噴漆工藝

傳統的涂裝工藝都是先噴涂底漆，再刮涂膩子。 工程機械傳統的結構件噴漆工藝流程為：上線→清 理→噴底漆→流平→烘干→冷卻→下線→刮膩子→ 晾干(或烘干)→(冷卻)→打磨→清理→上線→噴面漆 →流平→烘干→冷卻→下線。由于噴漆工件材質表 面質量及涂裝的外觀質量不一樣，不同工件膩子施 工的量不一樣，有的不需要刮涂膩子，有的則需要大 面積刮涂膩子，甚至是多遍刮涂，這就造成生產節拍 的不穩定或人員配置的不確定。再加上大多數涂裝 過程工件采用的是懸掛輸送，在懸掛狀態下打磨工 件會出現擺動，大多數企業的膩子都采用線下施工， 一方面膩子晾干，減少烘烤，另一方面也使噴漆線節 拍穩定。

如果將工序調整一下，能解決以上問題。采用先 刮涂膩子后噴漆，工藝流程為：刮膩子→晾干(或烘 干)→(冷卻)→打磨→清理→上線→清理→噴底漆→ 流平→烘干→冷卻→噴面漆→流平→烘干→冷卻→ 下線。調整后，工件噴漆生產節拍完全根據烘干工藝 時間而定，節拍穩定。另外，工件上線后一次性完成 底漆、面漆的噴涂，減少了一道上下線工序及車間叉 車、行車的占用，從而減少燃油、電力的消耗。另外， 先刮膩子后噴漆工藝的應用，更有助于下面的底面 合一涂料及涂裝工藝的應用。

3.2.2 減少能耗的底面合一涂料及涂裝工藝

底面合一涂料即兼顧底漆的防銹保護功能和 面漆的裝飾美化功能的新型涂料。工程機械采用底 面合一涂料后，工藝流程從：上線→清理→噴底漆 →流平→烘干→冷卻→下線→刮膩子→晾干(或烘 干)→(冷卻)→打磨→清理→上線→噴面漆→流平→ 烘干→冷卻→下線，變為：上線→清理→噴漆→流平 →烘干→冷卻→下線，工序大為減少，噴漆次數由兩 次減少為一次，VOC排放的排放次數減少。工件的加 熱從兩次減少為一次，設備的噴漆室、流平室、烘干 室等從兩套減少為一套，整條涂裝生產線長度縮短 一半，相應的用電、加熱能源都減少。

當然，由于沒有進行刮涂膩子，這種底面合一的 涂料及工藝還只是用在工程機械中外觀質量要求不 是很高的行走裝置、工作裝置等。如果在噴漆前都先 刮涂膩子，填平各類材質缺陷，并通過打磨后再噴光 澤、耐候性滿足要求的底面合一涂料，這種工藝可以 推廣到包括對裝飾性要求較高覆蓋件在內的所有工 程機械零件，調整后工藝流程為：刮膩子→晾干(或烘 干)→(冷卻)→打磨→清理→上線→噴漆→流平→烘 干→冷卻→下線，可適用于所有的工程機械工件涂 裝。

3.2.3 綜合比較

現有工藝、先刮膩子后噴漆工藝、底面合一涂料 涂裝工藝及先刮膩子后噴漆工藝與底面合一涂料涂 裝相結合的工藝(有膩子)4種工藝的工藝流程比較， 如表3。

由于工藝流程不同，設備的構成也不同，因此投 資不同。如表4所示，采用底面合一涂料可使涂裝設 備投入大大減少。

某企業壓路機大件涂裝線烘干室尺寸為17.8 m×4.3 m×3.6 m，采用電加熱強制熱風循環風形式、 烘干工藝溫度120～140 ℃設計，電加熱功率為410 kW[27]。按照工作8 h/d計算(實際上涂裝線作為關鍵設 備，一般都會實行雙班生產)，減少1座烘干室就意味 著每天減少3 280 kW · h電的消耗。目前，大多數涂膜 烘干室都采用了燃油或燃氣加熱，費用相對降低。但 是，如果采用底面合一涂料，減少1道烘干就意味著 降低50%的能耗。

3.3 討論

先刮膩子后噴漆工藝和底面合一涂料涂裝工藝 的應用，使得涂裝的工藝流程簡化，設備投入減少， 工藝能耗大大降低，是綠色的涂裝工藝。但是，采用 的膩子是否與金屬基材之間有足夠強的附著力，是 需要關注的。

隨著涂料、膠黏劑的發展，一些膠黏劑已經可以 用于金屬的黏接。膩子是否可以采用膠黏劑技術，使 其與鋼鐵之間的結合力達到甚至超過底漆與鋼材之 間的結合。先刮膩子后噴漆工藝的出現反過來會促 進膩子在這方面的發展和進步。

另外，若膩子的作用僅僅是為了外觀，可以通過 其他方面的工作來減少或者取消膩子的使用。比如 在購買板材時，選擇表面質量好的板材并防銹存放 且在制造過程避免磕碰，從而減少或避免使用膩子。 當然，還可以宣傳綠色消費理念，倡導綠色消費，使 用戶注重產品的使用性能、內在質量及涂膜的防銹 性能而不是裝飾性能，讓用戶接受某些并不影響到 產品性能的外觀缺陷，從而減少使用膩子對材料缺 陷進行修補。

4 結 語

工程機械先刮膩子后噴漆工藝和底面合一涂料 的涂裝工藝有助于涂裝生產設備投資的減少以及生 產過程中電力、能源的減少，符合綠色制造的要求。

隨著與金屬基材附著力強的膩子產品的開發、 應用，這兩種工藝更能夠結合起來并大范圍推廣，不 僅用于工程機械，還可以推廣到其他機電產品或其 他行業。

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收稿日期 2013-11-06