毫不奇怪，汽车行业正在寻求用更环保的操作来取代一些现有的流程。但在当今艰难的经济气候下，“环境友好型”技术必须做的不仅仅是有利于环境;它们还必须对公司的底线产生积极影响。在福特汽车公司位于密歇根州迪尔伯恩的研究和创新中心(RIC)，研究人员一直在测试一种新的大气等离子体预处理技术，该技术有望实现这两个目标。

一个典型的汽车喷漆车间面临着重大的环境挑战。化学溶剂和粘附促进剂、水和材料浪费、空气排放、高能耗——对于一个面临越来越大的公众和立法压力，要求其“绿色”运营的行业来说，这个清单令人生畏。毫不奇怪，汽车行业正在寻求用更环保的操作来取代一些现有的流程。但在当今艰难的经济气候下，“环境友好型”技术必须做的不仅仅是有利于环境;它们还必须对公司的底线产生积极影响。

在福特汽车公司位于密歇根州迪尔伯恩的研究与创新中心(RIC)，研究人员一直在测试一项有望实现这两个目标的新技术。该技术被称为大气等离子体，它使用阶梯式、高频、脉冲电流将压缩空气转化为相对低温、无电压的等离子体束。在精加工应用中，等离子体可以被引导到材料表面，以去除静电和灰尘，以及蒸发污染物，包括蜡和硅酮残留物。等离子体还增加了表面润湿性和涂层对正在处理的基材的附着力。

该技术已成功应用于生产中，用于汽车和其他应用领域的小型塑料部件的预处理。然而，将该技术转移到大型零件上一直很困难，主要原因是缺乏合适的大型加工设备。幸运的是，这个障碍并没有阻止福特。该公司的迪尔伯恩实验室看到了这项技术的前景，设计并设计了一种机器人工作单元，能够精确地将大气等离子体表面处理传递到大型、灵活的三维塑料零件上。该实验室的表面工程项目的结果可能会改变整个汽车行业处理油漆操作的方式，并可能对环境产生深远的好处。

环保解决方案

汽车表面处理的粘附性对于确保高质量和消费者吸引力至关重要。为了在涂层和底层基材之间实现良好的结合，用热塑性聚烯烃(TPO)制成的汽车部件，如保险杠筋板，用强力清洗液清洗，在烤箱中干燥，然后用溶剂性氯化粘合促进剂进行底漆。所有这些步骤都会以高能耗、废水、含有挥发性有机化合物(VOCs)的空气排放以及最终可能被填埋的污泥废物的形式对环境产生重大影响。

据表面工程技术专家拉里·哈克(Larry Haack)介绍，福特的研究团队研究表面处理技术已经超过10年了。2002年2月，在听取了Openair®大气等离子体表面处理技术开发商Plasmatreat在粘附协会会议上的演讲后，该团队首次对大气等离子体技术产生了兴趣。

“我们看到Openair等离子体的一个主要好处是技术的简单性，以及它对环境友好的事实，”哈克说。

从那时起，福特团队开始研究如何通过将大气等离子体解决方案集成到汽车应用中来提高成本和质量。最初，他们用分析技术评估了这项技术，以测量大气等离子体如何改变塑料表面。他们还与Plasmatreat合作，评估不同的等离子射流配置，用于制造应用。这些努力最终从实验室发展到生产。2006年，福特团队开发了一个原型工作单元，用于演示在TPO保险杠筋膜上使用该技术替代底漆的可行性。工作单元采用两个龙门机器人，配合两个旋转耳轴工作，确保与保险杠筋膜的处理距离精确保持，以实现可靠的油漆附着力。(在以前的应用中，这一限制限制了可以用大气等离子体处理的组件的尺寸和复杂性)。筋膜以高位置精度连接到工作单元，使用结构化铝夹具上的真空杯。

福特研究小组发现，大气等离子体技术可以在一步过程中清洁和激活表面。该技术所赋予的物理清洗可以像动力清洗一样有效地去除脱模剂和储存中的累积灰尘。同时，它向表面添加氧气，为后续的结合提供所需的官能团。这些优点使得该技术可以取代涂涂TPO保险杠筋膜的动力清洗和粘附促进剂，而不需要重新配方任何后续油漆层(见图1)。结果是一个更加环保的过程。

福特RIC表面科学与工程团队的研究科学家Ann Straccia表示:“平均而言，消除粘附促进层可以减少约30%的材料，这取决于油漆过程中的转移效率、目标薄膜构建和产量。”“此外，与电动清洗和油漆操作相关的水、溶剂和其他化学物质、排放、废物和能源也大幅减少。”

可靠的商业案例

在这种情况下，对环境有利的事情也对底线有利。粘附促进剂可占总油漆材料成本的20%，因此消除这一油漆层可为汽车油漆车间节省大量成本。更换动力清洗和粘附促进剂步骤还可以减少多达30%的处理时间，从而提高生产率和吞吐量。能源和水消耗的减少提供了额外的节省，特别是在这些资源的成本继续上升的情况下。

福特的研究团队还发现，与现有工艺相比，使用大气等离子体技术实际上改善了涂料的外观。所使用的粘附促进剂不能有效地润湿低表面能TPO，通常会导致“橘皮”纹理传递到最终的涂料表面。大气等离子体处理使TPO的表面能增加到大于所涂油漆层的表面能，从而使喷涂的油漆以均匀的流动适当湿润。与传统的黏附促进剂涂层筋膜相比，等离子体处理后，测量到的外观数量可增加20%。

对福特来说，虽然节省成本和提高质量很重要，但这项技术的真正前景在于环境效益。

“福特在寻找环境问题的解决方案方面采取了非常积极的态度。福特RIC表面科学与工程团队的技术负责人Joe Holubka表示:“大气等离子体预处理是迄今为止我们所见过的解决这些喷涂工艺问题的最佳技术之一。”

该工艺已经在实验室和原型规模上证明了自己。下一步是在制造中实施该技术，并执行与整个生产系统相关的可靠性测试。根据Straccia的说法，福特团队开发的机器人工作单元可用于生产小批量车辆(每年40,000个以下)的保险杠面板，而且该技术可以轻松扩大规模，以应对更大的产量。

由于大气等离子体预处理提供的所有好处，该技术的广泛接受可能不是如果的问题，而是何时的问题。


有关福特RIC的更多信息，请致电313.323.9803或访问www.ford.com。有关大气等离子体预处理技术的更多信息，请参阅www.plasmatreat.com。


有关大气等离子体预处理技术的深入介绍，请参见2007年3月的相关文章今天完成，《辉煌的结局》