淺談汽車(chē)燈具無(wú)底涂真空鍍鋁的工藝要求

陶永亮，劉馨玲（1.重慶川儀工程塑料有限公司，重慶 40071；.新加坡國(guó)立大學(xué)物理研究所，新加坡 119077）

淺談汽車(chē)燈具無(wú)底涂真空鍍鋁的工藝要求

陶永亮1， *，劉馨玲2
（1.重慶川儀工程塑料有限公司，重慶 400712；2.新加坡國(guó)立大學(xué)物理研究所，新加坡 119077）

從基材注塑成型、真空鍍鋁和鍍鋁后產(chǎn)品包裝三方面闡述了汽車(chē)燈具無(wú)底涂真空鍍鋁的工藝要求。結(jié)合鍍鋁產(chǎn)品常見(jiàn)缺陷成因，介紹了注塑成型和鍍鋁過(guò)程的注意事項(xiàng)。指出無(wú)底鍍是汽車(chē)燈具金屬化的發(fā)展趨勢(shì)之一。

塑料；汽車(chē)燈具；無(wú)底涂真空鍍鋁；改進(jìn)

First-author’s address: Chongqing Chuanyi Engineering Plastics Co.， Ltd.， Chongqing 400712， China

車(chē)燈是汽車(chē)照明系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，對(duì)車(chē)輛夜間的安全行駛有重要作用，已成為汽車(chē)（尤其是轎車(chē)）漂亮外形和功能的重要構(gòu)件。現(xiàn)代汽車(chē)的車(chē)燈都采用塑料件表面鍍膜作為反射鏡面。塑料表面的金屬化方法有很多，如電鍍法、熱噴涂法、真空鍍鋁膜法等。車(chē)燈塑件鍍鋁的目的是提高光的反射效果，延長(zhǎng)車(chē)燈的使用壽命，使車(chē)燈富有金屬感。真空鍍鋁膜是在高真空狀態(tài)下，采用加熱或離子轟擊的方法使金屬鋁材料由固態(tài)迅速轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，并以分子或原子形態(tài)沉積在塑料表面形成一層金屬薄膜，是塑料表面金屬化的有效方法之一［1-2］。目前，車(chē)燈塑料零件鍍鋁膜主要采用有底涂和無(wú)底涂?jī)煞N加工方式。無(wú)底涂采用聚酯類(lèi)極性高分子作基材，其表面自由能較高，與鍍鋁層之間結(jié)合得很好，可在基材上直接鍍鋁后再鍍保護(hù)膜。本文結(jié)合燈具的視圈，闡述基材注塑后立即進(jìn)行無(wú)底涂真空鍍鋁的工藝要求。

1　產(chǎn)品描述

圖1所示為長(zhǎng)安致尚XT運(yùn)動(dòng)轎車(chē)的前燈視圈C和后霧燈視圈，二者都是采用PC-HT（耐高溫聚碳酸酯）塑料件表面無(wú)底涂真空鍍鋁（下文稱(chēng)無(wú)底鍍）所得。

圖1　車(chē)燈視圈示意圖Figure 1 Schematic diagram of visual circle of automotive lamp

視圈C尺寸為200 mm × 16 mm × 16 mm，重22 g，產(chǎn)品外露部位全部為鍍鋁面，前燈配光鏡為全透明PC，視圈C全部能看到，對(duì)前燈視圈的表面要求更高，如圖1b所示。后霧燈視圈尺寸為270 mm × 100 mm × 25 mm，重60 g，正面全部為鍍鋁面，霧燈配光鏡為大紅和淺紅透明PC，鍍鋁面要求也高，如圖1d所示。綜合產(chǎn)品要求可知，無(wú)底鍍對(duì)毛坯件的要求較高，鍍鋁面不能有發(fā)霧、麻點(diǎn)、劃傷、擦傷、手印、白點(diǎn)等缺陷。

2　汽車(chē)燈具無(wú)底涂真空鍍鋁對(duì)基材的要求

2.1毛坯件的注塑成型

2.1.1注塑成型前基材含水率控制

汽車(chē)燈具中靠近光源部分的反射鏡、視圈等零件都采用PC材料，其耐熱溫度為165 ～ 185 °C。PC材料對(duì)水分敏感，在常溫下的吸水率就較高（0.15% ～ 0.19%），在高溫下則易水解使制品產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。因此成型前必須對(duì)PC進(jìn)行嚴(yán)格的干燥處理［一般通過(guò)（120 ± 10） °C烘烤8 h以上］，以保證將含水量降低到0.02%以下［3-4］。檢驗(yàn)PC是否干燥的方法為：先將2片載玻片置于270 °C的熱板上加熱1 ～ 2 min，將3 ～ 4粒烘干的料粒夾在2片載玻片之間，并輕緩加壓使粒子扁平，熔料無(wú)氣泡為合格［5］。

2.1.2毛坯注塑成型工藝控制

PC的成型溫度較高，一般為280 ～ 320 °C，應(yīng)在樹(shù)脂不分解的前提下，盡可能地提高成型溫度。這是因?yàn)镻C的熔融黏度對(duì)溫度變化十分敏感，成型溫度越高，樹(shù)脂中分子鏈運(yùn)動(dòng)越自由，黏度就越低，熔體就流動(dòng)得越好，有助于制品成型和減小內(nèi)應(yīng)力。一般在低剪切速率下，溫度每降10 °C，黏度平均增大1.04倍。當(dāng)然成型溫度過(guò)高時(shí)會(huì)有樹(shù)脂分解、制件變色等現(xiàn)象，從而影響制件的力學(xué)性能［6］。在注塑PC鍍鋁件時(shí)，注塑料筒溫度一般比不鍍鋁產(chǎn)品（主要是噴嘴和第一段溫度）高3 ～ 5 °C，以便材料的流動(dòng)。采用較高的注塑壓力有助于提高制品密度，提升制品機(jī)械性能，減少制品表面收縮。PC注塑不宜過(guò)快，注塑速率太高會(huì)使模腔內(nèi)排氣不暢，導(dǎo)致制品燒焦，使制品機(jī)械性能下降和外觀(guān)受損。一般先采用慢速注塑，再根據(jù)需要調(diào)整注塑速率。

模具溫度的選擇對(duì)PC成型也十分重要。提高模溫，有利于樹(shù)脂流動(dòng)，以便制品緩慢冷卻，減少制品的凝差內(nèi)應(yīng)力，也可提升抗張強(qiáng)度，提高表面光潔度。若模具未預(yù)先升溫，則在注入熔融PC樹(shù)脂后，模具會(huì)迅速冷卻，樹(shù)脂熔體也隨之迅速降溫而黏度升高，流動(dòng)困難，最終導(dǎo)致制品熔接痕增多，甚至注塑不足。因此，PC成型時(shí)一般選擇較高的模溫（一般為110 ～ 130 °C）［7］，以減小模壁與熔體之間的溫度差，降低熔體冷卻速率，從而降低制品的內(nèi)應(yīng)力，保證制品的機(jī)械性能。

2.1.3毛坯存放時(shí)間控制

原則上注塑后應(yīng)立即進(jìn)入鍍鋁工序，因此注塑出模的產(chǎn)品最好在2 h內(nèi)進(jìn)行鍍鋁，存放時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)有基材吸水引起的鍍鋁后出現(xiàn)霧狀的情況。超過(guò)2 h需要對(duì)塑件重新烘干才能鍍鋁，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。短時(shí)間內(nèi)不能及時(shí)鍍鋁的毛坯應(yīng)采用塑料包裝密封好，并放在除濕效果較好的地方。

2.2毛坯注塑缺陷及成型環(huán)境控制

塑件自身的缺陷有銀絲、霧斑、熔接痕等，有些缺陷在注塑階段不一定能顯現(xiàn)，但鍍鋁后各種毛坯缺陷都能表現(xiàn)出來(lái)，甚至連模具拋光紋路不一致都能看出來(lái)。

注塑件鍍鋁后能看見(jiàn)發(fā)霧的，屬于注塑場(chǎng)所濕度太大，塑件吸濕所致。一般無(wú)底鍍件注塑需要有一個(gè)潔凈室（見(jiàn)圖 2），上方送風(fēng)口安裝增壓器以保證高效進(jìn)風(fēng)，墻下角安裝排風(fēng)口出風(fēng)，其功能是控制微粒（塵埃粒子）的污染。要求不同潔凈度的潔凈室必須保持一定的壓力梯度，以有效避免潔凈室被鄰室污染或污染鄰室。壓差調(diào)試的過(guò)程為保證潔凈室換氣次數(shù)及設(shè)備排風(fēng)和除塵效果，潔凈區(qū)與室外的壓差不小于10 Pa［8］。潔凈室濕度要控制在75%以下，要放除濕機(jī)，夏天安裝空調(diào)，好的環(huán)境對(duì)防止發(fā)霧、麻點(diǎn)等都有好處。

造成塑件麻點(diǎn)的原因有幾種：

（1） 注塑環(huán)境（含注塑設(shè)備的清潔度）。注塑機(jī)上的斗式干燥機(jī)有個(gè)空氣出口是敞開(kāi)的，可排出烘料中的粉塵，若未將該出口引至室外，則粉塵會(huì)在注塑場(chǎng)所徘徊，造成產(chǎn)品表面有麻點(diǎn)。筆者曾做過(guò)實(shí)驗(yàn)，用一束強(qiáng)烈的燈光對(duì)著開(kāi)模的模具，可看到在開(kāi)模的瞬間有大量灰塵涌向模具和產(chǎn)品，在潔凈室內(nèi)操作則無(wú)這種情況發(fā)生。

圖2　注塑車(chē)間潔凈室Figure 2 Clean room in injection molding workshop

（2） 模具上滑塊干摩擦產(chǎn)生的鐵點(diǎn)子。模具上一般不能有油類(lèi)物質(zhì)，因油類(lèi)物質(zhì)會(huì)浸入產(chǎn)品中影響鍍鋁效果，若模具潤(rùn)滑做得較差，則可更明顯看出鍍鋁件麻點(diǎn)。一般要采用耐高溫潤(rùn)滑油。

（3） 成型過(guò)程中塑料基材逸出氣體或模具有麻點(diǎn)。一般PC采用光氣法縮聚而成，整個(gè)聚合過(guò)程分為光氣化、縮聚和后處理3個(gè)階段［9］。有時(shí)會(huì)用到?jīng)]有后處理好的PC材料，其含有少量氯氣，在高溫料筒中氯氣會(huì)逸出并腐蝕模具，使型腔或型芯上出現(xiàn)斑點(diǎn)［10］。應(yīng)定時(shí)檢查模具，及時(shí)處理。模具材料組織疏松容易造成模具麻點(diǎn)，應(yīng)選用致密性較好的材料做模具。此外，做好模具材料預(yù)處理可以減少麻點(diǎn)。

劃傷（含擦傷）是材料表面的一種破壞形式，其類(lèi)型和機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，影響因素很多，主要有PC分子結(jié)構(gòu)、填料、潤(rùn)滑劑、涂層、PC共混物等［11-12］。視圈劃傷是毛坯件的常見(jiàn)缺陷，劃傷常由模具引起，應(yīng)從模具上進(jìn)行解決，否則會(huì)造成批量報(bào)廢。也有出模后人為操作帶來(lái)的劃傷，如塑料包裝袋的硬度大于塑料（含鍍鋁）表面硬度，出模后取件不帶羊皮手套。因此應(yīng)盡可能不用手去觸摸，連產(chǎn)品放在桌子上時(shí)也要墊上一層柔軟羊皮。

手印是注塑件出模時(shí)用手觸摸表面留下的痕跡，在注塑件上難以看出，但鍍鋁后能看出手印的模糊影子。鍍鋁件的易見(jiàn)部位都不允許有手印，操作時(shí)應(yīng)帶羊皮手套，并定時(shí)更換羊皮手套。

白點(diǎn)在鍍鋁后才能看出，其存在往往與水分有關(guān)，塑件表面有水分，操作者講話(huà)時(shí)口水濺到表面，操作環(huán)境濕度太大都是主要原因。操作者一般應(yīng)戴口罩。

3　無(wú)底涂鍍鋁工藝

無(wú)底涂鍍鋁的工藝流程為：預(yù)真空—離子清洗—鍍鋁—離子轟擊—鍍保護(hù)膜（二次鍍膜）—放氣。其中，鍍保護(hù)膜是主要環(huán)節(jié)，最重要的是施鍍時(shí)間設(shè)置，時(shí)間長(zhǎng)了，膜層表面易發(fā)彩，時(shí)間短了，膜層很薄，影響使用效果。鍍鋁件的常見(jiàn)缺陷如下：

（1） 亮孔：零件對(duì)著燈光時(shí)表面有很多小顆粒白點(diǎn)。其原因有：蒸發(fā)溫度過(guò)高或過(guò)低，鋁液外溢到銅接頭處造成蒸發(fā)舟短路（常稱(chēng)為導(dǎo)鋁管連電），蒸發(fā)舟表面溫度不穩(wěn)定。

（2） 冒點(diǎn)：表現(xiàn)在零件表面有很多大大小小的、凸出的點(diǎn)。其原因有：涂布?xì)埩蠆A雜其中，濺鋁，蒸鍍環(huán)境不衛(wèi)生（主要表現(xiàn)在工作現(xiàn)場(chǎng)）。

（3） 鋁層不均：表現(xiàn)在零件對(duì)著燈光時(shí)，同一截面或同一平面內(nèi)的鋁層厚度不一。其原因是：蒸發(fā)舟蒸鍍能力不一致，局部真空受影響，蒸發(fā)舟的安裝不到位，鋁絲蒸發(fā)不均勻。

（4） 漏真空：常表現(xiàn)為抽空時(shí)間漫長(zhǎng)，反復(fù)波動(dòng)。漏真空不僅影響鋁層的結(jié)合力，導(dǎo)致成品容易掉鋁，而且會(huì)使蒸發(fā)舟的損耗加大。經(jīng)常采取的措施有：檢真空；加真空脂，更換真空泵油；保證真空室的清潔度；降低冷卻水溫度。

（5） 擦傷（含劃傷）：鍍鋁前應(yīng)先剔除擦傷的毛坯件。表面清潔時(shí)擦拭力度過(guò)大或涂布過(guò)硬會(huì)造成擦傷；鍍鋁過(guò)程操作不當(dāng)，鍍鋁后取件不當(dāng)和包裝不當(dāng)也都會(huì)造成鍍鋁產(chǎn)品擦傷。

（6） 手?。好骷氖钟≡阱冧X后無(wú)法去除，應(yīng)在鍍鋁前先排除。鍍鋁后沒(méi)有帶皮質(zhì)手套操作引起的手印可用絨布輕輕擦除。

（7） 發(fā)霧：毛坯吸水較大會(huì)導(dǎo)致發(fā)霧，將毛坯件置于烘箱中110 °C烘烤30 min以上就能消除發(fā)霧。

4　鍍鋁件的包裝

鍍鋁件包裝是產(chǎn)品出廠(chǎng)的最后一道工序。鍍鋁件表面硬度不是很高，視圈包裝起初用塑料口袋包裝，由于口袋與視圈之間有一定的空間，二者在運(yùn)輸過(guò)程中容易相互摩擦，使產(chǎn)品表面有劃傷痕跡，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。視圈一般采用貼膜處理（如圖3），貼膜與產(chǎn)品之間貼附得好就不容易劃傷。貼膜后，應(yīng)將產(chǎn)品放在有定位功能的塑料（熱壓而成）物架中，這樣可更好地限制產(chǎn)品在運(yùn)輸過(guò)程中晃動(dòng)，減少劃傷缺陷。每層包裝之間還要用 PE（聚乙烯）泡沫紙隔開(kāi)。

圖3　車(chē)燈視圈包裝照片F(xiàn)igure 3 Photos of packaged visual circles of automotive lamp

5　結(jié)語(yǔ)

車(chē)燈視圈已成為汽車(chē)個(gè)性化設(shè)計(jì)的重要組成部分，視圈免底涂直接鍍鋁是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)［13］。燈具塑件無(wú)底涂鍍鋁工藝主要取決于基材、模具、環(huán)境等因素。目前用作視圈的材料主要是耐熱聚碳酸酯。無(wú)底鍍毛坯主要取決于模具表面，模具表面提供什么產(chǎn)品，鍍出來(lái)就是什么產(chǎn)品，模具的表面、產(chǎn)品收縮率等面臨著新的挑戰(zhàn)。塑料毛坯件生產(chǎn)的關(guān)鍵是環(huán)境和工藝，可通過(guò)鍍鋁設(shè)備工藝試驗(yàn)和調(diào)整來(lái)達(dá)到無(wú)底涂鍍鋁的要求。燈具內(nèi)部件采用無(wú)底涂鍍鋁可節(jié)省大量噴漆、烤漆的能耗和人工成本。在提高模具質(zhì)量的前提下改善生產(chǎn)環(huán)境，發(fā)展無(wú)底涂鍍膜是未來(lái)的趨勢(shì)。

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［ 編輯： 周新莉 ］

Discussion on technological requirements of primer-free vacuum aluminum plating on automotive lamps

TAO Yong-liang*， LIU Xin-ling

The technological requirements of primer-free vacuum aluminum plating on automotive lamp was described from three aspects including injection molding of substrate， vacuum aluminum plating， and packaging of plated products.Some points needing attention during injection molding and vacuum aluminum plating were introduced in combination with the causes of common defects of aluminum plated products.It is pointed out that primer-free plating on substrate is one of the development trends for metallization of automotive lamps.

plastic； automotive lamp； primer-free vacuum aluminum plating； improvement

TQ153.19

A

1004 - 227X （2015） 04 - 0206 - 04

2014-08-13

2014-11-02

陶永亮（1956-），男，江蘇常熟人，高級(jí)工程師，主要從事模具設(shè)計(jì)制造和成型工藝管理等工作。

作者聯(lián)系方式：（E-mail） 48_tyl@163.com。