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之一，是汽車的“眼睛”，有照明和裝飾的功能[1]。隨著車燈光源的演變，燈具制造材料也有很大變化。20 世紀80年代，受能源危機的影響，以日本為代表的經濟型轎車車燈在設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。目前汽車燈具已向全塑料化發(fā)展[2-3]，而真空鍍膜技術在燈具上的應用，是實現汽車輕量化、節(jié)約能源、促進環(huán)境改善的途徑之一。本文以ABS 后霧燈為例介紹鍍鋁膜工藝，講述鍍鋁膜在汽車燈具上應用的重要性，最后展望了鍍鋁膜未來的發(fā)展趨勢。

1 真空鍍鋁膜在汽車燈具上的應用情況

1.1 燈具塑料鍍鋁膜的基本分類

1.1.1 燈具鍍鋁件

汽車燈具主要分為前燈、霧燈、尾燈和其他裝飾燈[4]，如圖1 所示。汽車前燈起到夜間行車道路的照明和車輛示寬作用，需要鍍鋁的零件主要是反射鏡及其反射視圈和裝飾視圈，如圖1a 和圖1b 所示。霧燈是在雨、霧、雪等能見度低的天氣狀況下打開，對前后的車輛起警示作用，如圖1c 所示，其鍍鋁零件主要是反射鏡；汽車尾燈包括轉向燈、剎車燈、后霧燈、倒車燈等，起到告誡后面行車信號的作用，鍍鋁零件主要是燈體，如圖1d 所示。

圖1 常見的汽車燈具塑料鍍鋁件Figure 1 Common aluminum-plated plastic parts of auto lamp

1.1.2 鍍鋁件基材

燈具鍍鋁件基材以PC(聚碳酸酯)、ABS(丙烯腈–丁二烯–苯乙烯)、改性PP(聚丙烯)、ABS+PC 和PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)等為主。前燈內的反射鏡、視圈、裝飾鏡等承受較高的燈光溫度，通常采用PC，其長期使用溫度一般可達130°C?，F有車燈應用的熱光源，在工作狀態(tài)下產生的熱量能在較窄空間里產生近200°C 的高溫，并通過熱對流以輻射、傳導方式散熱，因此要求PC 塑料件必須能夠經受160°C 的長期高溫考驗。燈具中需用耐熱溫度可高達185°C 以上的高溫PC 材料。拜耳材料科技有限公司的共聚聚碳酸酯Apec?(PC-HT)為高耐熱穩(wěn)定性材料，是基于雙酚A(形成聚碳酸酯的連續(xù)相)與雙酚TMC(三甲基環(huán)己烷雙酚)生產的聚碳酸酯，其耐熱溫度為165～185°C，個別型號可耐熱溫度接近200°C[5]。燈具中，靠近光源部分的配光鏡、視圈等零件都采用PC-HT 材料，如霧燈反射鏡(均溫低于175°C)。也有霧燈反射鏡采用PBT 或BMC(不飽和聚酯團狀模塑料)等材料。汽車尾燈所承受的均溫在80°C 以下，沒有前燈高，燈具結構也相對簡單得多，多數尾燈采用燈體鍍鋁，涉及的材料有ABS、改性PP、ABS+PC 合金等。

真空鍍鋁要求基材的耐熱性能好和揮發(fā)物質含量低。一方面鍍鋁過程中，基材都要受蒸發(fā)源的輻射熱和蒸發(fā)物冷凝熱的作用，基材受熱升溫，若耐熱性差，就會有熱變形，使鍍膜產生皺紋或收縮；另一方面，升溫時基材內小分子揮發(fā)物質易揮發(fā)，影響鍍鋁層的質量?；谋仨氂幸欢ǖ膹姸群捅砻嫫交?，鍍鋁基材表面忌油跡，要求無銀絲、熔接痕、收縮和劃傷等，因有底鍍和無底鍍都無法遮覆這些缺陷。此外，真空鍍鋁基材的含水量一般應低于0.1%，含水量高時鍍鋁膜會發(fā)霧。因此吸濕性大的基材在鍍鋁前應進行干燥處理。

1.1.3 鍍鋁方式

汽車燈具鍍鋁膜厚度為0.4～1.2 μm，表面平整，具有較高的光澤。其鍍鋁方式分為無底鍍和有底鍍兩種，鍍鋁方式的選擇與基材性質有關。

聚酯類(如PET、PBT、PC)屬于極性高分子，其表面自由能較高，表面濕張力在40 dyn/cm(1 dyn/cm=1 mN/m)以上，與鍍鋁層結合力很好，可作無底鍍。即在基材(如PC 極性高分子)上直接鍍鋁再鍍保護膜。鍍鋁保護膜具有提高鋁膜的機械強度，阻隔有害氣體(如大氣中的O2)或物質對鋁膜的侵蝕[6]等作用，使鍍層具有亮麗的金屬光澤，優(yōu)異的氣體和光線阻隔性，良好的防潮、耐熱、耐穿刺性能，物品在運輸、貯存和使用過程中不受污染、腐蝕，保持光潔亮澤。由于PC 主鏈含有酯基，在一定濕度的常溫環(huán)境下基材吸水率較高(0.15%～0.19%)，從注塑出模的產品在2 h 內進行鍍鋁最好，存放時間長了，會有基材吸水引起的鍍鋁后出現霧狀的情況[7]。

PE、PP 等聚烯烴材料和ABS 屬非極性聚合物，其表面自由能小，表面濕張力較低(一般為30 dyn/cm)，較粗糙，與鍍鋁層之間的結合力很差。對其預涂底漆后可獲得光滑平整的涂層，具有鏡面效果，可遮蓋基材，防止真空鍍膜時塑料基材中的揮發(fā)性雜質逸出，影響鍍膜質量[8]。因此，這類材料一般采用預涂底漆后鍍鋁的方式來改善鍍層與基材之間的結合力。目前國內較多使用丙烯酸酯底漆，并根據基材類型調整底漆配方，主要為熱固化底漆和紫外光(UV)固化底漆，適用性很好[9-12]。燈具塑料件大多采用預涂底漆后鍍鋁，再鍍保護膜的方式，保護膜的實質就是二氧化硅。SiO2薄膜具有很好的保護性，可使鋁膜在10%的堿性溶液中完好無損[13]。為了減少預涂底漆這道工序，降低生產成本，有人研發(fā)了PBT 免底涂材料并取得新的進展[14]。

無論采用哪種方式，都應對鍍鋁件進行附著力測試，合格方可使用。

1.2 汽車燈具鍍鋁膜的性能測試標準

汽車燈具鍍鋁膜的性能測試標準主要有GB/T 10485–2007《道路車輛外部照明和光信號裝置環(huán)境耐久性》和GB/T 28786–2012《真空技術 真空鍍膜層結合強度測量方法 膠帶粘貼法》。附著力檢測是基本項目，用小刀在試驗面刻劃100個間隔為1 mm的小方格，用3M 膠帶緊牢地粘貼其面，從垂直方向迅速撕開膠帶，觀察膠帶上有無剝落的金屬膜。目測無法觀察清楚時，用10 倍顯微鏡觀察，無金屬鍍層剝落等不良現象為合格。耐熱性是鍍鋁件適應燈內高溫環(huán)境所要求的，試驗在高低溫試驗箱中進行，以檢測噴涂底漆烘干要求，其試驗溫度要求如表1 所示，時間均為(60 ±3)min。

表1 不同基材鍍鋁件的高溫試驗參數Table 1 Parameters of high temperature test for different aluminum-plated substrates

試驗后，鍍層不得有氣泡、裂紋、發(fā)霧、發(fā)黃或發(fā)藍等現象。

燈具鍍鋁件耐酸(1%硫酸溶液)、堿(1%苛性鉀水溶液)、鹽(3% NaCl 溶液)試驗的主要目的是測試保護膜對鍍鋁的保護效果，可以根據需要選擇其中一項。具體操作為：在常溫下，將試樣浸泡于測試液中，或將測試液滴于試樣表面，10 min 后不露底為合格。

通過以上試驗能判定真空鍍鋁膜層之間的結合力以及噴涂底漆和保護膜的性能與質量。

2 應用實例

產品名稱：ABS 倒車燈體(如圖2 所示)，重170 g，批量生產。

圖2 ABS 倒車燈照片Figure 2 Photo of ABS reversing lamp

2.1 鍍鋁基本性能要求

(1)外觀：表面光潔，無表觀缺陷，色澤和亮度與電鍍鉻一樣。

(2)劃格附著力：100/100。

(3)耐堿滴定性能：將1%的NaOH 溶液滴在試樣表面，10 min 后不露底。

(4)耐熱性能：在(90.0 ± 2.5)°C 放置(60 ± 3)min后，產品無發(fā)彩、發(fā)霧、變形等現象。

2.2 作業(yè)順序

2.2.1 工件預處理

消除工件表面的油污、殘留脫模劑、靜電和灰塵等。

2.2.2 涂料涂覆

將U-342(東洋工業(yè)涂料株式會社)熱固化涂料均勻地噴涂在工件表面(用夾具)，操手掌控動作要均勻，固化后涂膜厚度為15～20 μm。

2.2.3 流平

涂覆后將工件放在架子上，50～55°C 紅外線加熱，時間(5 ± 1)min。

2.2.4 熱固化

用架子將涂覆產品推進烘箱中，(85 ± 5)°C 烘烤(60 ± 5)min。

2.2.5 延伸

檢查工件，將合格的工件裝入真空鍍膜室。

2.2.6 真空鍍鋁

用真空鍍膜設備鍍鋁膜，基本工藝流程為：預真空─離子清洗─鍍鋁─離子轟擊─鍍保護膜─放氣。預真空對鍍膜室抽真空至5 × 10?2Pa 時，充入氬氣430 mL，利用2 個適當的電極間的低壓輝光放電產生的離子轟擊達到清洗和輔助預熱鍍膜基底的作用，轟擊時間為150 s；鍍鋁部分蒸發(fā)器快速升至高溫，鋁絲從預熱、熔化、蒸發(fā)鍍鋁到鍍鋁完成的時間為30 s 多；采用二次離子轟擊，去除膜表面粒狀顆粒，使膜層更加致密，轟擊時間為80 s；鍍保護膜時間為(200 ± 50)s，真空度為3 × 10?2Pa，由充入的硅油流量加少量氬氣來控制真空度，硅油流量由調節(jié)閥控制，直至放氣結束。

2.2.7 檢驗包裝

由于鍍鋁膜容易被劃傷或碰傷，按鍍鋁基本性能要求檢驗合格后，其包裝應對鍍鋁件起到有效的防護作用，裝箱時應避免產品之間的摩擦碰傷。采用兩層塑料袋包裝，內層一定要薄(一般為0.005 mm 厚)而柔軟并且緊貼塑件，外層用泡泡塑料口袋包裝，每層之間用紙板隔開，以減少互相碰傷的機率。

2.3 注意事項

涂料涂覆是鍍鋁前的重要工序，事關后續(xù)的鍍鋁質量。涂覆環(huán)境(含干燥設備)無塵，能減少涂覆表面顆粒和灰塵纖維粘附在表面。多數涂覆以人工操作為主，噴手的操作技術很重要，流淌和涂覆不均勻往往會導致鍍鋁產品報廢。涂覆件一定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)霧或起皺紋等現象。鍍鋁膜時，工件裝架不當會引起鍍鋁區(qū)域偏移而報廢；若鋁絲純度不夠或蒸發(fā)控制不當，蒸發(fā)中有雜質逸出會形成炸鋁痕跡而殘留于塑件表面；蒸發(fā)溫度過高或過低、蒸發(fā)器表面溫度不穩(wěn)定都會在鍍鋁膜表面留下小顆粒白點(對著燈光觀察)；真空度不好會導致鍍膜附著力不合格；鍍膜流量控制不好也會導致鍍膜發(fā)彩等。

因此，鍍鋁是一個集工作環(huán)境、加工設備、人員技術、素材靶材和工藝控制于一體的綜合制造過程。

3 結語

鍍鋁性能取決于塑件和鍍膜層的質量，被人戲稱為“富人的游戲”，說明鍍膜質量要求相當高。鍍膜質量的關鍵是底漆層質量。雖有無底涂鍍膜，但其模具質量要求和成本高，存在鍍鋁反射亮度不足和塑件缺陷等問題，易導致鍍鋁產品報廢率居高不下。一般而言，無底涂的報廢率在10%左右，有底涂在20%左右，甚至會更高。為解決這一困惑，國內有廠家經過10 多年的努力，采用了爐內噴涂底漆并固化使鍍件生成高亮的表面(無污染殘留物)，進行高壓離子清洗預處理，真空蒸發(fā)鍍鋁和鍍保護膜，使產品的合格率在98%以上[16]，每年可節(jié)省大量的噴漆、烤漆能耗和人工成本等。但新設備所需費用比同容量常規(guī)設備高很多，令中小廠家難以接受，推廣有一定的難度。中小廠家選擇靠人為控制來維系生產，報廢率仍然較高。從燈具鍍鋁鍍膜發(fā)展來看，采用極性高分子材料或免底涂材料，在提高模具質量和光亮度的前提下，無底涂鍍膜是未來發(fā)展的趨勢，有利于車燈制造的需要。目前真空鍍鋁多采用電阻蒸發(fā)源蒸鍍法，但已有電子束蒸發(fā)源蒸鍍法、高頻感應蒸發(fā)源蒸鍍法、激光束蒸發(fā)源蒸鍍法涌現，其中電子束蒸發(fā)源蒸鍍法將是真空鍍鋁技術中重要的加熱方式和發(fā)展方向[17]。總之，真空鍍鋁膜是燈具塑件表面加工必不可少的加工工藝，將在燈具制造領域中得到更加廣闊的發(fā)展空間。

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