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(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(jì)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(shù)在燈具上的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化、節(jié)約能源、促進(jìn)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(yīng)用的重要性，最后展望了鍍鋁膜未來的發(fā)展趨勢(shì)。

1 真空鍍鋁膜在汽車燈具上的應(yīng)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(duì)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(zhuǎn)向燈、剎車燈、后霧燈、倒車燈等，起到告誡后面行車信號(hào)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(duì)苯二甲酸丁二醇酯)等為主。前燈內(nèi)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(zhǎng)期使用溫度一般可達(dá)130°C。現(xiàn)有車燈應(yīng)用的熱光源，在工作狀態(tài)下產(chǎn)生的熱量能在較窄空間里產(chǎn)生近200°C 的高溫，并通過熱對(duì)流以輻射、傳導(dǎo)方式散熱，因此要求PC 塑料件必須能夠經(jīng)受160°C 的長(zhǎng)期高溫考驗(yàn)。燈具中需用耐熱溫度可高達(dá)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(chǎn)的聚碳酸酯，其耐熱溫度為165～185°C，個(gè)別型號(hào)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(tuán)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(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單得多，多數(shù)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(zhì)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(huì)有熱變形，使鍍膜產(chǎn)生皺紋或收縮；另一方面，升溫時(shí)基材內(nèi)小分子揮發(fā)物質(zhì)易揮發(fā)，影響鍍鋁層的質(zhì)量?；谋仨氂幸欢ǖ膹?qiáng)度和表面平滑度，鍍鋁基材表面忌油跡，要求無(wú)銀絲、熔接痕、收縮和劃傷等，因有底鍍和無(wú)底鍍都無(wú)法遮覆這些缺陷。此外，真空鍍鋁基材的含水量一般應(yīng)低于0.1%，含水量高時(shí)鍍鋁膜會(huì)發(fā)霧。因此吸濕性大的基材在鍍鋁前應(yīng)進(jìn)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(wú)底鍍和有底鍍兩種，鍍鋁方式的選擇與基材性質(zhì)有關(guān)。

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(jié)合力很好，可作無(wú)底鍍。即在基材(如PC 極性高分子)上直接鍍鋁再鍍保護(hù)膜。鍍鋁保護(hù)膜具有提高鋁膜的機(jī)械強(qiáng)度，阻隔有害氣體(如大氣中的O2)或物質(zhì)對(duì)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(yùn)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(chǎn)品在2 h 內(nèi)進(jìn)行鍍鋁最好，存放時(shí)間長(zhǎng)了，會(huì)有基材吸水引起的鍍鋁后出現(xiàn)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(jié)合力很差。對(duì)其預(yù)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(shí)塑料基材中的揮發(fā)性雜質(zhì)逸出，影響鍍膜質(zhì)量[8]。因此，這類材料一般采用預(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。目前國(guó)內(nèi)較多使用丙烯酸酯底漆，并根據(jù)基材類型調(diào)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(yù)涂底漆后鍍鋁，再鍍保護(hù)膜的方式，保護(hù)膜的實(shí)質(zhì)就是二氧化硅。SiO2薄膜具有很好的保護(hù)性，可使鋁膜在10%的堿性溶液中完好無(wú)損[13]。為了減少預(yù)涂底漆這道工序，降低生產(chǎn)成本，有人研發(fā)了PBT 免底涂材料并取得新的進(jìn)展[14]。

無(wú)論采用哪種方式，都應(yīng)對(duì)鍍鋁件進(jìn)行附著力測(cè)試，合格方可使用。

1.2 汽車燈具鍍鋁膜的性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

汽車燈具鍍鋁膜的性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T 10485–2007《道路車輛外部照明和光信號(hào)裝置環(huán)境耐久性》和GB/T 28786–2012《真空技術(shù) 真空鍍膜層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)量方法 膠帶粘貼法》。附著力檢測(cè)是基本項(xiàng)目，用小刀在試驗(yàn)面刻劃100個(gè)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(wú)剝落的金屬膜。目測(cè)無(wú)法觀察清楚時(shí)，用10 倍顯微鏡觀察，無(wú)金屬鍍層剝落等不良現(xiàn)象為合格。耐熱性是鍍鋁件適應(yīng)燈內(nèi)高溫環(huán)境所要求的，試驗(yàn)在高低溫試驗(yàn)箱中進(jìn)行，以檢測(cè)噴涂底漆烘干要求，其試驗(yàn)溫度要求如表1 所示，時(shí)間均為(60 ±3)min。

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

試驗(yàn)后，鍍層不得有氣泡、裂紋、發(fā)霧、發(fā)黃或發(fā)藍(lán)等現(xiàn)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(yàn)的主要目的是測(cè)試保護(hù)膜對(duì)鍍鋁的保護(hù)效果，可以根據(jù)需要選擇其中一項(xiàng)。具體操作為：在常溫下，將試樣浸泡于測(cè)試液中，或?qū)y(cè)試液滴于試樣表面，10 min 后不露底為合格。

通過以上試驗(yàn)?zāi)芘卸ㄕ婵斟冧X膜層之間的結(jié)合力以及噴涂底漆和保護(hù)膜的性能與質(zhì)量。

2 應(yīng)用實(shí)例

產(chǎn)品名稱：ABS 倒車燈體(如圖2 所示)，重170 g，批量生產(chǎn)。

圖2 ABS 倒車燈照片F(xiàn)igure 2 Photo of ABS reversing lamp

2.1 鍍鋁基本性能要求

(1)外觀：表面光潔，無(wú)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(chǎn)品無(wú)發(fā)彩、發(fā)霧、變形等現(xiàn)象。

2.2 作業(yè)順序

2.2.1 工件預(yù)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(huì)社)熱固化涂料均勻地噴涂在工件表面(用夾具)，操手掌控動(dòng)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(shí)間(5 ± 1)min。

2.2.4 熱固化

用架子將涂覆產(chǎn)品推進(jìn)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(shè)備鍍鋁膜，基本工藝流程為：預(yù)真空─離子清洗─鍍鋁─離子轟擊─鍍保護(hù)膜─放氣。預(yù)真空對(duì)鍍膜室抽真空至5 × 10?2Pa 時(shí)，充入氬氣430 mL，利用2 個(gè)適當(dāng)?shù)碾姌O間的低壓輝光放電產(chǎn)生的離子轟擊達(dá)到清洗和輔助預(yù)熱鍍膜基底的作用，轟擊時(shí)間為150 s；鍍鋁部分蒸發(fā)器快速升至高溫，鋁絲從預(yù)熱、熔化、蒸發(fā)鍍鋁到鍍鋁完成的時(shí)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(shí)間為80 s；鍍保護(hù)膜時(shí)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(diào)節(jié)閥控制，直至放氣結(jié)束。

2.2.7 檢驗(yàn)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(yàn)合格后，其包裝應(yīng)對(duì)鍍鋁件起到有效的防護(hù)作用，裝箱時(shí)應(yīng)避免產(chǎn)品之間的摩擦碰傷。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，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(jī)率。

2.3 注意事項(xiàng)

涂料涂覆是鍍鋁前的重要工序，事關(guān)后續(xù)的鍍鋁質(zhì)量。涂覆環(huán)境(含干燥設(shè)備)無(wú)塵，能減少涂覆表面顆粒和灰塵纖維粘附在表面。多數(shù)涂覆以人工操作為主，噴手的操作技術(shù)很重要，流淌和涂覆不均勻往往會(huì)導(dǎo)致鍍鋁產(chǎn)品報(bào)廢。涂覆件一定要有足夠的干燥溫度和時(shí)間，若干燥不好，耐高溫試驗(yàn)會(huì)有鍍鋁面發(fā)霧或起皺紋等現(xiàn)象。鍍鋁膜時(shí)，工件裝架不當(dāng)會(huì)引起鍍鋁區(qū)域偏移而報(bào)廢；若鋁絲純度不夠或蒸發(fā)控制不當(dāng)，蒸發(fā)中有雜質(zhì)逸出會(huì)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(huì)在鍍鋁膜表面留下小顆粒白點(diǎn)(對(duì)著燈光觀察)；真空度不好會(huì)導(dǎo)致鍍膜附著力不合格；鍍膜流量控制不好也會(huì)導(dǎo)致鍍膜發(fā)彩等。

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

3 結(jié)語(yǔ)

鍍鋁性能取決于塑件和鍍膜層的質(zhì)量，被人戲稱為“富人的游戲”，說明鍍膜質(zhì)量要求相當(dāng)高。鍍膜質(zhì)量的關(guān)鍵是底漆層質(zhì)量。雖有無(wú)底涂鍍膜，但其模具質(zhì)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(dǎo)致鍍鋁產(chǎn)品報(bào)廢率居高不下。一般而言，無(wú)底涂的報(bào)廢率在10%左右，有底涂在20%左右，甚至?xí)?。為解決這一困惑，國(guó)內(nèi)有廠家經(jīng)過10 多年的努力，采用了爐內(nèi)噴涂底漆并固化使鍍件生成高亮的表面(無(wú)污染殘留物)，進(jìn)行高壓離子清洗預(yù)處理，真空蒸發(fā)鍍鋁和鍍保護(hù)膜，使產(chǎn)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(shè)備所需費(fèi)用比同容量常規(guī)設(shè)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(chǎn)，報(bào)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(zhì)量和光亮度的前提下，無(wú)底涂鍍膜是未來發(fā)展的趨勢(shì)，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(yīng)蒸發(fā)源蒸鍍法、激光束蒸發(fā)源蒸鍍法涌現(xiàn)，其中電子束蒸發(fā)源蒸鍍法將是真空鍍鋁技術(shù)中重要的加熱方式和發(fā)展方向[17]?？傊?，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(lǐng)域中得到更加廣闊的發(fā)展空間。

[1]陶永亮.汽車燈罩與燈體裝配連接方式[J].汽車工程師,2012 (11):55-58.

[2]陶永亮.汽車車燈造型的回顧與展望[J].汽車電器,2012 (12):4-7.

[3]李玉泉,孫小艾,潘寶榮,等.塑料在汽車照明燈具中的應(yīng)用[J].化學(xué)世界,2000 (增刊):188-189.

[4]凌銘,張建文,黃中榮.汽車燈具的發(fā)展趨勢(shì)[J].照明工程學(xué)報(bào),2013,24 (4):106-112.

[5]陶永亮.遮光罩注塑成型工藝優(yōu)化[J].上海塑料,2011 (2):45-48.

[6]范多旺,馬國(guó)欣.汽車燈具真空鍍膜系統(tǒng)及技術(shù)[J].真空電子技術(shù),2005 (6):32-34.

[7]陶永亮.聚碳酸酯在汽車燈具上的應(yīng)用與分析[J].塑料工業(yè),2014,42 (4):120-123.

[8]沈海挺.真空鍍膜用氨酯油的合成[J].聚氨酯工業(yè),1991 (1):40-42.

[9]錢苗根,馮露露.光固化涂料在真空鍍膜中的應(yīng)用研究[J].上海涂料,2010,48 (6):17-20.

[10]蔣秋云,王正青,胡福增,等.塑料真空鍍膜底漆[J].現(xiàn)代涂料與涂裝,2006,9 (7):22-26.

[11]聶建華,陳澤成,林躍華.真空鍍鋁薄膜清漆用水溶性丙烯酸樹脂的研制[J].電鍍與涂飾,2012,31 (11):58-61.

[12]蔣秋云.塑料真空鍍膜用丙烯酸酯底漆的研究[D].上海:華東理工大學(xué),2007.

[13]桑利軍,付亞波,張躍飛,等.有機(jī)玻璃基材表面電子束蒸鍍鉻–鋁–二氧化硅薄膜及其性能研究[J].真空,2008,45 (5):46-48.

[14]李強(qiáng),李文強(qiáng),范玉東,等.車燈飾圈免底涂PBT 材料研究[J].塑料工業(yè),2010,38 (9):82-85.

[15]牛曉山.立式雙開門汽車燈具高真空鍍膜設(shè)備的研制[J].真空與低溫,2012,18 (1):55-57.

[16]真空鍍膜──鍍鋁保護(hù)膜工藝技術(shù)[EB/OL].[2012–02–13]http://bbs.212300.com/ thread-894198-4-1.html.

[17]邸英浩,曹曉明.真空鍍膜技術(shù)的現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].天津冶金,2004 (5):45-48.