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超低成本涂料系统

时间: 2011-07-05 15:00 来源: 作者: PPG工业集团 James F. Ohl 点击:
现在,“低成本”汽车已不是一件新事物,而引入性能更佳、更具吸引力、成本更低的汽车的步伐正在不断加快。

虽然成本一直是汽车制造商的驱动因素,但在最近几年,成本已经成为了主导因素之一,这是由竞争日益激烈的全球市场所决定的。许多OEM汽车制造商都在计划大规模开发超低成本的汽车,这意味着涂装方法将面临着巨大的变革,具有潜力的、可大大降低成本的替代工艺将取代传统的汽车涂装方法。这些替代办法可能将导致现场性能的要求、汽车的设计及构造也作相应的调整以适应涂装方法和工艺的变化。

对于技术,成本降低的压力更大,因为OEM汽车制造商对涂料系统的要求更高,他们要求,不管成本如何降低,涂料系统依然必须在任何车型设计条件下都保持各项技术性能,这是一项艰巨的挑战,需要付出大量努力。为提高此类汽车的生产与销售利润,PPG工业集团(以下简称PPG)相信,需要对汽车的设计与生产包括车身外表的装饰作出改进。

汽车的涂装方法因目标价格、地区及制造商的不同而不同。虽然极低成本汽车的生产有多种方法,但汽车客户却并不想要汽车一眼看上去就显得“质量很差”,一般消费者仍认为新车的外部涂装效果应光鲜闪亮。无论汽车成本高低,这一点始终不变。

因此,对于极低成本的汽车而言,传统的涂料工艺就不太合适了。而新的涂装工艺,如紧凑型涂装等方法,的确降低了成本,但削减的成本(投资及可变成本) 还不足以达到极低成本汽车的要求。因为成本降低了的涂料产品还得满足传统产品的种种性能要求,必须完全适应传统单一车体或车架—车身结构设计灵活度的要求 (色彩与式样) ,并保持优异的使用性能和耐候性。

过去使用的方法

1、或复合车身板及压膜

塑料或复合车身板及压膜一直以来均成功地应用于汽车工业,多年来许多试图取代传统钢结构车的项目均应用了这些技术。但可以肯定地说,没有一种方法或技术可以在不遇到障碍或不超出成本预算的情况下实现完美的外部车身装饰。

2、预涂板材

在家用产品、建筑用品和汽车制造业内,铝制或钢制的预涂金属板已是久经验证的技术。由于预涂板可以用机械方式或粘结方式粘接至车架上,因此这一技术完全适应空间构架或客车设计及构造。有些OEM汽车制造商甚至已试着生产了一些预涂车身板,现在,许多汽车的装饰部件也使用了预涂板材。

PPG是此类涂料的主要供应商,曾参与了多个OEM汽车制造商的汽车试生产项目,曾试装过450个预涂车顶,车顶共有4种颜色,即白、红、黑和金属蓝。PPG将这种车顶安装在标准生产的汽车上,以观察其外观的匹配性,并持续运行冲压工艺以验证其重复性。在与一个欧洲的OEM汽车制造商合作时,PPG试生产了30辆车颜色为浅色金属蓝,其所有外板均为预涂金属板,以机械方式固定在车架上的汽车。图1显示了这些整车及一些组件板。这些车的预涂金属板由图2中的材料组成。


图1 试生产项目的整车与组件板

预涂金属板的成本优势十分明显——涂装车间的投资性成本不复存在,此外,使用预涂工艺和涂料技术很容易获得出色的防腐蚀性能及耐候性。在其他应用预涂工艺的产业中,室外耐候性可达20年之久。

但是,这一技术有两个缺点:首先,由于全回火操作,轮廓线、流线型设计方面就受到限制,这对车身外部式样构成了局限。其次,预涂金属板上有裸露的金属边缘,可能发生接触腐蚀。虽说这种腐蚀不会蔓延,但可能损害外观,导致所有切割边缘均需要在设计/成型时“隐藏”起来。这两个缺点常常是预涂金属板无法对现有汽车进行“式样翻新”的最大障碍。当然,若汽车在设计时就考虑到预涂板的使用,那么这项技术还是可行的。

新的理念

目前,汽车工程师和供应商已陆续提出各种替代材料和工艺,以生产极低成本的汽车。PPG是全球汽车粉末涂料的领先供应商,多年来,PPG花费了大量精力开发可用于汽车工业的粉状单色漆和底色漆,他们可与现有的中涂和清漆保持同样高的一次性合格率。通过这一开发活动 (与一家主要OEM汽车制造商合作), 有一点得到了证实:粉末面涂可直接应用于金属表面上,不用施加底涂或电泳,其防腐性能十分出色。而以前,所有此类供应均为中涂漆 / 抗石击和清漆。

讨论

许多因素均可影响涂料提供防腐保护的能力,也有许多方法可提升保护能力,如预处理材料和工艺,底材选择以及其他本文未讨论的内容。可以这么说,在PPG开发粉末面涂系统的过程中,发现直接施加到金属表面的配方,表现出了很高的防腐蚀性。PPG的一些测试结果显示如图3至图6。


图3 冷轧钢 + 粉末单色漆,500及1000h盐雾


图4 冷轧钢+ 紫外耐候电泳 +粉末单色漆,500及1000h盐雾


图5 冷轧钢和电镀锌 +粉末单色漆,10年实验室模拟石击/划格循环试验


图6 冷轧钢和电镀锌 + 紫外耐候电泳 +粉末单色漆, 10年实验室模拟石击/划格试验(还显示了预涂金属板)

电镀锌板是如今车身涂装较典型实用底材。其他被考证的性能包括:外表抗老化 (加速耐候、佛罗里达暴晒)、石击、耐湿及附着力。粉末单色漆的户外抗老化性与多年来用于汽车业的液态单组分技术持平;同样的,粉末中涂/粉末清漆的性能与典型的液态中涂/清漆产品类似;石击性能十分出色,耐湿附着力均通过考核。

PPG的理念

PPG 工业集团为世界各地众多汽车制造商提供涂料产品,其中包括为未来涂料技术提供发展战略。PPG认为,从历史上看,涂料技术领域的技术发展,其背后的主要驱动力可分为5大类,即:

(1)客户满意度及其诉求;
(2)环保;
(3)单车成本;
(4)一次性合格率;
(5)质保及施工性能。

长时间以来,各个因素轮流成为主导因素。

而针对目前OEM汽车制造商面临的成本压力,我们提出了极低成本(包含“涂装工艺”理念),其基本内容包括:

(1)典型车身或车厢设计及外部车身板使用冷轧钢,车厢在涂漆时可作为车身板的“框架”或“支架”。

(2)车身或组件的设计和制造应使金属板能够100%接触到粉末涂料。必须确保整车无开口区域或无隐藏的易腐蚀表面无法接触喷涂的现象,这些区域如果未经涂漆,可能很快遭受侵蚀。如果存在这样的区域,进行保护的唯一途径就是应用如今所有传统车上使用的电泳。

(3)需要清洁/预处理设备及产品。

(4)一旦干燥后,车子将进入粉末单色漆喷漆室,100%的金属表面将经过喷涂,包括车身底座。这些操作可由人工完成,或使用固定/自动设备和机械手(经过经济分析选择)。

(5)粉末喷涂的回收物可用来为车架、车身底部和/或车身内部涂漆,可见暴露区域使用新鲜漆原色喷涂。

(6)根据车身或组装设计决定何时何地进行密封操作。

这一理念的优势很多,主要有:

(1)成本极低的涂装方法。我们计算得出,涂装车间的投资性成本约为包含电泳、中涂、色漆和清漆等传统溶剂型涂装成本的1/3。而且,粉末喷漆室的运营成本通常低于液态喷漆室,当然,具体金额主要取决于本地能源成本。

(2)零排放,几乎不产生废物,粉状产品通常可达到95 %以上的物料利用率。

(3)车子将拥有出色的外观。

(4)光泽度与色彩保持力将与当前使用的液态单组分涂料持平。

(5)抗腐蚀能力可能比当前最好的产品略差,但对于一辆极低成本的汽车而言已经可以接受。

(6)车厢、车架(或框架)和喷涂过的车身板可打包运往卫星工厂进行组装。

结论

虽然使用紧凑型涂料产品可取得一定程度的改善效果,也有许多正在研究中的创新方法可以消除或大幅降低车身装饰的成本,预涂金属板、使用粉末单色漆等方法也正逐渐变得可行,但这些“传统”的较低成本涂料产品还不足以达到极低成本的要求。实现转变的关键是将外部装饰程序融入汽车设计和制造方法之中。(end)

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