帶底涂鍍鋁ABS車燈變形問題的解決

陶永亮

（重慶川儀工程塑料有限公司，重慶　400712）

帶底涂鍍鋁ABS車燈變形問題的解決

陶永亮

（重慶川儀工程塑料有限公司，重慶400712）

用ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）制備的倒車燈燈體經(jīng)注塑成型、噴涂紫外光（UV）固化油漆、固化和真空鍍鋁后，在裝配時發(fā)現(xiàn)燈體變形缺陷。從注塑工藝、真空鍍鋁技術(shù)、光固化工藝這3個方面分析了產(chǎn)生缺陷的原因。主要是UV室溫度過高，超出了燈體材料的熱變形溫度。通過穩(wěn)定 UV燈的能量、控制固化室溫度、調(diào)整油漆、完善注塑工藝、加強(qiáng)產(chǎn)品檢查等措施，較好地解決了燈體變形的問題。

塑料；倒車燈；真空鍍鋁；底涂；紫外光固化；變形；改進(jìn)

Author's address: Chongqing Chuanyi Engineering Plastics Co.， Ltd.， Chongqing 400712， China

YAE燈體是長安鈴木全新城市SUV鋒馭車型倒車燈（也稱B燈）所用的燈體，如圖1所示。倒車燈體采用ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）注塑成型后，經(jīng)噴漆、固化干燥、有底鍍鋁和鍍膜工序，與燈罩熱封，再裝配上其他零件完成整燈組裝。其中固化工序很重要，它涉及到整個燈體質(zhì)量的穩(wěn)定性。

圖1　SUV鋒馭車組合后燈照片F(xiàn)igure 1　Photos of SUV Feng-yu car's tail lamps

倒車燈體原本采用熱固化方式進(jìn)行固化處理［1］。因效益不高，故改為光固化。光固化在蘇州超瑞自動化涂裝設(shè)備有限公司的CR-UVZD0408型UV固化機(jī)上完成，具有瞬間干燥，涂裝流程短，調(diào)整方便，可根據(jù)產(chǎn)品需要一次性完成五面固化，面燈高度、角度可調(diào)，側(cè)燈距離亦可有效調(diào)整等優(yōu)點，而且配備有流平機(jī)作業(yè)，漆面效果更好，效率高。但前期用光固化后鍍鋁的產(chǎn)品送到用戶處，用戶在裝配時發(fā)現(xiàn)燈體有變形的缺陷。主要表現(xiàn)在燈體放在熱封的工裝上，其中有1個角偏離工裝面1.0 mm以上，翹得比較厲害，如圖2所示，與燈罩熱封后，這個變形角的面差超出汽車廠家規(guī)定的最大值，不符合要求。

圖2　燈體與熱封工裝裝配狀態(tài)的示意圖Figure 2　Schematic diagram of the assembly state between the lamp body and heat sealing mold

1　倒車燈體變形的原因

1. 1注塑工藝

YAE倒車燈體采用上海錦湖日麗塑料有限公司的ABS H2938（黑色）注塑成型。該材料屬于耐熱級ABS，專為汽車燈具、燈體鍍鋁膜作了改性，主要是在ABS樹脂中引入α-甲基苯乙烯（MS）、馬來酸酐（MA）和馬來酰亞胺（MI）來提高耐熱性［2］。一般普通ABS的熱變形溫度（heat deflection temperature，簡稱HDT）在75 ～ 85 °C，而ABS H2938的HDT最高可達(dá)96 °C，實際應(yīng)用范圍為（90 ± 3） °C。

倒車燈體是左右對稱結(jié)構(gòu)，正面有反射和折射面，其中有個裝燈的深腔（見圖3a）。注塑模設(shè)計為一模出二（一左一右）。注塑設(shè)備為海天1000T，潛伏式兩點進(jìn)料，熱流道澆口，燈體頂出時澆口自動切落，單件重（250 ± 5） g。開始生產(chǎn)時，通過模溫機(jī)控制，采用定模加熱，動模接冷卻水冷卻，其效果是增加燈體表面的光亮度。然而，定模模溫一般為75 ～ 80 °C，動模部分溫度為30 ～ 40 °C，動定模之間溫差大，出模后產(chǎn)品冷卻時容易向模溫較高面（熱面）收縮或變形，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，這是導(dǎo)致變形的原因之一。成型后分別用高低規(guī)和間隙規(guī)檢查（固定幾個關(guān)鍵點）面差和間隙（即收縮），如圖 3b所示。燈體外觀需無油跡、熔接痕、收縮等缺陷，符合要求后進(jìn)入下一道工序──噴漆。當(dāng)然，注塑燈體中的抗壓程度（密度）不夠，這與其本身結(jié)構(gòu)有關(guān)，也不排除在固化前已變形的可能性。

圖3　倒車燈體產(chǎn)品和檢具的照片F(xiàn)igure 3　Photos of reversing lamp body product and checking fixture

1. 2真空鍍膜工序

真空鍍膜技術(shù)是在真空條件下加熱金屬或其他鍍膜材料，使其在極短時間內(nèi)蒸發(fā)并沉積到基材表面［3-4］。本案真空度達(dá)1.3 × 10-3～ 1.3 × 10-2Pa，高純度鋁絲在1 200 °C下熔化并蒸發(fā)成氣態(tài)鋁。氣態(tài)鋁微粒在移動的燈體表面沉積，冷卻后形成連續(xù)而光亮的鋁層。從鋁絲預(yù)熔到蒸發(fā)用時僅10 s多，在鍍鋁爐中傳遞到燈體的熱量很少，其基本上沒有受到加熱的影響，因此一般不考慮鍍鋁過程對燈體的影響。

1. 3光固化工序

經(jīng)過多次實驗，發(fā)現(xiàn)引起燈體變形的原因主要在光固化工序上：一方面UV室溫度過高，接近或超過96 °C，而燈體材料的HDT為96 °C，這是主要原因；另一方面，使用的油漆不易固化，需要高能量的UV光輻射。導(dǎo)致UV室溫度過高的因素又有5個：（1）輻射能量選擇不當(dāng)；（2）UV室燈光強(qiáng)度選擇不當(dāng)；（3）UV燈管與燈體表面的距離不當(dāng)；（4）UV燈管的使用時間久了，能量反映不真實；（5）UV室的通風(fēng)冷卻效果不夠好。

2　解決方法

為解決燈體變形問題，根據(jù)原因從以下幾點做了改進(jìn)。

2. 1穩(wěn)定UV燈的輻射能量

UV燈的輻射能量是光固化的重要參數(shù)。每盞UV燈管的功率（5.6 kW）基本是固定的，光度選用弱光，開啟燈管數(shù)量為6盞（關(guān)閉底燈和2盞燈管）。UV燈管壽命一般為800 h，規(guī)定使用200 h后更換。使用時間長了，輻射的能量不是很真實?？蓪?shù)顯能量儀放在移動的線體上測量UV室的實際能量，即輻射到燈體表面的能量。主要通過調(diào)整固化速率和 UV燈管與燈體表面的距離來調(diào)整能量。固化速率用臨界固化率表示，其定義為使漆膜表面完全固化時傳送帶的最大允許速率［5］，即自動線移動的線速率。經(jīng)過一系列實驗，確定UV燈輻射能量為1 250 ～ 1 350 mJ/cm2，能量高了容易導(dǎo)致燈體變形，低了漆膜不易固化。UV燈管到燈體表面的距離固定為400 mm，自動線的線速設(shè)定為（8 ± 1） Hz（設(shè)備上顯示的單位）。

2. 2控制UV室的溫度

UV燈管輻射出的光能是用于固化干燥的主要能量，但同時也產(chǎn)生和積蓄熱能，應(yīng)給予熱能一定的控制。根據(jù)材料的熱變形溫度和鍍鋁后耐熱試驗的要求，UV室的溫度需穩(wěn)定在85 °C，不能超出90 °C。為觀察UV室的溫度，在有效UV管輻射區(qū)域增加了3個熱傳感器用溫度顯示儀，一旦超出溫度上限，則進(jìn)行通風(fēng)和抽風(fēng)處理，以驅(qū)除多余的熱量。另外，控制流平階段的溫度為（60 ± 5） °C，流平室有3段溫度，均一樣，便于油漆流平。

2. 3調(diào)整光固化油漆

光固化涂料一般由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30.0% ～ 60.0%的反應(yīng)性低聚物、40.0% ～ 60.0%活性稀釋劑、1.0% ～ 5.0%光引發(fā)劑和0.2% ～ 1.0%添加劑四部分組成［6］。本文所用涂料低聚物為環(huán)氧丙烯酸酯?；钚韵♂寗┘谆┧狨ヮ悊误w含有不飽和雙鍵，在紫外光固化過程中最終參與成膜。若稀釋劑用量偏低，黏度增大，影響涂層的流平性；反之，涂層易流掛，且固化后涂膜的豐滿度欠佳。稀釋劑實際使用量不宜超出30.0%［7］；光引發(fā)劑的性能決定了涂料的固化程度和固化速率。許多弊病都是由光引發(fā)劑引發(fā)效率低或加入不合適的填料引起的［8］。本文所用IHT-PI 184（1-羥基環(huán)己基苯基甲酮）是一種高效、不黃變的自由基（I）型固體光引發(fā)劑，主要與單或多官能團(tuán)乙烯基單體和齊聚物共同用于不飽和預(yù)聚物（如丙烯酸脂）的UV固化［9］。光引發(fā)劑常規(guī)用量在1.0% ～ 3.0%之間，本案為3.0% ～ 5.0%，多于常規(guī)用量，可使涂料在幾分之一秒內(nèi)固化。同時，也可選擇稍低的能量（1 100 ～ 1 200 mJ/cm2）進(jìn)行固化。

2. 4調(diào)整注塑工藝

為避免燈體因溫差收縮，也用冷卻水冷卻定模，即動、定模都用冷卻水，這樣模溫在30 ～ 40 °C，溫差不大，產(chǎn)品冷卻屬于自然收縮，內(nèi)應(yīng)力較小，減小甚至避免了模溫引起的收縮變形，燈體表面的光亮度雖有所下降，但不影響噴漆效果。且調(diào)整了產(chǎn)品的抗壓密度，稍微增加了其容易變形部分的密度。

2. 5加強(qiáng)對燈體變形的監(jiān)控

主要在光固化后監(jiān)控?zé)趔w的變形情況，也是檢查光固化工藝參數(shù)設(shè)置合適與否。檢查方式有2種（見圖4）。一種是用燈體毛坯作為樣件，全部燈體正面朝下放在玻璃上（用一塊絲布隔開以免劃傷產(chǎn)品表面），比較光固化件與樣件，尤其是變形點的情況。允許光固化件比毛坯樣件高，低于樣件說明有變形。另一種是模仿熱封工裝做一個檢具，將固化后的燈體置于其上，如有角偏離檢具平面，說明燈體有變形，同時也能看出整個燈體處于不平穩(wěn)的狀態(tài)，無論如何放置總有角偏離，而未變形的燈體放在檢具上平平穩(wěn)穩(wěn)，各個角基本上都緊貼檢具面。

圖4　檢查燈體變形的方法Figure 4　Photos showing how to check the deformation of lamp body

3　結(jié)語

通過控制 UV室能量、調(diào)整光固化涂料、改進(jìn)注塑工藝、監(jiān)控?zé)趔w變形情況等措施，很好地解決了倒車燈體部分變形的問題。對改進(jìn)后的燈體鍍鋁并進(jìn)行耐熱試驗，在90 °C下烘烤1 h，鍍鋁面無異常，產(chǎn)品被用戶接受。本文為后續(xù)ABS材料的其他塑件的光固化操作提供了參考。

［1］ 錦湖日麗塑料有限公司. 耐熱ABS ［EB/OL］. ［2015-09-16］. http://www.kumhosunny.com/product/detail-6-1.html.

［2］ 陶永亮. 真空鍍鋁膜在汽車燈具上的應(yīng)用［J］. 電鍍與涂飾， 2014， 33 （13）: 573-576.

［3］ 郭訓(xùn)財. 中國真空鍍膜涂料的發(fā)展與展望［D］. 沈陽: 沈陽航空航天大學(xué)， 2013: 1-8.

［4］ 曲敬信， 汪泓宏. 表面工程手冊［M］. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社， 1998: 344-345.

［5］ 周榮華. ABS塑膠紫外光固化涂料的配方設(shè)計［J］. 電鍍與涂飾， 2010， 29 （6）: 55-57.

［6］ 錢苗根， 馮露露. 光固化涂料在真空鍍膜中的應(yīng)用研究［J］. 上海涂料， 2010， 48 （6）: 17-20.

［7］ 蔡娟， 舒武炳， 贠倫剛， 等. 活性稀釋劑對環(huán)氧豆油丙烯酸酯光固化體系的影響［J］. 涂料工業(yè)， 2006， 36 （2）: 12-15.

［8］ 何金花， 高延敏， 王雁秋， 等. 紫外光固化涂料的發(fā)展及應(yīng)用［J］. 上海涂料， 2007， 45 （4）: 21-24.

［9］ 英力科技發(fā)展有限公司. 自由基型光引發(fā)劑IHT-PI 184 ［EB/OL］. ［2015-09-16］. http://www.iht.com.cn/zh/products-detail-112.aspx.

［ 編輯：杜娟娟 ］

Solution for deformation of ABS automotive lamp with plated aluminum film and primer

TAO Yong-liang

The reversing lamp body， which was made of ABS （acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer）， was found to be deformed at assembling stage after injection molding， painting ultraviolet （UV）-curable coating， curing and vacuum aluminum plating. The reasons for this defect were analyzed from three aspects including injection molding， vacuum aluminum plating and UV curing processes. The main reason is that the temperature of UV chamber is excessively high， beyond the heat deflection temperature of lamp body material. The deformation problem of lamp body was solved by steadying the energy of UV lamp，controlling the temperature in UV chamber， adjusting the composition of paint， improving the process of injection molding and strengthening the inspection of product.

plastic； reversing lamp； vacuum aluminum plating； primer； ultraviolet curing； deformation； improvement

TQ639

B

1004 - 227X （2016） 10 - 0536 - 04

2015-09-17

2015-12-13

陶永亮（1956-），男，江蘇常熟人，高級工程師，主要從事模具設(shè)計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。