水轉(zhuǎn)印行業(yè)生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的影響特點(diǎn)及其環(huán)保措施

李偉　譚圓芳　羅志潔　劉靈祥　葉春林

【摘 要】水轉(zhuǎn)印工藝是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣的汽車內(nèi)飾件表面裝飾工藝，其成型簡(jiǎn)單，圖案多樣，極大地提升了汽車內(nèi)飾的視覺效果。但水轉(zhuǎn)印工藝對(duì)環(huán)境、對(duì)人體都有極大的傷害，是一種并不環(huán)保的工藝。文章對(duì)水轉(zhuǎn)印的工藝過程進(jìn)行了介紹，并論述了幾種可以替代水轉(zhuǎn)印工藝的環(huán)保工藝。

【關(guān)鍵詞】水轉(zhuǎn)??；VOC；環(huán)保；免噴涂工藝；IMD；INS；拉絲工藝

【中圖分類號(hào)】TQ325 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）01-0116-04

0 前言

水轉(zhuǎn)印技術(shù)是利用水壓將帶彩色圖案的轉(zhuǎn)印紙/塑料膜進(jìn)行高分子水解，然后通過水的流動(dòng)將圖案鋪平，再轉(zhuǎn)印到產(chǎn)品上的一種印刷方式。水轉(zhuǎn)印的應(yīng)用范圍非常廣泛，包括人們熟知的T恤圖案、箱包裝飾件、臺(tái)歷架、球拍、沙發(fā)、茶幾、櫥柜、吊燈、電子產(chǎn)品（如鼠標(biāo)、筆記本、電話、遙控器）和汽車內(nèi)飾件儀表板、扶手、控制盤等各類裝飾件。

目前，國(guó)內(nèi)汽車內(nèi)飾裝飾圖案大部分都采用水轉(zhuǎn)印工藝圖案。汽車內(nèi)飾產(chǎn)品最早使用水轉(zhuǎn)印技術(shù)的是英國(guó)勞斯萊斯汽車公司[1]。當(dāng)時(shí)的英國(guó)汽車內(nèi)飾工藝師們以手工制作桃木和真皮內(nèi)飾件，設(shè)計(jì)出了一輛具有皇家氣派的高級(jí)轎車，為水轉(zhuǎn)印技術(shù)應(yīng)用于汽車產(chǎn)品上開創(chuàng)了歷史先河。其后，世界其他著名車場(chǎng)如“賓利”“奔馳”“寶馬”等紛紛效仿。

為了滿足不同消費(fèi)能力人群對(duì)豪華典雅的共性需求，水轉(zhuǎn)印技術(shù)被引入汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)行業(yè)并獲得迅猛發(fā)展。我國(guó)最早是由臺(tái)灣地區(qū)的公司在1987年首先引進(jìn)水轉(zhuǎn)印技術(shù)系統(tǒng)，1994年開始在大陸使用。之后，水轉(zhuǎn)印技術(shù)歷經(jīng)萌芽期、發(fā)展期與創(chuàng)新器，由一種工藝發(fā)展成一種產(chǎn)品，由最初的頂級(jí)車選配，發(fā)展成為中級(jí)車、入門車的標(biāo)準(zhǔn)配置[2]。近年來塑料的大量應(yīng)用，又進(jìn)一步帶動(dòng)了基于塑料基材的水轉(zhuǎn)印技術(shù)在汽車內(nèi)飾行業(yè)的迅速發(fā)展。

水轉(zhuǎn)印圖案樣式很多，如仿天然木紋、大理石紋、規(guī)則線條紋、規(guī)則幾何紋、云彩紋、花紋、卡通人物、碳纖維效果等。

1 水轉(zhuǎn)印工藝簡(jiǎn)介

水轉(zhuǎn)印技術(shù)有兩類，一種是水標(biāo)轉(zhuǎn)印技術(shù)，另一種水披覆轉(zhuǎn)印技術(shù)。水標(biāo)轉(zhuǎn)印技術(shù)主要完成文字和寫真圖案的轉(zhuǎn)印，水披覆轉(zhuǎn)印技術(shù)則傾向于在整個(gè)產(chǎn)品表面進(jìn)行完整轉(zhuǎn)印。披覆轉(zhuǎn)印技術(shù)（Cubic Transfer）使用一種容易溶解于水中的水性薄膜來承載圖文。由于水披覆薄膜張力極佳，很容易纏繞于產(chǎn)品表面形成圖文層，產(chǎn)品表面就像噴漆一樣得到截然不同的外觀[3]，可以披覆在任何形狀之工件上，為生產(chǎn)商解決立體產(chǎn)品印刷的問題。曲面披覆亦能在產(chǎn)品表面加上不同紋路，如皮紋、木紋、翡翠紋及云石紋等，同時(shí)亦可避色一般版面印花中常見的虛位。并且在印刷流程中，由于產(chǎn)品表面不需與印刷膜接觸，可避免損害產(chǎn)品表面及其完整性。

水轉(zhuǎn)印技術(shù)是利用傳統(tǒng)的印刷方式，將不同的圖案、圖文印刷于延展性非常好的PVC水溶性薄膜上再于轉(zhuǎn)印階段分別將印刷膜與產(chǎn)品同步引入水面，并以水為介質(zhì)，借助于水流動(dòng)的均勻壓力使印刷膜上的圖紋在活化劑的作用下迅速溶解、剝離并轉(zhuǎn)印到被印物表面。同時(shí)，以活化劑為手段，披覆膜則自動(dòng)溶解于水，將天然的木紋、石紋、針織紋或設(shè)計(jì)圖紋加工裝飾于各種三維造型制品上，續(xù)以噴涂方式施予面涂作為保護(hù)層，從而實(shí)現(xiàn)立體產(chǎn)品的印刷。經(jīng)印上所需的色彩紋路后，平送于水的表面，利用水壓的作用，將色彩紋路圖案均勻地轉(zhuǎn)印于產(chǎn)品表面，經(jīng)清洗及烘干后，再上一層透明的保護(hù)涂層，這時(shí)產(chǎn)品已呈現(xiàn)出一種截然不同的視覺效果。汽車門開關(guān)面板木紋效果如圖1所示；汽車儀表板科技紋路效果如圖2所示；汽車儀表板碳纖維紋路效果如圖3所示。

汽車內(nèi)飾水轉(zhuǎn)印零件的制作工藝流程如下：基體注塑→表面處理→零件噴底漆→烘干→打磨→水轉(zhuǎn)印→高壓水洗→烘干→打磨→清漆→UV固化。注塑零件表面沾有油污、手汗和脫模機(jī)等污染物，如果直接噴漆會(huì)造成漆膜附著力差，圖層易產(chǎn)生龜裂、起泡和脫落等問題，因此涂裝前必須進(jìn)行除油處理，最好使用塑料表面清洗劑，即用水洗的方法徹底清除塑料件表面污染物，可保證制品表面清潔。

2 水轉(zhuǎn)印工藝對(duì)環(huán)境造成的影響

水轉(zhuǎn)印工藝雖然應(yīng)用廣泛，但對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響也是不容忽視的。水轉(zhuǎn)印的原材料、工藝過程、輔助原料、輔助工藝都會(huì)產(chǎn)生大量的烷烴、烯烴、芳烴、乙醛或酮類物質(zhì)，會(huì)對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生危害。具體危害如下所述。

2.1 水轉(zhuǎn)印制品中的苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)有機(jī)物（簡(jiǎn)稱VOC）超標(biāo)

我國(guó)于2012年3月1日實(shí)施《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》（GB/T27630—2011），該標(biāo)準(zhǔn)用于評(píng)價(jià)乘用車內(nèi)的空氣質(zhì)量，規(guī)定了車內(nèi)空氣中苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)有機(jī)物VOC（Volatile Organic Compounds）的濃度要求[4]。世界衛(wèi)生組織（WHO）對(duì)VOC的定義為熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50～260 ℃的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。內(nèi)飾部件的揮發(fā)性有機(jī)化合物是影響車內(nèi)空氣質(zhì)量的主要原因之一，它們主要是烷烴、烯烴、芳烴、乙醛或酮類物質(zhì)，這些物質(zhì)的沸點(diǎn)通常在50～260 ℃的范圍之內(nèi)。當(dāng)氣溫達(dá)到一定高度時(shí)，這些揮發(fā)性物質(zhì)就會(huì)釋放出來。有些會(huì)形成霧翳凝結(jié)在前擋風(fēng)玻璃上，從而影響駕駛員的視線；有些則產(chǎn)生令人不舒服的氣味，甚至引起人頭疼、干咳和過敏等不適反應(yīng)，從而對(duì)乘員的身體造成傷害。以下是汽車內(nèi)開關(guān)面板、右后內(nèi)拉手框蓋板使用水轉(zhuǎn)印工藝后有毒物質(zhì)和氣味的檢查結(jié)果，表1中顯示甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯都超標(biāo)很大，氣味等級(jí)也沒滿足要求。

2.2 原材料本身含有的有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境造成的影響

水轉(zhuǎn)印飾件表面的圖案是油墨印刷制成。油墨中包括主要成分和輔助成分，它們均勻地混合并經(jīng)反復(fù)軋制而成一種黏性膠狀流體。由顏料、連接料和助劑等組成[5]。通常將曲面披覆轉(zhuǎn)印膜上的圖文設(shè)計(jì)成不具有具體造型，變形后也不影響觀賞的重復(fù)圖案。水轉(zhuǎn)印膜通常使用凹版印刷機(jī)，能夠獲得很高的伸長(zhǎng)率和較低的印刷成本，同時(shí)凹版印刷機(jī)具有精確的張力自動(dòng)控制系統(tǒng)，一次可印刷出4～8種顏色，套印準(zhǔn)確度較高。凹印水披覆轉(zhuǎn)印膜使用水轉(zhuǎn)印油墨，與傳統(tǒng)油墨相比，水轉(zhuǎn)印油墨耐水性好，干燥方式為揮發(fā)性干燥。凹版印刷油墨是用揮發(fā)型溶劑為連接料的，所用的連接料是對(duì)人體有危害的苯、二甲苯。因此，工件上的轉(zhuǎn)印膜的干燥程度是影響其散發(fā)性能的重要因素。

轉(zhuǎn)印膜覆蓋在水上時(shí)，需要用活化劑溶解。活化劑是由二甲苯、乙二醇乙醚醋釀酯、甲基異丁基甲酮、丁酯等化學(xué)溶劑組成的，活化劑噴灑于PVC水溶性薄膜上時(shí)所散發(fā)的氣味，會(huì)對(duì)操作者和空氣、水都造成極大的污染和傷害。

2.3 高壓水洗造成的水污染

水洗是水轉(zhuǎn)印零件低散發(fā)的最重要的工序，較好的散發(fā)性的水轉(zhuǎn)印零件通雜印后需要至少5道水洗工序，并且均使用去離子水，每道水洗的時(shí)間應(yīng)根據(jù)零件的復(fù)雜程度調(diào)整，但必須保證5道水洗后的工件表面無污染殘留，可以通過測(cè)定第五道水洗的洗前和洗后電導(dǎo)率來評(píng)價(jià)有無殘留，如果洗前和洗后的電導(dǎo)率基本一致，說明工件表面已清洗干凈。為保證零件表面的整潔性，沖洗用的水不能重復(fù)利用。不但是高壓水洗的用水，為了保持整潔性，溶解薄膜的水也不能重復(fù)利用，只能作為廢水排放掉。而排放的廢水中包含了大量的去離子水、活性劑、PVC薄膜等多種化學(xué)元素，會(huì)對(duì)土壤、地下水、湖泊和江河等造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。

2.4 水轉(zhuǎn)印生產(chǎn)過程對(duì)人的傷害

雖然水轉(zhuǎn)印技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)普及，但由于機(jī)械設(shè)備昂貴，所以大多數(shù)公司依然是采用工人手工操作的方式進(jìn)行水轉(zhuǎn)印生產(chǎn)。在薄膜活化之后，工人手持零件，以45°斜角方式拿著零件入水，在轉(zhuǎn)印膜轉(zhuǎn)移到零件上后迅速將零件從水中拉出（如圖4所示）。

為保證零件的合格率，生產(chǎn)過程都是不戴手套或其他防護(hù)用具的，人體皮膚直接接觸這些烷烴、烯烴、芳烴、乙醛或酮類有害化學(xué)物質(zhì)，長(zhǎng)期接觸會(huì)引起各類皮膚疾病及頭疼、干咳和過敏等不適反應(yīng)，對(duì)操作工人的身體造成傷害。

2.5 水轉(zhuǎn)印前后的油漆過程對(duì)環(huán)境的危害

在零件開始水轉(zhuǎn)印之前，需要先上一道底漆，保證水轉(zhuǎn)印膜的附著性。在高壓水洗之后，還需要上一道漆，增加零件表面的耐刮擦性、耐老化性、耐濕熱循環(huán)性。但油漆本身對(duì)環(huán)境和對(duì)人體的傷害都是顯而易見的。據(jù)研究，長(zhǎng)期從事噴漆及相關(guān)工藝的人，眼手協(xié)調(diào)能力、視覺運(yùn)動(dòng)速度、心理運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定度均會(huì)降低[6]。而涂料中含有的苯則是一種劇毒溶劑，是威脅人類健康的化學(xué)物質(zhì)之一。同時(shí)，噴漆過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣等，會(huì)對(duì)土壤、水、空氣等造成嚴(yán)重的危害[7]。

3 解決水轉(zhuǎn)印污染的替代工藝

3.1 免噴涂工藝

免噴涂材料也叫帶色注塑材料，是在原有的塑料粒子中加入礦物、增韌劑、特制銀粉及各種助劑并經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融共混而成的一種改性材料。顧名思義就是不需要噴漆即可達(dá)到高亮的效果。免噴涂技術(shù)相比噴漆，具備注塑成品率高、精簡(jiǎn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)等優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品美觀，對(duì)環(huán)境的污染小，也減少了能源的消耗。作為一項(xiàng)新興技術(shù)，已經(jīng)逐步開始應(yīng)用在汽車內(nèi)外飾上。

免噴涂工藝可以實(shí)現(xiàn)噴漆效果，以及珠光效果、高亮黑、鋼琴烤漆黑、閃爍珠光效果、半透閃爍效果和半透效果。免噴涂材料可用聚丙烯材料添加金屬粉、鋁粉，最終產(chǎn)品有著金屬光澤。添加鋁粉后的材料剛性增加，韌性降低，密度上升，重量增加。也可以用特殊色彩的樹脂直接注塑成型。色彩鮮艷，表面光澤度高，容易成型，不脫漆。但是，免噴涂零件對(duì)模具型腔的光潔度要求非常高，流道設(shè)計(jì)要根據(jù)不同的原材料的流動(dòng)速率不同來做調(diào)整。

3.2 模內(nèi)裝飾IMD、INS工藝

IMD是英文In-Mold Decoration的首字母縮寫，翻譯成中文是模內(nèi)裝飾鑲嵌及轉(zhuǎn)印技術(shù)，簡(jiǎn)稱模內(nèi)裝飾技術(shù)[8]。它是把薄膜放在模具中，利用模具的溫度和壓力，通過注塑一次完成產(chǎn)品外觀的裝飾。汽車領(lǐng)域常用的是IMD（In-Mold Decoration）和INS（Film Insert Molding）工藝。

IMD：帶有外觀效果的IMD薄膜（圈材）被安裝在輸膜機(jī)上，而輸膜機(jī)則固定在注塑機(jī)上，在注塑開模時(shí)，讓薄膜輸進(jìn)模具中間，合模后注射膠料，讓薄膜貼覆在模具上的同時(shí)，與膠料成型。流程為薄膜輸送→薄膜定位，取模件→注塑成型→后處理，清理飛邊。

INS：將帶有外觀效果的INS薄膜預(yù)先吸塑/高壓成型，把多余的膜邊沖切，再把沖切好的薄膜殼片放置在注塑模具內(nèi)進(jìn)行注塑。流程為薄膜加熱→高壓空氣成型（或者吸塑成型）→刀模裁切→已成型薄膜殼片放入模腔→合模，注塑成型→開模，完成總成件。

這2種工藝生產(chǎn)出來的零件都是不需要經(jīng)過噴漆、水洗、活化等工序，薄膜直接在注塑過程中轉(zhuǎn)印到產(chǎn)品上，一次成型。生產(chǎn)過程和產(chǎn)品本身都沒有污染，塑料與薄膜下腳料可以回收再利用。IMD、INS薄膜本身就有很強(qiáng)的耐磨、耐刮擦、耐老化性，不需要再噴涂油漆即可達(dá)到汽車內(nèi)飾件的使用要求。

INS和IMD工藝產(chǎn)品經(jīng)過有毒物質(zhì)和氣味的測(cè)試，結(jié)果都滿足現(xiàn)行國(guó)標(biāo)《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》（GB/T27630—2011）。某產(chǎn)品使用IMD和INS工藝加工的測(cè)試結(jié)果（見表2）。

3.3 拉絲工藝

拉絲工藝是一種金屬加工工藝。在金屬壓力加工中，在外力作用下使金屬?gòu)?qiáng)行通過模具，金屬橫截面積被壓縮，并獲得所要求的橫截面積形狀和尺寸。表面的紋理呈直線狀，可以提高表面質(zhì)量，遮掩表面輕微劃痕。拉絲效果本身也是看起來非常高檔的圖案，此類產(chǎn)品有金拉絲、銀拉絲、雪花砂、噴砂表面，能將金、銀色等在其他板材類難以表現(xiàn)的重金屬感得以充分體現(xiàn)。金、銀乃富貴色，也是身份與地位的象征。金、銀拉絲飾面金屬板采用的主要金屬材質(zhì)可分為鋁、銅與不銹鋼三大類，以其原金屬形態(tài)的質(zhì)感、光澤與特性，加以霧面、鏡面、立體、浮雕和特殊的木皮金屬鏤空面等各種不同的表面處理。并且，拉絲還可以呈現(xiàn)3D立體效果，具有觸感，這是水轉(zhuǎn)印效果沒辦法達(dá)到的（如圖5所示）。

4 結(jié)論及展望

隨著人們對(duì)環(huán)境和健康的關(guān)注，傳統(tǒng)水轉(zhuǎn)印帶來的環(huán)保問題勢(shì)必越來越不被市場(chǎng)所接受。除導(dǎo)致環(huán)境問題之外，水轉(zhuǎn)印本身由于工序多，所以不良品率也非常高。此外，由于零件是被全部浸入水中，所以內(nèi)表面也會(huì)被轉(zhuǎn)印到，影響制品美觀。轉(zhuǎn)印過程中，非常容易出現(xiàn)花紋失真、變形等問題，因此不規(guī)則紋理木紋等適用范圍較高，但是規(guī)則紋理變形失真導(dǎo)致合格率低、成本上升。水轉(zhuǎn)印工藝雖然在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都還作為汽車內(nèi)飾紋理的主要工藝，但由于各種局限性，終將會(huì)逐步被其他環(huán)保型工藝所替代。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李曉娟.基于水轉(zhuǎn)印技術(shù)的汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)研究[D].株洲：湖南工業(yè)大學(xué)，2008.

[2]楊愛明.汽車造型設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性原則與未來汽車的發(fā)展[J].鄭州輕工學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（12）：69.

[3]鄒洋，張彥粉.水轉(zhuǎn)印原理及工藝流程[J].絲網(wǎng)印刷，2009（6）.

[4]谷曉杰.汽車內(nèi)飾件水轉(zhuǎn)印散發(fā)性能控制與改善[J].絲網(wǎng)印刷，2014（6）.

[5]沈宏玲，程志君.汽車內(nèi)飾件水轉(zhuǎn)印表面涂裝技術(shù)探討[J].涂料技術(shù)與文摘，2014（3）.

[6]趙曉萍，婁樂忠，云麗杰.噴漆作業(yè)對(duì)工人神經(jīng)行為的影響[J].中國(guó)衛(wèi)生工程學(xué)，2003（2）.

[7]張瑞軍，張敏.工業(yè)噴漆的環(huán)境污染研究[J].科技與創(chuàng)新，2014（22）.

[8]廖威.綠色環(huán)?！狪MD技術(shù)在汽車領(lǐng)域“大有可為”[J].技術(shù)新視野，2010（3）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]