無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用淺析

尹建偉

(上汽集團(tuán)股份有限公司乘用車(chē)分公司 中心實(shí)驗(yàn)室，上海 201804)

0 前言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)于乘用車(chē)內(nèi)飾的檔次要求越來(lái)越高,因此，油漆、水轉(zhuǎn)印、INS、IMD等表面保護(hù)形式越來(lái)越多的應(yīng)用在乘用車(chē)的內(nèi)飾裝飾條上。但是，這些表面保護(hù)形式的應(yīng)用同時(shí)也帶來(lái)了一些問(wèn)題。由于在生產(chǎn)的過(guò)程中，這些裝飾條都會(huì)或多或少使用一些溶劑，即使固化以后，仍會(huì)在高溫等環(huán)境中散發(fā)出有毒有害物質(zhì)。

隨著國(guó)家對(duì)于環(huán)保的重視，由環(huán)保部新修訂的GB/T 27630—2011《乘用車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》已經(jīng)于2017年1月1日正式實(shí)施。此次修訂將該標(biāo)準(zhǔn)變?yōu)閺?qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于車(chē)輛檢查和有害物的限制也更為嚴(yán)格。同時(shí)，顧客的環(huán)保意識(shí)也是越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)于車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的要求越來(lái)越高。另外，也會(huì)有一些第三方的機(jī)構(gòu)，抽檢在售汽車(chē)，并對(duì)車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行一些具體的測(cè)試和評(píng)價(jià)[1]。這就對(duì)于整車(chē)和零部件提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。

本文討論了在保證水轉(zhuǎn)印零件的外觀和性能前提下，如何降低其對(duì)于車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的有害影響。

1 水轉(zhuǎn)印零件的材料和工藝過(guò)程

所謂水轉(zhuǎn)印也稱(chēng)為水批覆轉(zhuǎn)印，是指對(duì)物體的全部表面進(jìn)行裝飾，將零件的本來(lái)面目遮蓋，能夠?qū)φ麄€(gè)物體表面(立體)進(jìn)行圖案印刷[2]。水轉(zhuǎn)印可以實(shí)現(xiàn)不同材料表面的裝飾，根據(jù)要轉(zhuǎn)印零件材料的不同，水轉(zhuǎn)印的實(shí)現(xiàn)工藝也會(huì)略有不同。本文對(duì)水轉(zhuǎn)印實(shí)現(xiàn)需要用到的材料和工藝過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

1.1 無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印零件的材料

1.1.1 基材

水轉(zhuǎn)印的基材主要分為以下兩種。

(1) 需要涂層的材料。玻璃、金屬、陶瓷等非吸收性材料, 以及聚乙烯、聚丙烯等非極性材料都需要先涂布專(zhuān)用涂層,才能進(jìn)行水轉(zhuǎn)印。涂層是一些對(duì)轉(zhuǎn)印材料有良好附著力的油漆，可以用網(wǎng)印、噴涂、滾涂的方式加工。從印刷角度來(lái)講，涂層技術(shù)解決了對(duì)許多無(wú)法印刷的材料進(jìn)行表面裝飾的難題?，F(xiàn)在流行的很多轉(zhuǎn)印工藝，如熱升華轉(zhuǎn)印、熱熔轉(zhuǎn)印、陶瓷貼花轉(zhuǎn)印、感壓轉(zhuǎn)印等，都需要在承印材料表面先進(jìn)行涂布處理。

(2) 容易轉(zhuǎn)印的材料。塑料中有些材料的印刷性能良好，如聚苯乙烯(PS)、 ABS、有機(jī)玻璃、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)等材質(zhì)，無(wú)須涂層就可以轉(zhuǎn)印，轉(zhuǎn)印原理與印刷原理相似。

汽車(chē)內(nèi)飾中通常使用水轉(zhuǎn)印技術(shù)的是儀表板、中控臺(tái)和門(mén)板上的裝飾條，而這些裝飾條的基材大部分是塑料合金ABS和PC/ABS，它們都屬于容易轉(zhuǎn)印的塑料材料。

1.1.2 薄膜

水轉(zhuǎn)印薄膜一般是用凹版印刷機(jī),采用傳統(tǒng)印刷工藝，在水溶性聚乙烯醇薄膜表面印刷而成。水轉(zhuǎn)印膜的基材伸縮率非常高，很容易緊密地貼附于物體表面，這也是它適合在整個(gè)物體表面進(jìn)行轉(zhuǎn)印的主要原因。但伸縮性大的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，即在印刷和轉(zhuǎn)印過(guò)程中，薄膜表面的圖文容易變形；其次是轉(zhuǎn)印過(guò)程若處理不好，薄膜有可能破裂。為了避免這個(gè)缺點(diǎn)，經(jīng)常把水轉(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。和傳統(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。

1.1.3 活化劑

活化劑是一種有機(jī)混合溶劑，能夠迅速溶解并破壞聚乙烯醇薄膜，但不會(huì)損壞圖文印刷層。活化劑作用于圖文印刷層后能夠使其活化并與聚乙烯醇薄膜分離，從而吸附在承印物表面，實(shí)現(xiàn)水轉(zhuǎn)印披覆。

1.1.4 油漆

傳統(tǒng)的汽車(chē)用水轉(zhuǎn)印零件的生產(chǎn)過(guò)程中，一般要用到兩層油漆。第一層油漆是在水轉(zhuǎn)印基材和油墨之間，一般是為了是提供花紋的底色。第二層油漆是在水轉(zhuǎn)印后的零件上。因水披覆膜印刷層硬度低而容易劃傷，所以實(shí)現(xiàn)水披覆轉(zhuǎn)印后的零件必須噴涂透明涂料加以保護(hù)，從而進(jìn)一步提高裝飾效果。利用PV透明光油或UV光固化透明光油涂裝，能形成啞光或鏡面的效果[3]。

1.2 無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印零件的工藝流程

傳統(tǒng)的汽車(chē)水轉(zhuǎn)印零件的工藝流程主要包含以下步驟，工藝流程如圖1所示。

圖1工藝流程

(1) 噴底漆。若要轉(zhuǎn)印不同的圖案，必須使用不同的底色，如木紋基本使用棕色、咖啡色、土黃色等，石紋基本使用白色等。

(2) 膜的延展。讓水轉(zhuǎn)印膜在水面上平放，并待膜伸展平整。

(3) 活化。以活化劑使轉(zhuǎn)印膜的圖案活化成油墨狀態(tài)；將水披覆轉(zhuǎn)印薄膜平鋪于轉(zhuǎn)印水槽水面上，圖文層朝上，保持水槽中的水清潔，且基本處于中性狀態(tài)，用活化劑在圖文表面均勻地噴涂，使圖文層活化，易于與載體薄膜分離?；罨瘎┦且环N以芳香烴為主的有機(jī)混合溶劑，能夠迅速溶解并破壞聚乙烯醇，但不會(huì)損壞圖文層，使圖文處于游離狀態(tài)[4]。

(4) 轉(zhuǎn)印。利用水壓將經(jīng)活化后的圖案印于被印物上；將需要水轉(zhuǎn)印的物品，沿其輪廓逐漸貼近水轉(zhuǎn)印薄膜，圖文層會(huì)在水壓的作用下慢慢轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品表面，由于油墨層與承印材料或者特殊涂層固有的黏附作用而產(chǎn)生附著力。轉(zhuǎn)印過(guò)程中，承印物與水披覆膜的貼合速度要保持均勻，避免薄膜皺褶而使圖文不美觀。原則上講，應(yīng)保證圖文適當(dāng)?shù)睦?，盡量避免重疊，特別是結(jié)合處，重疊過(guò)多，會(huì)給人以雜亂的感覺(jué)。越是復(fù)雜的產(chǎn)品對(duì)操作的要求越高。

水溫是影響轉(zhuǎn)印質(zhì)量的重要參數(shù)，水溫過(guò)低，可能會(huì)使基材薄膜的溶解性下降；水溫過(guò)高又容易對(duì)圖文造成損害，引起圖文變形。轉(zhuǎn)印水槽可以采用自動(dòng)溫度控制裝置，將水溫控制在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。對(duì)于形狀比較簡(jiǎn)單、統(tǒng)一的大批量工件，也可用專(zhuān)用的水轉(zhuǎn)印設(shè)備代替手工操作，如圓柱體工件，可以將其固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，在薄膜表面轉(zhuǎn)動(dòng)而使圖文層發(fā)生轉(zhuǎn)印。轉(zhuǎn)印披覆圖文后還要進(jìn)行以下幾步處理。

(5) 沖淋。將被印零件表面殘留的雜質(zhì)用水洗凈，汽車(chē)行業(yè)一般選用純凈水進(jìn)行沖淋；將工件從水槽中取出，除去殘留的薄膜，再用清水洗去沒(méi)有固著在產(chǎn)品表面的浮層。注意水壓不能太大，否則容易對(duì)轉(zhuǎn)印的圖文造成破壞。

(6) 烘干。將被印零件烘干，溫度要視素材的素性與熔點(diǎn)而定，一般ABS和PC/ABS為80 ℃左右。

(7) 噴面漆。噴上透明保護(hù)漆保護(hù)被印零件表面，一般厚度為25～30 μm；為增強(qiáng)圖文層對(duì)環(huán)境的抵抗性，要在表面進(jìn)行噴漆處理。噴漆可以用溶劑型光油，噴完后進(jìn)行自然干燥或加熱干燥；也可用UV光油，采用紫外線固化干燥。相比之下，UV固化更適應(yīng)環(huán)保要求。溶劑型的光油需與配套硬化劑混合使用，如東莞長(zhǎng)安通用器材行銷(xiāo)售的水轉(zhuǎn)印噴涂光油，是一種以聚氨酯樹(shù)脂為連結(jié)料的光油，要配合PU硬化劑使用；涂層的厚度可通過(guò)添加適量的稀釋劑、改善光油的黏度來(lái)控制。

(8) 烘干。將噴完面漆的零件表面干燥，烘干溫度ABS和PC/ABS一般為80 ℃左右。

2 無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印零件的性能

因?yàn)榭紤]基材和漆層的附著力，傳統(tǒng)汽車(chē)用水轉(zhuǎn)印零件有時(shí)會(huì)噴一層介質(zhì)，然后為了外觀效果，噴一層色漆，所以一般由4層或者5層構(gòu)成，如圖2所示。而無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印技術(shù)僅僅由3層構(gòu)成，如圖3所示。

圖2 傳統(tǒng)水轉(zhuǎn)印

2.1 外觀

無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印和傳統(tǒng)水轉(zhuǎn)印相比，對(duì)于注塑的要求更高，同時(shí)由于顏色是通過(guò)添加色母來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以金屬效果的基材成型時(shí)表面易產(chǎn)生流痕、結(jié)合線的缺陷。在上汽某A車(chē)型的基材為PC/ABS的IP飾條的無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，在模具設(shè)計(jì)階段就考慮到以后工藝問(wèn)題。通過(guò)增加澆口和熱嘴數(shù)量(從3個(gè)熱嘴增加到5個(gè))的同時(shí)增加順序進(jìn)膠和相應(yīng)的設(shè)備(時(shí)間控制器)，通過(guò)順序開(kāi)放澆口的方式來(lái)去除熔接線和減少其他外觀分線。同時(shí)，注意注塑工藝的模溫調(diào)節(jié)，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的外觀效果。

圖3 無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印

2.2 表面保護(hù)性能

在上汽A車(chē)型的IP飾條的無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印技術(shù)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，依據(jù)水轉(zhuǎn)印表面保護(hù)性能對(duì)其進(jìn)行材料認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：240 h冷凝水存放實(shí)驗(yàn)，168 h表面出現(xiàn)氣泡，實(shí)驗(yàn)完成后放置30 min氣泡未消失。零件如圖4所示，其中氣泡位于圖4中橢圓中，實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)為結(jié)果不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖4 A車(chē)型的IP飾條240 h冷凝水后

由于底漆的取消會(huì)導(dǎo)致清漆的附著力下降，而表征附著力的參數(shù)是達(dá)因值，通過(guò)達(dá)因比的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)零件表面的附著力不夠。通過(guò)改變螺桿組合, 提高注塑時(shí)模溫和調(diào)整材料配方等手段來(lái)提高注塑基材表面的附著力。同時(shí)，主要影響附著力的雜質(zhì)是轉(zhuǎn)印薄膜的承載介質(zhì)PVA在轉(zhuǎn)印和后道工藝沒(méi)有清除干凈。對(duì)于上汽A車(chē)型的供應(yīng)商的轉(zhuǎn)印線，轉(zhuǎn)印后采用三段式?jīng)_淋來(lái)去除雜質(zhì)：第一段為循環(huán)水；第二段為純水；第三段為蒸餾水。在后續(xù)工藝調(diào)整過(guò)程中，可以調(diào)整和控制沖淋的時(shí)間來(lái)提高表面的潔凈度。通過(guò)上述措施，上汽A車(chē)型的IP飾條通過(guò)了實(shí)驗(yàn)要求的冷凝、水解等相關(guān)性能實(shí)驗(yàn)。

2.3 散發(fā)性能

總碳測(cè)試是表征零件的散發(fā)性能的一個(gè)指標(biāo)。上汽對(duì)于內(nèi)飾水轉(zhuǎn)印零件的要求是總碳≤80 μgC/g。但是傳統(tǒng)方式生產(chǎn)出來(lái)的水轉(zhuǎn)印零件的總碳值極易超標(biāo)，且超標(biāo)根本原因不清楚，整改措施基本是烘烤或者常溫存放，在量產(chǎn)過(guò)程中很難控制。針對(duì)該問(wèn)題，進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的研究。

分別測(cè)試了上汽B車(chē)型的IP飾條不同階段，依次為原始基材、噴底漆后零件、水轉(zhuǎn)印后零件和噴面漆后的零件的總碳，其結(jié)果如圖5所示。

圖5 水轉(zhuǎn)印生產(chǎn)過(guò)程總碳變化

從圖5中可以看出：

(1) 水轉(zhuǎn)印件總碳超標(biāo)的主要原因是底漆噴涂工藝；

(2) 烘烤工藝可有效控制水轉(zhuǎn)印工藝和面漆工藝不增加總碳。

取消底漆之后，測(cè)試了上汽A車(chē)型的無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印的總碳為32.6 μgC/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于總碳標(biāo)準(zhǔn)要求的≤80 μgC/g。相比傳統(tǒng)工藝總碳200 μgC/g左右，有了非常明顯的降低。高溫氣味3.5級(jí)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求的≤3.5級(jí)。

3 無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益分析

上汽A車(chē)型使用無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印的相關(guān)成本核算如表1所示。其中：產(chǎn)品為飾條；質(zhì)量為0.022 kg；面積為0.01 m2，年產(chǎn)量為10萬(wàn)臺(tái)。從表1中可以看出，無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印技術(shù)在IP飾條上的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了總成本減低，生產(chǎn)效率提升。同時(shí)更為綠色環(huán)保，降低了環(huán)境污染，且對(duì)工人身體影響更小。缺點(diǎn)：顏色和花紋的設(shè)計(jì)存在一定的局限性。因?yàn)檗D(zhuǎn)印膜是半透明的，素材無(wú)法做出的顏色花紋，必須用底漆。例如銀色花紋必須噴涂底漆，白色花紋一般也需要噴涂底漆。

表1 上汽A車(chē)型使用無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印的相關(guān)成本核算

4 結(jié)論

無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印技術(shù)在上汽A車(chē)型IP飾條上的成功應(yīng)用，在保證零件外觀和表面保護(hù)性能的前提下，實(shí)現(xiàn)了零件散發(fā)性能的優(yōu)化。傳統(tǒng)水轉(zhuǎn)印零件的總碳在200 μgC/g左右，而無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印零件只有32.6 μgC/g，由此可以看出，無(wú)底漆水轉(zhuǎn)印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)飾條零件總碳的明顯降低。同時(shí)，由于工藝的簡(jiǎn)化，使得零件生產(chǎn)的物料成本下降，同時(shí)生產(chǎn)效率提升，最終實(shí)現(xiàn)了零件系統(tǒng)成本的下降。

致謝

感謝上海汽車(chē)乘用車(chē)分公司中心實(shí)驗(yàn)室的徐睿和王曉文對(duì)于測(cè)試數(shù)據(jù)的支持。