透光表皮在汽車(chē)裝飾件上的應(yīng)用研究

殷佩 賈炳乾

（1.同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，上海200092；2.江蘇新泉汽車(chē)飾件股份有限公司，常州213000）

0 引言

隨著“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施，國(guó)家大力支持新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。新能源汽車(chē)面向的用戶(hù)群體大多是年輕人，年輕群體更追求充滿(mǎn)流線(xiàn)感、科技感、個(gè)性時(shí)尚又現(xiàn)代簡(jiǎn)約的汽車(chē)設(shè)計(jì)風(fēng)格。在內(nèi)飾材質(zhì)上，年輕群體更偏向皮革類(lèi)材質(zhì)，對(duì)娛樂(lè)系統(tǒng)和內(nèi)飾舒適度要求較高[1]。為了滿(mǎn)足消費(fèi)者日益提升的需求，汽車(chē)座艙系統(tǒng)朝著智能化、個(gè)性化方向發(fā)展。儀表板裝飾件是儀表板系統(tǒng)的重要組成部分，其裝飾效果直接影響到整個(gè)座艙系統(tǒng)的形象，也是整個(gè)座艙系統(tǒng)智能化和個(gè)性化的體[2-3]。

目前儀表板裝飾件主要工藝有注塑、噴漆、電鍍、模內(nèi)轉(zhuǎn)?。‵ilm Insert Molding, INS）、包覆，其表面效果主要有注塑皮紋、高亮效果、磨砂效果、仿木紋或花紋、表皮自帶紋理。觸感一般分為硬觸感和軟觸感2種。注塑裝飾件一般用在低端車(chē)上，噴漆、電鍍、INS工藝可以美化硬塑零件外觀，提升裝飾件觸感，改善裝飾件裝飾效果，提升整車(chē)座艙系統(tǒng)的品質(zhì)和豪華感，但是成本比硬塑件高，且不能實(shí)現(xiàn)軟觸感。包覆是指在零件表面包裹一層軟質(zhì)材料，例如織物、人造皮革和真皮，用以提升零件的表面觸感，主要用在中高檔汽車(chē)上[4-6]。

近年來(lái)，氛圍燈和導(dǎo)光條在汽車(chē)座艙中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，幾乎成為了智能化座艙系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置。但是氛圍燈和導(dǎo)光條只能提供顏色變化，其功能比較單一，一般布置在零件周?chē)?，其布置方式較死板。最新的內(nèi)飾氛圍燈和裝飾件的結(jié)合研究中，智能表面具有較強(qiáng)的科技感和智能感，目前的智能表面主要有3種[7-9]。

（1）將傳統(tǒng)模內(nèi)裝飾技術(shù)與膜內(nèi)電子技術(shù)（In-Mold Electronics，IME）相結(jié)合，在傳統(tǒng)裝飾件上實(shí)現(xiàn)智能表面的設(shè)想[10]，這種方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)軟質(zhì)觸感。

（2）將石墨烯柔性光源和透光皮革集成，制成帶柔性光源的復(fù)合表皮，然后通過(guò)包覆工藝集成在零件表面[3-4]，這種方式成本較高，且光源無(wú)法維修或替換。

（3）將發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）光源、透明骨架、遮光部件和透光織物包覆集成，實(shí)現(xiàn)裝飾和透光的雙重效果[5,11]，這種方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)皮革的外觀和觸摸效果。

如何在傳統(tǒng)材料的基礎(chǔ)上，解決目前智能表面存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)透光皮革包覆件和LED 光源的集成，并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，是汽車(chē)儀表板裝飾件的一個(gè)重要研究方向。本文通過(guò)方案對(duì)比和驗(yàn)證，將透光包覆飾板和智能燈光系統(tǒng)進(jìn)行集成，使包覆飾板同時(shí)具有皮革的外觀、觸感和透光性能，提升包覆飾板的裝飾性。由于使用成熟的手工包覆工藝和LED 面光源技術(shù)，集成后的裝飾件成本相對(duì)較低，光源損壞后可只更換光源，售后維修性強(qiáng)，維修成本低。

1 包覆工藝與設(shè)備

包覆工藝是將真皮、人造皮革或者織物軟質(zhì)材料包裹在注塑骨架上，使整體造型美觀、觸摸手感舒適。為了使裝飾件的觸感更加柔軟，在包覆過(guò)程中還會(huì)使用帶背泡的表皮或者在表皮和骨架之間增加海綿層、三維間隔織物（3D Mesh 層）軟質(zhì)材料。包覆工藝流程一般包括裁片、縫紉、噴膠、烘干、對(duì)線(xiàn)、貼覆、活化和包邊。

包覆工藝包含多個(gè)工序，工藝復(fù)雜，需要借助相應(yīng)的工藝設(shè)備，常用設(shè)備有裁切設(shè)備、縫紉機(jī)噴膠設(shè)備、烘干設(shè)備、對(duì)線(xiàn)工裝和活化工裝。

2 透光表皮研究現(xiàn)狀

2.1 透光表皮

透光表皮是在傳統(tǒng)人造皮革的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)節(jié)添加劑的成分和含量，或者通過(guò)調(diào)整介質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)降低光散射的方式進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。透光表皮和傳統(tǒng)意義上的透光材料不一樣，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)只屬于半透光材料。在沒(méi)有燈光的情況下，透光表皮和不同人造皮革外觀和觸摸手感一樣，但是在光源照射下，透光表皮可以呈現(xiàn)出設(shè)定特定圖案或者標(biāo)識(shí)。透光表皮如圖1 所示。

圖1 透光表皮

常見(jiàn)的透光表皮有聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）透光表皮、聚氨酯（Polyurethane，PU）透光表皮和熱塑性烯烴類(lèi)彈性體（Thermoplastic Olefinic elastomer，TPO）透光表皮。評(píng)價(jià)透光表皮透光性能的參數(shù)是透光率。透光率是指介質(zhì)透出光線(xiàn)光通量和入射光線(xiàn)光通量的比值。材料的透光率越高，其遮蔽性越差。透光表皮顏色也會(huì)影響表皮的透光率，顏料添加量越少，透光表皮的透光率越高。透光率的測(cè)試方法通常使用GB/T 2410—2008《透明塑料透光率和霧度的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試。常用透光表皮的透光率一般小于10%，若透光率太高，對(duì)包覆飾板內(nèi)部結(jié)構(gòu)的遮蔽性較差，影響外觀。

2.2 透光表皮研究現(xiàn)狀

實(shí)現(xiàn)提升裝飾件的透光性能，就是在光源效果下，軟質(zhì)表皮上顯示出圖案和燈光效果，首先需要解決表皮透光技術(shù)，其次需要解決中間軟質(zhì)層和骨架對(duì)光的影響，最后需要解決裝飾表面圖案的顯示清晰度問(wèn)題[11]。

目前，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有關(guān)于表皮透光技術(shù)的研究，市場(chǎng)上已經(jīng)有一些透光表皮，例如加通、瑞高、南亞、貝內(nèi)克等企業(yè)生產(chǎn)的TPO透光表皮、PVC表皮和PU表皮等。透光表皮根據(jù)透光效果可分為全透光表皮和局部透光表皮。全透光表皮是整個(gè)表皮全部透光，在燈光效果下顯示燈光照亮的所有區(qū)域。局部透光表皮是在全透光表皮的基礎(chǔ)上，增加遮蔽區(qū)域，在燈光效果下顯示定制的圖案或標(biāo)識(shí)。透光表皮主要分為基布層、發(fā)泡層和表皮層3部分，其截面電鏡圖如圖2所示。

圖2 表皮截面電鏡圖

3 透光裝飾件可行性分析

3.1 方案分析

為實(shí)現(xiàn)軟質(zhì)裝飾件表面透光性能，需要使用背光源，注塑骨架、中間軟質(zhì)層和表皮均可透光。實(shí)現(xiàn)裝飾件表面出現(xiàn)光影圖案或標(biāo)識(shí)（Logo），需要將圖案或Logo 提前集成在注塑骨架或者透光表皮上，對(duì)表1 中的3種方案進(jìn)行了分析和驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果如圖3所示。

表1 透光表皮應(yīng)用方案

圖3 方案驗(yàn)證結(jié)果

由圖3 驗(yàn)證結(jié)果可以看出，方案1 中透光圖案模糊，無(wú)法看清邊界和具體圖案，裝飾效果差。方案2中透光圖案邊界清晰，圖案整體無(wú)變形，裝飾效果良好。方案3中圖案邊界不清晰，部分孔有變形，且圖案不連續(xù)，無(wú)法清晰顯示尺寸較小的圖案和Logo，不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。綜合分析，方案2最好，可以實(shí)現(xiàn)良好的裝飾效果，滿(mǎn)足透光裝飾件的設(shè)計(jì)意圖，因此，本項(xiàng)目選擇使用方案2，方案截面如圖4所示。

圖4 方案2截面

3.2 原材料選擇

LED光源有節(jié)能環(huán)保、顯色性好的特點(diǎn)。本文使用LED 導(dǎo)光板作為均勻面光源，布置在儀表板裝飾板背面，發(fā)光方式為透射式，即光線(xiàn)穿透注塑骨架、中間軟質(zhì)層和表皮發(fā)光。聚碳酸酯（Polycarbonate,PC）材料具有優(yōu)良的抗沖擊性能、耐熱性、透明度好的優(yōu)點(diǎn)，儀表板裝飾板骨架材料選用透明PC 材料，使用注塑成形工藝。由于3D Mesh網(wǎng)格布具有透氣性好、低氣味、永久回復(fù)性的特點(diǎn)，中間軟質(zhì)層使用透光3D Mesh網(wǎng)格布。由于透光PVC 表皮價(jià)格相對(duì)于透光PU 和透光TPO 來(lái)說(shuō)較低，考慮到成本，帶圖案局部透光表皮選用PVC 材質(zhì)。合成皮革不僅本身要具備一定的強(qiáng)度，比如抗拉強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度，面料與面料縫合后，更需要一定的牢度來(lái)保證其耐用性[6]。材料的性能參數(shù)見(jiàn)表2~4。

表2 透光表皮材料參數(shù)

表3 透光3D Mesh材料參數(shù)

表4 透明骨架材料參數(shù)

3.3 骨架注塑成型分析

骨架是裝飾件的基礎(chǔ)，骨架變形量直接影響整個(gè)裝飾板的裝飾質(zhì)量[12]。本文使用Mold flow 仿真軟件分析骨架的注塑可行性，建立單元網(wǎng)格數(shù)據(jù)模型，使用Dual Domain網(wǎng)格形式。Dual Domain的網(wǎng)格是三角形網(wǎng)格，網(wǎng)格三角形最長(zhǎng)邊和其上高的比值稱(chēng)為縱橫比，縱橫比越大，產(chǎn)品分析質(zhì)量和結(jié)果評(píng)判偏差越大。為了達(dá)到較好的分析效果，網(wǎng)格質(zhì)量要求最大縱橫比小于20。網(wǎng)格匹配值包含匹配百分比和相互百分比，兩者均要求大于85%。在劃分網(wǎng)格之前，需要定義目標(biāo)網(wǎng)格單元長(zhǎng)度，即全局邊長(zhǎng)。本文使用的全局邊長(zhǎng)為4.45 mm 使用Moldflow 自動(dòng)劃分模型網(wǎng)格。網(wǎng)格質(zhì)量檢查結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表5 網(wǎng)格質(zhì)量檢查匯總

在Mold flow 材料庫(kù)中選擇Markolon 2407 材料，并輸入工藝參數(shù)，模擬材料填充過(guò)程。根據(jù)模擬結(jié)果分析填充過(guò)程可能出現(xiàn)的問(wèn)題，得出以下結(jié)論：

（1）產(chǎn)品各部分體積收縮均勻；

（2）產(chǎn)品翹曲變形量很小，滿(mǎn)足產(chǎn)品注塑成型工藝要求。

分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 骨架注塑成型分析

4 透光裝飾件可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

儀表板裝飾板一般位于儀表板的脊線(xiàn)位置，屬于陽(yáng)光直接照射區(qū)域，使用環(huán)境非?？量?。同時(shí)，儀表板裝飾板處于駕駛員和乘客的直接可視區(qū)域，對(duì)總成的可靠性和外觀要求很高。為了驗(yàn)證透光儀表板裝飾板方案在實(shí)車(chē)上的量產(chǎn)可行性，需要對(duì)裝飾板總成進(jìn)行可靠性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)，試驗(yàn)和評(píng)價(jià)內(nèi)容及結(jié)果如表6所示。

表6 可靠性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)結(jié)果

由表6 可以得出，儀表板裝飾板總成經(jīng)可靠性測(cè)試后，外觀均未出現(xiàn)收縮、變形、表皮開(kāi)裂、剝離和褪色的外觀異?，F(xiàn)象，且冷熱交變?cè)囼?yàn)后剝離力測(cè)試和表面耐摩擦色牢度均能滿(mǎn)足測(cè)試要求，本方案滿(mǎn)足儀表板裝飾板總成的技術(shù)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于目前的汽車(chē)內(nèi)飾智能燈光技術(shù)，在傳統(tǒng)材料的基礎(chǔ)上，研究軟質(zhì)包覆儀表板裝飾件和內(nèi)飾氛圍燈系統(tǒng)的新集成方案的可行性，賦予軟質(zhì)包覆儀表板裝飾件透光功能，提升軟質(zhì)包覆裝飾件的裝飾效果，體現(xiàn)儀表板系統(tǒng)的科技感和時(shí)尚感，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了透光表皮應(yīng)用在儀表板裝飾板上的方案可行，滿(mǎn)足實(shí)際量產(chǎn)要求。

近幾年，汽車(chē)座艙系統(tǒng)朝著智能化的方向快速發(fā)展，內(nèi)飾燈光系統(tǒng)不僅僅用于照明，更多的是用來(lái)烘托座艙氛圍，提升娛樂(lè)效果，增加駕乘體驗(yàn)。汽車(chē)內(nèi)飾智能燈光系統(tǒng)和軟質(zhì)裝飾件的集成，給智能座艙系統(tǒng)的發(fā)展提供了更多的可能，大大提升了汽車(chē)座艙系統(tǒng)裝飾件的設(shè)計(jì)自由度。隨著越來(lái)越多的年輕群體進(jìn)入汽車(chē)消費(fèi)市場(chǎng)，為了更好的迎合市場(chǎng)需求，汽車(chē)裝飾件將向著智能化和個(gè)性化的方向發(fā)展，而軟質(zhì)包覆裝飾件和智能燈光系統(tǒng)的集成，將為這一發(fā)展提供重要基礎(chǔ)。