汽車(chē)塑料皮紋件光澤度設(shè)計(jì)及管理研究

曾艷、賈帥蕾、韋驊書(shū)

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，柳州 545007）

0 引言

塑料皮紋件在汽車(chē)內(nèi)外飾中應(yīng)用占比很高。尤其是低成本的汽車(chē)產(chǎn)品，整車(chē)內(nèi)飾中除了座椅外，幾乎全部是由塑料皮紋件組合而成。這部分零件在很大程度上決定了整車(chē)的設(shè)計(jì)感和品質(zhì)感。產(chǎn)品的光澤度作為設(shè)計(jì)中需要考慮的一個(gè)重要指標(biāo)，它的“舒適與否”以及“一致與否”，總會(huì)在第一時(shí)間引起用戶(hù)注意。如何對(duì)塑料皮紋件的光澤度進(jìn)行設(shè)計(jì)及管理，是每一個(gè)汽車(chē)車(chē)企設(shè)計(jì)部門(mén)和工程質(zhì)量部門(mén)都面臨的課題。本文從光澤度的角度出發(fā)，對(duì)汽車(chē)塑料皮紋件的光澤度影響因素進(jìn)行研究，并提出汽車(chē)內(nèi)外飾光澤度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范建議，以期對(duì)汽車(chē)同行有所啟發(fā)。

1 光澤度概述

在GB 8807-1988《塑料鏡面光澤試驗(yàn)方法》中對(duì)光澤度的定義為：在規(guī)定的入射角下，試樣的鏡面反射率與同一條件下基準(zhǔn)面的鏡面反射率之比，用百分?jǐn)?shù)表示，可以省略百分號(hào)，以光澤單位表示[1]。測(cè)量光澤度的儀器為光澤儀。下文中出現(xiàn)的光澤度數(shù)據(jù)均是使用BYK 多角度光澤儀測(cè)量，且同一測(cè)量點(diǎn)測(cè)量3 次后，取平均值而得。

在實(shí)物評(píng)價(jià)時(shí)，根據(jù)物體表面不同，選擇不同角度（20°、60°、85°）的數(shù)據(jù)來(lái)定量分析光澤度（圖1）。塑料產(chǎn)品光澤度的測(cè)量一般都是取60°的入射角度測(cè)試所得數(shù)值，當(dāng)60°的入射角度進(jìn)行測(cè)試后得到的光澤度數(shù)值大于70.0，則取20°的入射角測(cè)試所得數(shù)值。

圖1 光澤儀測(cè)量角度

人眼對(duì)物體表面光澤度的辨別是一種復(fù)雜的現(xiàn)象。研究表明，如果材料在60°光澤度大于70.0，人的視覺(jué)感知該物體表面屬于高光澤；如果材料在60°光澤度小于10.0，人的視覺(jué)感知該物體表面屬于消光澤。在汽車(chē)行業(yè)，內(nèi)外飾塑料皮紋件的光澤度屬于消光澤范內(nèi)，這是因?yàn)橄鉂杀砻婺軌蛴行Ы档凸饩€(xiàn)的反射作用，減少光線(xiàn)對(duì)駕駛?cè)藛T的視覺(jué)干擾。

2 影響塑料皮紋件光澤度的因素分析

塑料皮紋件的開(kāi)發(fā)過(guò)程分為設(shè)計(jì)階段、開(kāi)發(fā)階段和生產(chǎn)階段，每一個(gè)階段的工作內(nèi)容不同。例如設(shè)計(jì)階段要進(jìn)行顏色定義、皮紋定義、光澤度定義、材料選型和模具設(shè)計(jì)等；開(kāi)發(fā)階段要進(jìn)行模具加工、皮紋畫(huà)板/加工以及試模等；生產(chǎn)階段要進(jìn)行工藝調(diào)試和質(zhì)量檢查等（圖2）。由于模具設(shè)計(jì)與模具加工不在作者的工作范疇內(nèi)，因此本文側(cè)重從其他幾個(gè)方面進(jìn)行分析，找出影響塑料皮紋件光澤度的因素。

圖2 塑料皮紋件開(kāi)發(fā)階段及工作內(nèi)容

2.1 顏色對(duì)塑料皮紋件光澤度的影響

有關(guān)資料研究結(jié)果表明，相同皮紋的情況下，光澤度的高低情況為：米色＞灰色＞黑色[2]。但研究中對(duì)米色和灰色的明度范圍以及黑色、灰色和米色的光澤度數(shù)值差異沒(méi)有明確說(shuō)明。因此本文嘗試研究這幾種色系明度與光澤度的關(guān)系，以期得出數(shù)據(jù)參考范圍。

選取相同的動(dòng)物皮紋，分別制作黑色、灰色和米色等各顏色樣板（圖3）。使用Data color check Ⅲ色差儀和BYK 光澤儀對(duì)樣板的光澤度、明度、彩度和色相等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量。

圖3 各顏色實(shí)驗(yàn)樣板

從數(shù)據(jù)分析得知，明度對(duì)光澤度有較大影響，淺色比深色光澤度高，這與前人的研究結(jié)果一致。從淺灰35 號(hào)和米52 號(hào)兩個(gè)樣板數(shù)據(jù)得知，相同條件下，米色并不一定比灰色的光澤度高，當(dāng)兩者的明度基本一致時(shí)，光澤度差異不大（圖4）。對(duì)比樣板數(shù)據(jù)，相同皮紋條件下，淺色比深色的光澤度高0.4 ～1.2；當(dāng)明度值大于60.00 后，隨著明度的增加，光澤度的增幅并不大。

圖4 明度與光澤度關(guān)系

隨著汽車(chē)內(nèi)飾CMF 的發(fā)展，越來(lái)越多的有彩色被應(yīng)用到塑料皮紋零件上，因此本文還嘗試研究彩度對(duì)光澤度的影響。在皮紋、材料相同的情況下，制作同一色系、不同彩度的樣板（圖5），測(cè)量光澤度。從紅色系1 號(hào)、2 號(hào)和3 號(hào)樣板數(shù)據(jù)得知（表1），在明度和色系基本一致的情況下，彩度提高，光澤度也略有升高，但變化不大。

表1 有彩色顏色及光澤度數(shù)據(jù)（PP，動(dòng)物皮紋，60°）

圖5 紅色系各實(shí)驗(yàn)樣板

2.2 皮紋類(lèi)型對(duì)塑料皮紋件光澤度的影響

在汽車(chē)行業(yè)內(nèi)，皮紋類(lèi)型分為動(dòng)物皮紋、規(guī)則皮紋、細(xì)皮紋和科技皮紋4 種（圖6）。不同類(lèi)型的皮紋，紋理形態(tài)不同，應(yīng)用部位也不同。科技皮紋在很多情況下是作為一種裝飾性功能被應(yīng)用在大零件的局部區(qū)域，光澤度的裝飾屬性較強(qiáng)，因此本文不將它作為研究對(duì)象。

圖6 各類(lèi)型皮紋示例

選取其他3 種不同類(lèi)型的皮紋制作在同一塊樣板上，使用光澤儀對(duì)皮紋1 號(hào)（動(dòng)物皮紋）、皮紋2 號(hào)（規(guī)則皮紋）和皮紋3 號(hào)（細(xì)皮紋）進(jìn)行測(cè)量，得到相應(yīng)的光澤度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表明，在相同條件下，動(dòng)物皮紋的光澤度明顯低于細(xì)皮紋；動(dòng)物皮紋與規(guī)則皮紋光澤度差異不大（圖7）。因此在設(shè)計(jì)階段定義皮紋光澤度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，需要考慮皮紋類(lèi)型，而不是一味地采用同樣的標(biāo)準(zhǔn)值。

圖7 各種類(lèi)皮紋光澤度及分析圖表（黑色PP，60°）

2.3 材料類(lèi)型對(duì)塑料皮紋件光澤度的影響

塑料是以單體為原料，通過(guò)加聚或縮聚反應(yīng)聚合而成的高分子化合物。在汽車(chē)領(lǐng)域，作為外觀零件而被消費(fèi)者經(jīng)常觸及的內(nèi)外飾零部件以通用塑料和工程塑料居多。表2 列出了汽車(chē)內(nèi)外飾常用的幾種材料的光澤度。

從表2 可以看出，同種皮紋和顏色的外觀條件下，PP 和PA6 的光澤度較低，而ABS 和PC 等材料的光澤度較高。因此在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行原材料選型時(shí)，需考慮原材料本身的光澤度屬性。當(dāng)不同材料的零件間存在匹配時(shí)，需要控制由于材料間差異帶來(lái)的光澤度不一致問(wèn)題。

表2 汽車(chē)內(nèi)外飾常用材料光澤度（黑色，動(dòng)物皮紋，60°）

同種類(lèi)型的材料，配方不同，光澤度也有差異。陳建在其研究中也表明，合成工藝、填料種類(lèi)和含量以及消光劑都會(huì)對(duì)ABS樹(shù)脂的光澤度產(chǎn)生影響[3]。

2.4 皮紋深度對(duì)塑料皮紋件光澤度的影響

皮紋深度是皮紋畫(huà)板工作中需定義的重要參數(shù)，它決定了皮紋的立體感和觸感。在蝕紋階段，通過(guò)模具被藥水腐蝕的次數(shù)和時(shí)間來(lái)控制皮紋深度。選取3 種不同類(lèi)型的皮紋，相同顏色情況下，僅改變皮紋深度，測(cè)量不同深度皮紋的光澤度，得到數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 各種類(lèi)不同深度光澤度（PP，60°）

數(shù)據(jù)表明，相同條件下，隨著皮紋深度降低，光澤度隨之升高。因此為得到較好的光澤度一致性外觀，在皮紋深度定義時(shí)須嚴(yán)格把關(guān)。尤其是注意存在匹配關(guān)系的零件，若皮紋類(lèi)型一致時(shí)，務(wù)必要確認(rèn)好皮紋深度的一致性與否。在蝕紋過(guò)程中，須控制好皮紋深度。

2.5 皮紋表面形態(tài)對(duì)塑料皮紋件光澤度的影響

皮紋是一種有立體感的顆粒，紋理最上層的表面形態(tài)也是皮紋評(píng)價(jià)要素之一。皮紋表面形態(tài)可以通過(guò)化學(xué)法和物理法兩種技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)?；瘜W(xué)法是在皮紋最頂部通過(guò)增加腐蝕一層網(wǎng)格狀或者點(diǎn)狀的極細(xì)單元紋理（通常稱(chēng)為微紋）來(lái)降低光澤度。該方法保持低光澤度的持久性較好，因此在行業(yè)內(nèi)被廣泛采納。

物理法則是通過(guò)高壓空氣將不同目數(shù)和種類(lèi)的金屬砂子（通常是玻璃珠和金剛砂）高速?lài)娚涞侥＞弑砻?，形成不同形態(tài)的凹凸表面，從而獲得不同的光澤度。玻璃珠在模具表面形成的形態(tài)光滑平整，金剛砂在模具表面形成的形態(tài)尖銳凹凸。該方法成本低，但隨著模具使用次數(shù)的增加，皮紋表面形態(tài)變化較明顯。

與國(guó)內(nèi)某知名皮紋廠(chǎng)家一起，選用玻璃珠（120 目）和金剛砂（180 目），在P20 鋼板上對(duì)動(dòng)物皮紋、規(guī)則皮紋和細(xì)皮紋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和打樣，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4。結(jié)果表明，玻璃珠的占比越多，實(shí)物樣板的光澤度越高；反之，光澤度越低。在皮紋塑料件開(kāi)發(fā)試制階段，需通過(guò)試制，鎖定砂子配比，從而得到符合光澤度標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

表4 不同砂子配比與光澤度數(shù)據(jù)（黑色PP，60°）

2.6 注塑工藝對(duì)塑料皮紋件光澤度的影響

模具溫度、注射溫度對(duì)產(chǎn)品光澤度產(chǎn)生較大影響。周中玉等人的研究結(jié)果表明，注塑工藝對(duì)PC/ASA 合金光澤度的影響由強(qiáng)到弱排序?yàn)椋耗＞邷囟取⒆⑸錅囟?、注射速度和注塑壓力[4]。張志強(qiáng)等人的研究結(jié)果表明，不管是PP 材料還是ABS 材料，隨著熔體溫度和模具溫度的升高，試樣光澤度降低，顏色的L 值提高[5]。

通過(guò)上述分析得知，影響塑料皮紋件光澤度的因素，從設(shè)計(jì)階段一直貫穿到生產(chǎn)階段。因此，只有在設(shè)計(jì)階段定義好合適的光澤度標(biāo)準(zhǔn)，在每一個(gè)階段都對(duì)相應(yīng)因素進(jìn)行有效控制，才能得到光澤度一致性好的產(chǎn)品。接下來(lái)本文從影響塑料皮紋件光澤度的因素出發(fā)，提出光澤度設(shè)計(jì)及管理的若干建議規(guī)范。

3 塑料皮紋件的光澤度設(shè)計(jì)及管理規(guī)范

3.1 建立合理規(guī)范的光澤度標(biāo)準(zhǔn)體系

在設(shè)計(jì)階段,設(shè)計(jì)部門(mén)需要定義塑料皮紋件的顏色、皮紋類(lèi)型和光澤度；工程部門(mén)需要進(jìn)行原材料選型和模具設(shè)計(jì)。由于顏色、皮紋類(lèi)型和原材料對(duì)光澤度有重要影響，因此設(shè)計(jì)部門(mén)和工程質(zhì)量部門(mén)需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)方案制定合理的光澤度標(biāo)準(zhǔn)體系。本文通過(guò)車(chē)展進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，收集了國(guó)內(nèi)幾大合資和自主品牌廠(chǎng)家的零件光澤度數(shù)據(jù)（圖8），以期對(duì)設(shè)計(jì)階段時(shí)光澤度標(biāo)準(zhǔn)值定義有所參考。數(shù)據(jù)表明，黑色動(dòng)物皮紋的光澤度在1.4 ～2.2 的車(chē)型居多。這是因?yàn)槿绻O(shè)計(jì)定義過(guò)高的光澤度，會(huì)影響駕駛員的駕駛安全性。

圖8 黑色PP 塑料區(qū)域光澤度數(shù)據(jù)（黑色PP，動(dòng)物皮紋，60°）

一般汽車(chē)廠(chǎng)家對(duì)外飾皮紋控制不如內(nèi)飾嚴(yán)格，只要保持一致性即可，因此黑色細(xì)皮紋光澤度在2.5 ～4.0 的車(chē)型居多。這是因?yàn)橥怙椝芰霞娣e大，因模具選料或成型材料選材成本偏低等不利因素，導(dǎo)致注塑后零件表面缺陷較多，光澤度太低，不利于遮蓋這些缺陷。而且外飾塑料皮紋件匹配的都是噴漆件，不需要太低光澤。

結(jié)合顏色、皮紋類(lèi)型和原材料，制定符合主流應(yīng)用的光澤度標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)常用的PP，外飾深色細(xì)皮紋光澤度在2.5 ～4.0；內(nèi)飾深色動(dòng)物皮紋光澤度在1.4 ～2.2；同種皮紋的淺色區(qū)域，光澤度可以比深色相應(yīng)提高0.5 左右；對(duì)ABS 等本身材料光澤度就較高的材料，在材料選型時(shí)充分考慮光澤度因素，在物化性能滿(mǎn)足條件的情況下，盡量選用低光澤材料。

3.2 準(zhǔn)確定義且嚴(yán)格控制皮紋深度

在塑料皮紋件的開(kāi)發(fā)試制階段，根據(jù)皮紋畫(huà)板要求，在模具蝕紋前，根據(jù)零部件間的匹配關(guān)系及脫模角度，正確且合理地定義皮紋深度。而在模具蝕紋過(guò)程中，嚴(yán)格要求皮紋供應(yīng)商控制皮紋加工的工藝參數(shù)，控制好皮紋深度。

3.3 控制皮紋表面形態(tài)

在模具蝕紋結(jié)束后，根據(jù)光澤度設(shè)計(jì)定義，調(diào)配砂子配比，控制好皮紋表面形態(tài)，從而得到符合光澤度設(shè)計(jì)定義的產(chǎn)品。如果成本允許，在表面增加微紋來(lái)控制光澤度。

3.4 建立周期性回顧光澤度的評(píng)審機(jī)制

調(diào)試注塑工藝，鎖定最佳工藝參數(shù)控制范圍。批量生產(chǎn)后，根據(jù)產(chǎn)銷(xiāo)量實(shí)際情況，制定周期性的光澤度一致性評(píng)估流程，并及時(shí)調(diào)整皮紋表面形態(tài)和生產(chǎn)工藝，可以保持產(chǎn)品的良好品質(zhì)。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)分析，本研究明確了顏色、皮紋類(lèi)型、原材料、皮紋深度、皮紋表面形態(tài)以及注塑工藝對(duì)塑料皮紋件的光澤度有影響，并得到以下結(jié)論。

（1）相同條件下，明度對(duì)光澤度影響較大，淺色比深色光澤度高0.4 ～1.2；當(dāng)明度值高于60 后，隨著明度的增加，光澤度的變化不大。另外，彩度對(duì)光澤度有影響，但影響不大。

（2）相同條件下，動(dòng)物皮紋比細(xì)皮紋光澤度低1.0 ～1.5；動(dòng)物皮紋與規(guī)則皮紋的光澤度差異較小。

（3）皮紋深度越淺，光澤度越高。

（4）調(diào)整玻璃珠和金剛砂的配比，可以調(diào)整塑料皮紋件的光澤度；而增加微紋，可以有效降低塑料皮紋件光澤度。

（5）汽車(chē)行業(yè)內(nèi)，深色PP 材料的動(dòng)物皮紋光澤度范圍在1.4～2.2；深色PP材料的細(xì)皮紋光澤度范圍在2.5～4。相同皮紋，淺色光澤度可以相應(yīng)提高0.5 左右。

（6）批量生產(chǎn)后，根據(jù)產(chǎn)銷(xiāo)量實(shí)際情況，制定周期性的光澤度一致性評(píng)估流程，并及時(shí)調(diào)整皮紋表面形態(tài)和工藝，能夠保持產(chǎn)品的良好品質(zhì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)查閱論文和部分實(shí)驗(yàn)，總結(jié)影響汽車(chē)內(nèi)外飾塑料皮紋件光澤度的因素，同時(shí)提出若干針對(duì)光澤度的設(shè)計(jì)與管理規(guī)范，以期對(duì)同行有所幫助。本文也有不足，在某些方面的研究廣度、深度和樣本量上都有欠缺，且由于工作范疇限制，缺失了模具設(shè)計(jì)和模具加工部分的分析研究。因此同行們可以進(jìn)一步深入研究，以得到更全面的光澤度經(jīng)驗(yàn)規(guī)范。