□ 张 瑞1，王春英2，3，杨小朋4 (1.山东山推机械有限公司，山东济宁 202071；2.山推石油化工有限公司，山东济宁 272000；3.山东源根石油化工有限公司， 山东济宁 272000；4.山推工程机械股份有限公司，山东济宁 272000)

摘要: 综述了绿色制造及绿色涂装的现状与发展趋势，通过对工程机械结构件涂装过程中各种能耗 工序及"三废"排放来源的分析，指出了实现工程机械绿色涂装的几种路径，并根据这些路径提出了底面合 一及先刮腻子后喷漆的工艺，简化喷漆工艺流程，减少涂膜喷涂及烘烤次数，降低污染物排放及能源消耗。

关键词:绿色制造；节能；环保；涂装；底面合一涂料；腻子

中图分类号：TQ639 文献标识码：B 文章编号：1006-2556(2014)04-0022-06

0 前 言

工程机械是机械行业一大分支，包括挖掘机械、 铲土运输机械、工程起重机械、机动工业车辆、压实 机械、路面机械、桩工机械、混凝土机械等。经过最近 十几年的高速发展，工程机械已成为大规模化生产 和使用的机电产品。在工程机械制造过程中，涂装是 一道必不可少的工序，涂膜在工程机械产品的防锈 保护、外光装饰等方面具有十分重要的意义。但是， 工程机械结构庞大，且多是中厚板材焊接的结构件， 涂装用漆量大，烘干时间长，不仅是一项高能耗工 艺，还是一项会对环境产生污染的工艺。在倡导绿色 消费、绿色制造的今天，如何减少工程机械涂装的能 耗，如何减少或消除工程机械涂装的污染也应该引 起行业的重视。

1 绿色制造的现状及发展趋势

1.1 绿色制造的发展现状及趋势

20世纪以来，伴随工业的高速发展，全球出现的 十大环境污染事件[1]及十大环境问题[2]给人类敲醒了 警钟，带给了人类新的挑战和思考。

制造业创造了60%～80%的社会物质财富，但也 成为最大的污染源之一[3]。从20世纪90年代起，保护 环境、保持生态平衡逐渐成为人类普遍的共识，在全 球范围内兴起了绿色制造的浪潮[4]。美国、加拿大、日 本及欧盟国家都已投入全球性的绿色制造行动，并 确定了各具特色、具有环境意识的绿色产品标志。所 谓绿色制造，是一个综合考虑环境影响和资源效率 的现代制造模式，其目标是使得产品在设计、制造、 包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期 中，对环境的负影响最小，资源效率最高[5]。绿色制造 涵盖了包括产品设计阶段、制造阶段、销售阶段、使 用阶段和废弃阶段的全生命周期[1]，完整的绿色制造 体系如图1[5]。

随着全球绿色制造的兴起，国内学者也开始对 绿色制造进行了大量的理论研究，许多企业开始了 绿色制造的探索和实践，可持续的绿色发展理念已 经深入人心。目前，绿色制造已经形成了完整的理论 体系和评价体系[6-7]，并在机械、机床、家电等行业推 广绿色工艺，实现了节能降耗，减少了环境污染[8-10]。 在国内，每年都会有以绿色发展、绿色制造为主题的 技术交流研讨会，倡导绿色制造、绿色消费，促进绿 色发展。

近年来，绿色发展上升为许多国家的发展战略。 在我国，专门出台了《绿色制造科技发展"十二五"专 项规划》，并对资源节约型、环境友好型企业或产品 在政策、资金、税收等方面都给予倾斜。在机电产品 中，轻量化设计、节能工艺、再制造等成为绿色制造 的发展趋势。

1.2 绿色涂装的发展现状及趋势

在绿色制造的倡导下，涂装也开始向着绿色材 料、绿色工艺的方向发展。在涂装工序十分重要的汽 车行业，很早就注重采用环保性好的涂装材料和工 艺。在客车涂装上，近年来不断追求高质量、高效率、 低污染、低能耗、低成本的发展目标，实施涂装材料、 涂装工艺、涂装设备三位一体的绿色涂装技术[11]。在 轿车涂装上，绿色理念已经深入工艺，在21世纪以 来，多项环境友好型涂装技术在轿车涂装中得到应 用[12-14]。在重型卡车上，中国重汽经过反复实践，在 "HOWO"重卡实现了"2C1B"涂装工艺，除了可节省 大量的燃气、电能、涂料及辅料费用外，还可减少40% 以上的VOC排放量[15]。此外，汽车涂装还提出了加速 涂料更新换代，实现低碳化和无害化的理念[16-17]。

为减少涂装对环境的污染，新技术、新材料、新 工艺不断出现并得到应用。如涂装前处理采用抛丸 替代喷砂工艺，不仅生产效率大大提高，还可以有 效防止清理过程中粉尘外泄，使周围环境免遭粉尘 的污染；又如电泳涂料、粉末涂料的出现，使传统溶 剂型涂料的VOC排放问题得到破解；再如"2C1B"、 "3C1B"工艺的应用，降低了烘烤次数，能耗大大降 低。顺应绿色制造发展，探索和采用节能环保工艺已 经成为涂装的发展趋势和方向。

2 工程机械涂装的能耗及污染分析

2.1 涂装工艺及设备

工程机械涂装根据工件板材厚度的不同，分为 薄板件和结构件。目前，薄板件采用磷化进行前处 理，其工序包括脱脂、酸洗、中和、表调、磷化等，设备 包括各种液槽、输送设备、加热设备等；结构件采用 抛(喷)丸进行前处理，设备包括抛丸清理室、输送设 备、除尘设备等。在喷漆环节，工程机械无论是薄板 件还是结构件，都是以溶剂型涂料喷涂为主，设备包 括底漆喷漆室、底漆流平室、底漆烘干室、底漆强冷 室、腻子烘干室、腻子打磨室、面漆喷漆室、面漆流平 室、面漆烘干室、面漆强冷室及输送设备等。

2.2 涂装的能耗

在工程机械涂装生产过程中，不仅有水、电的消 耗，还会有蒸汽或燃气、燃油等消耗。工程机械结构 件涂装中，前处理抛丸完全是机械清理工艺，抛丸 器、提升机、螺旋分离器、纵螺旋输送器、横螺旋输送 器、丸料分离器、室体大门、上下线平车、悬挂输送机 等设备运转完全依靠电力驱动。另外，用于环保处理 的除尘风机也需要依靠电力运转。喷漆过程除了风 机、水泵、输送小车等需要电力运转外，在涂膜干燥 过程还需要加热。加热的方式有蒸汽加热、燃油加热、燃气加热和电加热。工程机械结构件喷漆工序能耗见表1。

2.3 涂装的污染

由于溶剂型涂料含有用可挥发性的溶剂VOC， 这些溶剂具有一定的毒性，在涂装施工和涂膜干燥 的过程中会挥发，导致了涂装废气的产生。湿式喷漆 室循环水里面定期打捞起来的废漆渣由于含有颜料 等物质，属于固体污染物。循环水在经过一定周期后 需要排放，里面仍然含有大量的漆渣、颜料，属于有 害污水。工程机械结构件喷漆产生排放如表2。

3 基于绿色制造的工程机械绿色涂装

3.1 实现绿色涂装的途径

通过对工程机械涂装能耗及排放污染物的分析 可看出，要实现绿色涂装，就是要降低设备能耗及生 产废物的产生。就喷漆工艺而言，如果烘干加热采用 的不是电，则风机是最为主要的耗电设备，而最大的热能消耗工序则是涂膜烘干加热工序。风机运转是 为喷漆室提供清洁空气、降低各室体内溶剂浓度保 证安全生产所必须的，要减少其数量或功率首先要 降低涂料中易燃易爆有毒溶剂的含量。另外，要降低 涂膜烘干使用的加热能源消耗，一方面可以通过采 用烘干温度较低的涂料来实现，另一方面就是调整 和优化喷漆工艺，减少烘干次数，如汽车涂装使用的 "2C1B"、"3C1B"工艺。

从"三废"排放来看，在继续使用溶剂型涂料的 情况下，一方面可以通过降低涂料中的有毒有害物 质，以减少排放物的污染程度；另一方面就是提高涂 料的利用率，减少"三废"的产生。另外，通过采用含 有VOC较少的高固体分涂料或不含有VOC且利用率 高的电泳涂料、粉末涂料，实现少排放或零排放。

3.2 工程机械绿色涂装工艺

工程机械涂装已经不仅仅局限于采用溶剂型涂 料，电泳涂料、粉末涂料都已经在部分零部件上使 用。电泳涂料、粉末涂料的环保性能都比溶剂型涂料 要好，也是工程机械涂装未来发展的方向[18-24]，这里 就不作详细论述。

但是，由于工程机械自身的特点，在未来一定时 期内，溶剂型涂料的使用还不能被取代，甚至还是主 流。为此，研究溶剂型涂料的绿色涂装工艺对工程机 械而言，依然有着现实乃至长远的意义，甚至可以推 广到使用溶剂型涂料的其他行业。

为此，笔者对底面合一涂料工艺[25]及先刮腻子 后喷漆[26]工艺进行了研究探索。通过进一步研究，发 现这两种工艺虽然还存在一些问题，但符合绿色制 造的要求。

3.2.1 减少流程的先刮腻子后喷漆工艺

传统的涂装工艺都是先喷涂底漆，再刮涂腻子。 工程机械传统的结构件喷漆工艺流程为：上线→清 理→喷底漆→流平→烘干→冷却→下线→刮腻子→ 晾干(或烘干)→(冷却)→打磨→清理→上线→喷面漆 →流平→烘干→冷却→下线。由于喷漆工件材质表 面质量及涂装的外观质量不一样，不同工件腻子施 工的量不一样，有的不需要刮涂腻子，有的则需要大 面积刮涂腻子，甚至是多遍刮涂，这就造成生产节拍 的不稳定或人员配置的不确定。再加上大多数涂装 过程工件采用的是悬挂输送，在悬挂状态下打磨工 件会出现摆动，大多数企业的腻子都采用线下施工， 一方面腻子晾干，减少烘烤，另一方面也使喷漆线节 拍稳定。

如果将工序调整一下，能解决以上问题。采用先 刮涂腻子后喷漆，工艺流程为：刮腻子→晾干(或烘 干)→(冷却)→打磨→清理→上线→清理→喷底漆→ 流平→烘干→冷却→喷面漆→流平→烘干→冷却→ 下线。调整后，工件喷漆生产节拍完全根据烘干工艺 时间而定，节拍稳定。另外，工件上线后一次性完成 底漆、面漆的喷涂，减少了一道上下线工序及车间叉 车、行车的占用，从而减少燃油、电力的消耗。另外， 先刮腻子后喷漆工艺的应用，更有助于下面的底面 合一涂料及涂装工艺的应用。

3.2.2 减少能耗的底面合一涂料及涂装工艺

底面合一涂料即兼顾底漆的防锈保护功能和 面漆的装饰美化功能的新型涂料。工程机械采用底 面合一涂料后，工艺流程从：上线→清理→喷底漆 →流平→烘干→冷却→下线→刮腻子→晾干(或烘 干)→(冷却)→打磨→清理→上线→喷面漆→流平→ 烘干→冷却→下线，变为：上线→清理→喷漆→流平 →烘干→冷却→下线，工序大为减少，喷漆次数由两 次减少为一次，VOC排放的排放次数减少。工件的加 热从两次减少为一次，设备的喷漆室、流平室、烘干 室等从两套减少为一套，整条涂装生产线长度缩短 一半，相应的用电、加热能源都减少。

当然，由于没有进行刮涂腻子，这种底面合一的 涂料及工艺还只是用在工程机械中外观质量要求不 是很高的行走装置、工作装置等。如果在喷漆前都先 刮涂腻子，填平各类材质缺陷，并通过打磨后再喷光 泽、耐候性满足要求的底面合一涂料，这种工艺可以 推广到包括对装饰性要求较高覆盖件在内的所有工 程机械零件，调整后工艺流程为：刮腻子→晾干(或烘 干)→(冷却)→打磨→清理→上线→喷漆→流平→烘 干→冷却→下线，可适用于所有的工程机械工件涂 装。

3.2.3 综合比较

现有工艺、先刮腻子后喷漆工艺、底面合一涂料 涂装工艺及先刮腻子后喷漆工艺与底面合一涂料涂 装相结合的工艺(有腻子)4种工艺的工艺流程比较， 如表3。

由于工艺流程不同，设备的构成也不同，因此投 资不同。如表4所示，采用底面合一涂料可使涂装设 备投入大大减少。

某企业压路机大件涂装线烘干室尺寸为17.8 m×4.3 m×3.6 m，采用电加热强制热风循环风形式、 烘干工艺温度120～140 ℃设计，电加热功率为410 kW[27]。按照工作8 h/d计算(实际上涂装线作为关键设 备，一般都会实行双班生产)，减少1座烘干室就意味 着每天减少3 280 kW · h电的消耗。目前，大多数涂膜 烘干室都采用了燃油或燃气加热，费用相对降低。但 是，如果采用底面合一涂料，减少1道烘干就意味着 降低50%的能耗。

3.3 讨论

先刮腻子后喷漆工艺和底面合一涂料涂装工艺 的应用，使得涂装的工艺流程简化，设备投入减少， 工艺能耗大大降低，是绿色的涂装工艺。但是，采用 的腻子是否与金属基材之间有足够强的附着力，是 需要关注的。

随着涂料、胶黏剂的发展，一些胶黏剂已经可以 用于金属的黏接。腻子是否可以采用胶黏剂技术，使 其与钢铁之间的结合力达到甚至超过底漆与钢材之 间的结合。先刮腻子后喷漆工艺的出现反过来会促 进腻子在这方面的发展和进步。

另外，若腻子的作用仅仅是为了外观，可以通过 其他方面的工作来减少或者取消腻子的使用。比如 在购买板材时，选择表面质量好的板材并防锈存放 且在制造过程避免磕碰，从而减少或避免使用腻子。 当然，还可以宣传绿色消费理念，倡导绿色消费，使 用户注重产品的使用性能、内在质量及涂膜的防锈 性能而不是装饰性能，让用户接受某些并不影响到 产品性能的外观缺陷，从而减少使用腻子对材料缺 陷进行修补。

4 结 语

工程机械先刮腻子后喷漆工艺和底面合一涂料 的涂装工艺有助于涂装生产设备投资的减少以及生 产过程中电力、能源的减少，符合绿色制造的要求。

随着与金属基材附着力强的腻子产品的开发、 应用，这两种工艺更能够结合起来并大范围推广，不 仅用于工程机械，还可以推广到其他机电产品或其 他行业。

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收稿日期 2013-11-06