車燈塑料件真空鍍鋁缺陷分析與對策

陶永亮

（重慶川儀工程塑料有限公司，重慶 400712）

車燈是汽車必不可缺的組成部分，可喻為汽車的“眼睛”，有照明和裝飾兩種功能[1]。目前汽車燈具已向全塑料化發(fā)展[2-3]，車燈塑料件表面采用真空鍍鋁膜作為反射鏡面。鍍鋁是一項特殊工序，在整個加工過程中會產(chǎn)生較多的缺陷，產(chǎn)品合格率比較低。為解決鍍鋁缺陷，人們一直在積極努力。一方面通過改進(jìn)注塑、鍍鋁等工藝，另一方面通過燈具優(yōu)化設(shè)計，盡量回避缺陷或限用鍍鋁件，以減少鍍鋁件的報廢。本文主要介紹車燈塑件鍍鋁缺陷分析與對策，供同行參考。

1 汽車燈具鍍鋁基本概況

1. 1 汽車燈具的基本情況

汽車燈具主要分為前燈、霧燈、尾燈及其他裝飾燈。前燈在環(huán)境亮度低時起到道路照明和車輛示寬作用，其鍍鋁零件主要是反射鏡及反射視圈和裝飾視圈。霧燈需在雨、霧、雪等能見度低的天氣狀況下打開，對前后車輛起警示作用，其鍍鋁零件主要是反射鏡；汽車尾燈包括轉(zhuǎn)向燈、剎車燈、后霧燈、倒車燈等，起到告誡后面行車信號的作用，其鍍鋁零件主要是燈體。另外還有各種燈內(nèi)裝飾件會鍍鋁。上世紀(jì)80年代，受能源危機(jī)的影響，以日本為代表的經(jīng)濟(jì)型轎車車燈在設(shè)計上取得巨大的成功，提出燈具注塑的制造工藝，大大降低了手工制作成本。真空鍍膜技術(shù)在全塑料化燈具上得到了全面應(yīng)用，并積累了大量的經(jīng)驗。

1. 2 鍍鋁的基本情況

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)沉積在塑料表面而形成一層金屬薄膜，是塑料表面金屬化最有效的方法之一[4-5]。目前，車燈塑料零件鍍鋁膜主要采用有底鍍和無底鍍兩種加工方式。有底鍍針對聚烯烴或非極性聚合物，由于其表面自由能小，表面濕張力較低，與鍍鋁層之間結(jié)合力很差，因此采用預(yù)涂底漆后鍍鋁的方式來改善鍍層與基材之間的結(jié)合力，具有鏡面效果，可遮蓋基材上的缺陷。無底鍍則采用聚酯類極性高分子聚合物作為基材，由于其表面自由能較高，與鍍鋁層的結(jié)合力很好，因此可在基材上直接鍍鋁后再鍍保護(hù)膜。兩種鍍鋁方式中工序都比較多，對最終鍍鋁質(zhì)量有不同的影響。

1. 3 鍍鋁產(chǎn)品檢測情況

目前鍍鋁產(chǎn)品常規(guī)檢測有3項，無論在生產(chǎn)現(xiàn)場還是進(jìn)貨檢測，基本上能滿足鍍鋁品控要求。

1. 3. 1 附著力測試

用于考察鍍膜與被鍍表面之間通過物理或者化學(xué)的反應(yīng)作用在一起的牢固程度。用百格刀在測試樣本表面劃10 × 10(即100個)的1 mm × 1 mm的小方格，每一條劃線深及油漆的底層；用3M膠紙或等同效力的膠紙牢牢粘住被測試的小網(wǎng)格后用力撕開，根據(jù)膠紙上的粘附情況來評定附著力。

1. 3. 2 高溫測試

這是為鍍鋁件能適應(yīng)燈內(nèi)高溫環(huán)境所要求的，試驗在高低溫試驗箱中進(jìn)行，以檢測噴涂底漆是否已達(dá)到烘干要求。每種材料的加熱溫度不同，但時間至少為1 h。

1. 3. 3 滴定測試

主要用于測試保護(hù)膜對鍍鋁的保護(hù)效果，試驗采用1%苛性鈉水溶液在常溫下浸泡或滴定 10 min以上， 不露底為合格。該測試能判定真空鍍鋁膜層之間的結(jié)合力，以及底漆和保護(hù)膜的性能與品質(zhì)。

2 鍍鋁件缺陷分析

鍍鋁缺陷分析是一項綜合性評定工作。汽車燈具零件以注塑件為主，除了鍍鋁自身的缺陷外，還要關(guān)注注塑件缺陷、包裝運(yùn)輸、產(chǎn)品測試報廢等方面。

2. 1 注塑毛坯件缺陷

燈具鍍鋁件加工從注塑件制作開始。注塑和鍍鋁一樣都是特殊的工序，產(chǎn)品加工中受到溫度、壓力、速度、時間、環(huán)境等因素的制約，毛坯件可能有銀絲、熔接痕、霧斑(氣斑)、收縮、劃傷、手印、油點、口水，以及因產(chǎn)品存放吸濕、模具粗糙等引起的各種缺陷，其中有些缺陷在鍍鋁中有無法消除，有時甚至因非鍍鋁面上的缺陷無法滿足裝配要求而導(dǎo)致鍍鋁件報廢。造成缺陷的原因有很多，如注塑設(shè)備、模具、注塑工藝波動等，也有環(huán)境因素和人為因素。表1列出了注塑主要缺陷對鍍鋁的影響。

表1 注塑缺陷對真空鍍鋁的影響Table 1 Effects of various injection defects on vacuum aluminizing

2. 2 鍍鋁工序缺陷

有底涂鍍鋁有噴漆工序缺陷和鍍鋁工序缺陷兩部分，無底涂鍍鋁只有鍍鋁工序缺陷。由于工序較多，產(chǎn)生缺陷的風(fēng)險還是很大的。

2. 2. 1 噴漆工序缺陷

噴漆是有底涂鍍鋁前的重要工序，事關(guān)鍍鋁質(zhì)量。工作環(huán)境(含干燥設(shè)備)無塵，能減少涂覆表面粘附顆粒和灰塵纖維。噴漆工序由噴漆和固化兩部分組成。目前噴漆以人工操作為主，噴手的操作技術(shù)很重要，流淌和噴漆不均勻往往會導(dǎo)致鍍鋁產(chǎn)品報廢。固化方式有熱固化和紫外光(UV)固化。噴漆和固化過程中的缺陷有噴漆不均、噴漆未到位、流淌、油點、顆粒、異物、固化不透等。這些缺陷的產(chǎn)生與每個工序操作(動作)都有一定的關(guān)系。

噴漆不均、噴漆未到位屬于手工噴漆中沒有控制好的情況，特別是對有遮擋的部位噴漆(有限噴)時，由于不易掌控，因此最容易出現(xiàn)這些情況。

流淌與噴漆噴多了有較大的關(guān)系，還有就是流平過程中擺放不平，使油漆向一個方向流動較多。

油點多數(shù)是在注塑過程中帶進(jìn)了較多的油。模具上一般不能有油類物質(zhì)，因油類物質(zhì)會浸入產(chǎn)品中而影響鍍鋁效果。若模具潤滑做得較差，則可明顯看出鍍鋁件有麻點。模具一般采用耐高溫潤滑油。發(fā)現(xiàn)油點多時，應(yīng)以汽油或酒精清洗，晾干后再噴漆。

顆粒、異物多數(shù)與工作環(huán)境有關(guān)，鍍鋁現(xiàn)場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)試時要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[6]。潔凈室要放除濕機(jī)，夏天安裝空調(diào)，潔凈室濕度要控制在75%以下。好的環(huán)境對噴漆、鍍鋁都有好處。

噴漆件要有足夠的干燥溫度和時間。若干燥不好，耐高溫試驗會有鍍鋁面發(fā)霧或起皺紋等現(xiàn)象；而固化不透就是油漆沒有干透的缺陷，鍍鋁件在高溫試驗后會發(fā)彩。熱固化一般用自制烘箱(位于噴漆室與鍍鋁室之間)，毛坯從噴漆室放入，固化后從鍍鋁室取出，從而減少搬運(yùn)環(huán)節(jié)的損失。烘箱各個位置的溫差控制在5 ℃以內(nèi)，溫差大容易有固化不透或因局部溫度過高而導(dǎo)致塑件變形。UV固化靠光能固化油漆，光能大小對固化油漆起著重要作用，可以用光能儀測定，如圖1所示。

圖1 熱固化烘箱和UV固化設(shè)備照片F(xiàn)igure 1 Photos of heat curing oven and UV curing equipment

2. 2. 2 鍍鋁工序缺陷

鍍鋁工藝流程為：預(yù)真空→離子清洗→鍍鋁→離子轟擊→鍍保護(hù)膜→放氣。其中，鍍保護(hù)膜是主要環(huán)節(jié)，最重要的是鍍保護(hù)膜時間的設(shè)置。鍍膜時間長了，鍍膜表面易發(fā)彩；時間短了，鍍膜表面鍍層很薄，影響使用效果。鍍鋁件的常見缺陷如圖2所示。

圖2 部分典型缺陷的照片F(xiàn)igure 2 Photos of some typical defects

2. 2. 2. 1 炸鋁

鋁絲純度不夠，含有雜質(zhì)過多，導(dǎo)電導(dǎo)熱不好，就會產(chǎn)生炸鋁，這與鋁絲品質(zhì)較差，或鋁絲存放不當(dāng)而發(fā)生氧化有關(guān)。還有就是操作上蒸發(fā)電流的控制不好，電流上得太快，或有鎢絲接觸不良，預(yù)熔、蒸發(fā)階段的工藝時間設(shè)置不當(dāng)[7]。

2. 2. 2. 2 發(fā)黃

真空鍍鋁時發(fā)現(xiàn)的鋁層發(fā)黃有幾種原因[8]：

(1) 真空度低。解決方法是清潔真空室內(nèi)的送鋁、蒸鍍、冷卻、放卷等裝置，檢查真空系統(tǒng)，降低環(huán)境濕度。

(2) 薄膜釋放氣體。解決方法是薄膜預(yù)干燥，延長抽真空時間。

(3) 噴鋁過多。

(4) 蒸發(fā)舟內(nèi)有雜質(zhì)。

2. 2. 2. 3 發(fā)黑

遇到發(fā)黑首先是看鍍的鋁層是否夠厚。如肯定夠厚，就是材料的電暈值不夠，根本不能上鋁。材料鍍鋁面有油也可能會發(fā)黑。

2. 2. 2. 4 白點

有可能是講話時留下的口水印痕，也有可能是因為鍍鋁的蒸發(fā)溫度過高或過低，蒸發(fā)器表面溫度不穩(wěn)定而在鍍鋁膜表面留下小的顆粒(對著燈光觀察時明顯)。另外，蒸發(fā)太快而出現(xiàn)的濺點也呈白色。

2. 2. 2. 5 發(fā)彩

除鍍膜流量控制不好會導(dǎo)致鍍膜發(fā)彩外，高溫試驗后出現(xiàn)的發(fā)彩分兩種情況：噴漆后鍍鋁是因油漆固化不透而發(fā)彩，無底涂鍍鋁是材料遇到高溫后應(yīng)力釋放而發(fā)彩。個別基材中如有揮發(fā)性雜質(zhì)，其高溫下的釋放也會使鍍鋁膜發(fā)彩[9]。

2. 2. 2. 6 發(fā)霧

一般注塑件出模后在1 h內(nèi)鍍鋁是最好的。發(fā)霧是毛坯有吸濕的反映，與生產(chǎn)和保存環(huán)境有關(guān)。對于輕微發(fā)霧，將毛坯件置于烘箱中(根據(jù)材料來設(shè)定溫度)烘烤30 min以上就能消除。注意：注塑和鍍鋁環(huán)境也要保持一定的濕度。

2. 2. 2. 7 手印

毛坯件上的手印在鍍鋁后無法去除，應(yīng)在鍍鋁前用絨布輕輕擦除。鍍鋁后的手印則是沒有戴皮質(zhì)手套操作的結(jié)果。

2. 2. 2. 8 附著力不佳

附著力是鍍鋁檢測的關(guān)鍵項目，有專門的標(biāo)準(zhǔn)衡量[10]。附著力不佳與基材表面張力、基材表面清潔度和鍍鋁工藝設(shè)置有關(guān)，真空度不好也會導(dǎo)致鍍膜附著力不合格。隨著蒸鍍時間的延長，蒸發(fā)的鋁粒子越多，鍍鋁機(jī)里溫度逐漸上升，基體受到蒸發(fā)粒子的不斷轟擊，有利于鋁原子在基體表面的擴(kuò)散，從而提高鍍層的附著力[11]。

2. 2. 2. 9 擦傷(含劃傷)

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

2. 2. 2. 10 鋁層不均

表現(xiàn)在零件對著燈光時，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)舟的蒸鍍能力不一致，局部真空受影響，蒸發(fā)舟的安裝不到位，或鋁絲蒸發(fā)不均勻。

2. 2. 3 包裝與運(yùn)輸缺陷

鍍鋁件表面很嬌氣，極容易被劃傷或碰傷，其包裝應(yīng)對鍍鋁件起有效的防護(hù)作用。目前包裝的缺陷以貼身包裝物對鍍鋁面損傷居多，這與包裝材料柔軟程度和包裝方式有關(guān)。如果貼身包裝物與鍍鋁面之間有滑動空間，那么表面的劃傷會較多。裝箱時還應(yīng)避免產(chǎn)品之間摩擦碰傷。采用兩層塑料袋包裝，內(nèi)層一定要薄(一般為0.005 mm厚)而柔軟，并且緊貼塑件，絕對不能有滑動空間，最好采用貼膜，外層用泡泡塑料口袋包裝，每層之間用紙板隔開，以減少互相碰傷的概率。

將毛坯件送到鍍鋁現(xiàn)場，再將鍍鋁件送到裝配現(xiàn)場，往往由汽車運(yùn)輸，哪怕是在同一個場地，都離不開包裝和運(yùn)輸?shù)沫h(huán)節(jié)。一般應(yīng)該通過路試方式對包裝物及包裝形式進(jìn)行確認(rèn)。所謂路試，就是將包裝物以包裝形式按照運(yùn)輸?shù)姆绞椒旁谄嚿?，汽車?jīng)過顛簸等各種路況實驗后，檢查鍍鋁件的情況。運(yùn)輸主要會產(chǎn)生劃傷、擦傷和碰傷。

2. 2. 4 試驗件報廢

鍍鋁質(zhì)量好壞除了靠目測外，還要通過實驗方法測試。1.3節(jié)所述的3種方法能夠滿足鍍鋁件基本性能的測試要求，可供生產(chǎn)現(xiàn)場品控和用戶驗收時使用。

生產(chǎn)現(xiàn)場第一次完成的鍍鋁件必須進(jìn)行測試，一般取3 ～ 5件，選不同轉(zhuǎn)架上的上、中、下不同位置的鍍鋁件作為樣件，做好記號?？紤]到成本問題，可以先做百格試驗，再做滴定試驗，最后做高溫試驗，幾件同時做，認(rèn)真觀察，有疑點及時查處。為了控制好工藝，原則上一爐做同樣的產(chǎn)品。在正常生產(chǎn)中同樣要隔2 ～ 3 h做一次檢測。如果遇到異常情況，那么每一次出爐都要進(jìn)行測試。高溫試驗每次只測試相同的樣品(或相同材料的樣品)，原則上每次鍍鋁只允許相同的產(chǎn)品(或相同鍍鋁鍍膜工藝的產(chǎn)品)入爐，以減少因樣品不同而造成的報廢。

鍍鋁件送到用戶處也需要測試，一般抽樣進(jìn)行，從各個包裝箱里取出若干件進(jìn)行3種試驗。用戶的要求很嚴(yán)格，如有異常，可以拒收，退回供應(yīng)商處理。試驗件報廢數(shù)量也是比較大的，有時試驗出現(xiàn)問題也會導(dǎo)致小批量產(chǎn)品的報廢。

3 結(jié)語

燈具鍍鋁缺陷是多種復(fù)雜因素的綜合體現(xiàn)，涉及到毛坯注塑、噴漆固化、鍍鋁鍍膜、包裝運(yùn)輸和性能測試各個環(huán)節(jié)，還包括加工環(huán)境的影響。鍍鋁全工序報廢率是比較大的，一般企業(yè)都在25% ～ 35%之間，如對產(chǎn)品表面有特殊要求，報廢率甚至有50%以上的情況。報廢的鍍鋁產(chǎn)品一般不能繼續(xù)使用，因此對資源的浪費較大。

解決燈具鍍鋁缺陷的途徑，除了從改進(jìn)注塑、鍍鋁工藝上努力，還要對燈具設(shè)計作優(yōu)化。好的燈具不是做出來的，而是設(shè)計出來的。設(shè)計人員提出的鍍鋁質(zhì)量要求往往很高，檢驗員不敢懈怠地執(zhí)行，這樣就容易將有缺陷但仍能夠使用的鍍鋁件作為不合格品處理。設(shè)計人員通過有效回避容易導(dǎo)致缺陷的設(shè)計和限用、少用鍍鋁件，設(shè)法對出現(xiàn)注塑或鍍鋁缺陷的地方加以遮蓋，能減少很多報廢。例如，利用燈具上配光鏡的顏色和裝飾條紋等遮蓋鍍鋁缺陷。配光鏡紅色就能遮蓋鍍鋁件發(fā)黃、均勻發(fā)霧缺陷；采用條紋(波紋)或回復(fù)器齒型能遮蓋鍍鋁件上輕微的白點、熔接痕、銀絲和收縮，甚至是微小的黑點等缺陷。通過有效地回避缺陷以及限用或少用鍍鋁件，減少鍍鋁報廢，降低生產(chǎn)成本，是企業(yè)所追求的目標(biāo)。