□ 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(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，通過對工程機械結(jié)構(gòu)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(xiàn)工程機械綠色涂裝的幾種路徑，并根據(jù)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(shù)，降低污染物排放及能源消耗。

關(guān)鍵詞:綠色制造；節(jié)能；環(huán)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(yè)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(yè)車輛、壓實 機械、路面機械、樁工機械、混凝土機械等。經(jīng)過最近 十幾年的高速發(fā)展，工程機械已成為大規(guī)模化生產(chǎn) 和使用的機電產(chǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)龐大，且多是中厚板材焊接的結(jié)構(gòu)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(huán)境產(chǎn)生污染的工藝。在倡導(dǎo)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(yīng)該引 起行業(yè)的重視。

1 綠色制造的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.1 綠色制造的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

20世紀以來，伴隨工業(yè)的高速發(fā)展，全球出現(xiàn)的 十大環(huán)境污染事件[1]及十大環(huán)境問題[2]給人類敲醒了 警鐘，帶給了人類新的挑戰(zhàn)和思考。

制造業(yè)創(chuàng)造了60%～80%的社會物質(zhì)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(huán)境、保持生態(tài)平衡逐漸成為人類普遍的共識，在全 球范圍內(nèi)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(huán)境意識的綠色產(chǎn)品標志。所 謂綠色制造，是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率 的現(xiàn)代制造模式，其目標是使得產(chǎn)品在設(shè)計、制造、 包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產(chǎn)品生命周期 中，對環(huán)境的負影響最小，資源效率最高[5]。綠色制造 涵蓋了包括產(chǎn)品設(shè)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(nèi)學(xué)者也開始對 綠色制造進行了大量的理論研究，許多企業(yè)開始了 綠色制造的探索和實踐，可持續(xù)的綠色發(fā)展理念已 經(jīng)深入人心。目前，綠色制造已經(jīng)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(yè)推 廣綠色工藝，實現(xiàn)了節(jié)能降耗，減少了環(huán)境污染[8-10]。 在國內(nèi)，每年都會有以綠色發(fā)展、綠色制造為主題的 技術(shù)交流研討會，倡導(dǎo)綠色制造、綠色消費，促進綠 色發(fā)展。

近年來，綠色發(fā)展上升為許多國家的發(fā)展戰(zhàn)略。 在我國，專門出臺了《綠色制造科技發(fā)展"十二五"專 項規(guī)劃》，并對資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)或產(chǎn)品 在政策、資金、稅收等方面都給予傾斜。在機電產(chǎn)品 中，輕量化設(shè)計、節(jié)能工藝、再制造等成為綠色制造 的發(fā)展趨勢。

1.2 綠色涂裝的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

在綠色制造的倡導(dǎo)下，涂裝也開始向著綠色材 料、綠色工藝的方向發(fā)展。在涂裝工序十分重要的汽 車行業(yè)，很早就注重采用環(huán)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(zhì)量、高效率、 低污染、低能耗、低成本的發(fā)展目標，實施涂裝材料、 涂裝工藝、涂裝設(shè)備三位一體的綠色涂裝技術(shù)[11]。在 轎車涂裝上，綠色理念已經(jīng)深入工藝，在21世紀以 來，多項環(huán)境友好型涂裝技術(shù)在轎車涂裝中得到應(yīng) 用[12-14]。在重型卡車上，中國重汽經(jīng)過反復(fù)實踐，在 "HOWO"重卡實現(xiàn)了"2C1B"涂裝工藝，除了可節(jié)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?lián)Q代，實現(xiàn)低碳化和無害化的理念[16-17]。

為減少涂裝對環(huán)境的污染，新技術(shù)、新材料、新 工藝不斷出現(xiàn)并得到應(yīng)用。如涂裝前處理采用拋丸 替代噴砂工藝，不僅生產(chǎn)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(huán)境免遭粉塵 的污染；又如電泳涂料、粉末涂料的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)溶 劑型涂料的VOC排放問題得到破解；再如"2C1B"、 "3C1B"工藝的應(yīng)用，降低了烘烤次數(shù)，能耗大大降 低。順應(yīng)綠色制造發(fā)展，探索和采用節(jié)能環(huán)保工藝已 經(jīng)成為涂裝的發(fā)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(shè)備

工程機械涂裝根據(jù)工件板材厚度的不同，分為 薄板件和結(jié)構(gòu)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(diào)、磷化等，設(shè)備 包括各種液槽、輸送設(shè)備、加熱設(shè)備等；結(jié)構(gòu)件采用 拋(噴)丸進行前處理，設(shè)備包括拋丸清理室、輸送設(shè) 備、除塵設(shè)備等。在噴漆環(huán)節(jié)，工程機械無論是薄板 件還是結(jié)構(gòu)件，都是以溶劑型涂料噴涂為主，設(shè)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(shè)備等。

2.2 涂裝的能耗

在工程機械涂裝生產(chǎn)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(jié)構(gòu) 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(shè)備運轉(zhuǎn)完全依靠電力驅(qū)動。另外，用于環(huán)保處理 的除塵風(fēng)機也需要依靠電力運轉(zhuǎn)。噴漆過程除了風(fēng) 機、水泵、輸送小車等需要電力運轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(fā)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(fā)，導(dǎo)致了涂裝廢氣的產(chǎn)生。濕式噴漆 室循環(huán)水里面定期打撈起來的廢漆渣由于含有顏料 等物質(zhì)，屬于固體污染物。循環(huán)水在經(jīng)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(jié)構(gòu)件噴漆產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)綠色涂裝，就是要降低設(shè)備能耗及生 產(chǎn)廢物的產(chǎn)生。就噴漆工藝而言，如果烘干加熱采用 的不是電，則風(fēng)機是最為主要的耗電設(shè)備，而最大的熱能消耗工序則是涂膜烘干加熱工序。風(fēng)機運轉(zhuǎn)是 為噴漆室提供清潔空氣、降低各室體內(nèi)溶劑濃度保 證安全生產(chǎn)所必須的，要減少其數(shù)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(xiàn)，另一方面就是調(diào)整 和優(yōu)化噴漆工藝，減少烘干次數(shù)，如汽車涂裝使用的 "2C1B"、"3C1B"工藝。

從"三廢"排放來看，在繼續(xù)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(zhì)，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(chǎn)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(xiàn)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(jīng)不僅僅局限于采用溶劑型涂 料，電泳涂料、粉末涂料都已經(jīng)在部分零部件上使 用。電泳涂料、粉末涂料的環(huán)保性能都比溶劑型涂料 要好，也是工程機械涂裝未來發(fā)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(nèi)，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(xiàn)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(yè)。

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(fā) 現(xiàn)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(tǒng)的涂裝工藝都是先噴涂底漆，再刮涂膩子。 工程機械傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(zhì)表 面質(zhì)量及涂裝的外觀質(zhì)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(chǎn)節(jié)拍 的不穩(wěn)定或人員配置的不確定。再加上大多數(shù)涂裝 過程工件采用的是懸掛輸送，在懸掛狀態(tài)下打磨工 件會出現(xiàn)擺動，大多數(shù)企業(yè)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(jié) 拍穩(wěn)定。

如果將工序調(diào)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(diào)整后，工件噴漆生產(chǎn)節(jié)拍完全根據(jù)烘干工藝 時間而定，節(jié)拍穩(wěn)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(yīng)用，更有助于下面的底面 合一涂料及涂裝工藝的應(yīng)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?yōu)椋荷暇€→清理→噴漆→流平 →烘干→冷卻→下線，工序大為減少，噴漆次數(shù)由兩 次減少為一次，VOC排放的排放次數(shù)減少。工件的加 熱從兩次減少為一次，設(shè)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(chǎn)線長度縮短 一半，相應(yīng)的用電、加熱能源都減少。

當(dāng)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(zhì)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(zhì)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(nèi)的所有工 程機械零件，調(diào)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(xiàn)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(jié)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(shè)備的構(gòu)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(shè) 備投入大大減少。

某企業(yè)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(fēng)循環(huán)風(fēng)形式、 烘干工藝溫度120～140 ℃設(shè)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(guān)鍵設(shè) 備，一般都會實行雙班生產(chǎn))，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(shù)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(yīng)用，使得涂裝的工藝流程簡化，設(shè)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(guān)注的。

隨著涂料、膠黏劑的發(fā)展，一些膠黏劑已經(jīng)可以 用于金屬的黏接。膩子是否可以采用膠黏劑技術(shù)，使 其與鋼鐵之間的結(jié)合力達到甚至超過底漆與鋼材之 間的結(jié)合。先刮膩子后噴漆工藝的出現(xiàn)反過來會促 進膩子在這方面的發(fā)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(zhì)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(dāng)然，還可以宣傳綠色消費理念，倡導(dǎo)綠色消費，使 用戶注重產(chǎn)品的使用性能、內(nèi)在質(zhì)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(chǎn)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(jié) 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(chǎn)設(shè)備投資的減少以及生 產(chǎn)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(chǎn)品的開發(fā)、 應(yīng)用，這兩種工藝更能夠結(jié)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(chǎn)品或其 他行業(yè)。

參考文獻

[1] 洪翩翩.工業(yè)化與環(huán)境危機[J].環(huán)境教育,2013(4):24-25

[2] 杜文堅.世界十大環(huán)境問題[J].南方論刊,1996(6):42-43

[3] 薛麗霞,唐忠民,鄧家褆,等.綠色制造[J].機械設(shè)計, 2000,17(10):8-10

[4] 馬琳.全球興起"綠色制造"浪潮[J].電子展望與決策, 1994(4):37-38

[5] 沈劍英.綠色制造的概念和內(nèi)容[J].機械制造,2001, 39(12):9-11

[6] 谷振宇,劉飛,李聰波,等.綠色制造運行模式的研究與 應(yīng)用[J].中國機械工程,2008,19(19):2 311-2 314

[7] 黃敏純,林述溫,范揚波,等.綠色制造評價系統(tǒng)的研究 及應(yīng)用[J].福州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2000,28(6):51- 55

[8] 別正業(yè).綠色制造技術(shù)在家電產(chǎn)品中的應(yīng)用[J].科技管 理研究,2003,23(5):32-33,78

[9] 孫紹彬,李桂花.綠色制造技術(shù)在數(shù)控機床中的應(yīng)用[J]. 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2012,25(2):168-170

[10] 馬騰.綠色制造在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展[J].創(chuàng)新科 技,2010(12):19-20

[11] 劉建平,孫蘇華,趙夏.略談客車綠色涂裝與清潔生產(chǎn)應(yīng) 用要點[J].現(xiàn)代涂料與涂裝,2012,15(8):31-34

[12] 王錫春,吳濤,李文剛.我國汽車涂裝與汽車涂料的現(xiàn) 況及發(fā)展趨勢(一)——創(chuàng)建綠色涂裝車間[J].中國涂 料,2012,27(10):16-19

[13] 王錫春,吳濤,李文剛.我國汽車涂裝與汽車涂料的現(xiàn) 況及發(fā)展趨勢(二)——創(chuàng)建綠色涂裝車間[J].中國涂 料,2012,27(11):27-32

[14] 王錫春,吳濤,李文剛.我國汽車涂裝與汽車涂料的現(xiàn) 況及發(fā)展趨勢(三)——創(chuàng)建綠色涂裝車間[J].中國涂 料,2012,27(12):4-7

[15] 綠色涂裝新工藝在中國重汽開發(fā)成功[J].駕駛園, 2011(2):44

[16] 王錫春.汽車涂裝的環(huán)保綠色工藝技術(shù)(一)——加 速汽車涂料更新?lián)Q代(低VOC化)[J].中國涂料,2011, 26(11):17-20,30

[17] 王錫春.汽車涂裝的環(huán)保綠色工藝技術(shù)(二)——低碳 化和無害化[J].中國涂料,2011,26(12):20-25

[18] 張瑞,楊季龍.工程機械用涂料及其涂裝施工技術(shù)[J].建 筑機械(上半月),2008(7):66-69,73

[19] 李連成,薛偉,魏向陽.工程機械涂裝技術(shù)應(yīng)用[J].上海 涂料,2012,50(4):15-18

[20] 王春英,張瑞,王公正.工程機械涂料市場淺析[J].涂料 技術(shù)與文摘,2011(7):11-14

[21] 張瑞.工程機械駕駛室新材料與新工藝的應(yīng)用[J].工程 機械,2012,43(4):58-63

[22] 許廣元.工程機械涂裝方案的選擇與比較[J].廣州化 工,2013,41(11):61-62,96

[23] 王國安,陳言光,李國強.粉末涂裝技術(shù)在工程機械的應(yīng) 用[J].裝備制造技術(shù),2009(11):101-102,108

[24] 王春英,張瑞,姜立勇.工程機械粉末涂裝應(yīng)用的探討 [J].建筑機械化,2011,32(7):73-75

[25] 張瑞,王春英,李德明,等.底面合一涂料及其應(yīng)用探討 [J].上海涂料,2011,49(9):25-27

[26] 張瑞,王春英.先刮膩子后涂底漆涂裝工藝的探討[J].電 鍍與精飾,2011,33(12):29-32

[27] 呂寶印,王麗霞.壓路機大件涂裝線的設(shè)計[J].材料保 護,1999,32(1):19-20

收稿日期 2013-11-06