李偉　譚圓芳　羅志潔　劉靈祥　葉春林

【摘 要】水轉印工藝是目前國內(nèi)應用最廣的汽車內(nèi)飾件表面裝飾工藝，其成型簡單，圖案多樣，極大地提升了汽車內(nèi)飾的視覺效果。但水轉印工藝對環(huán)境、對人體都有極大的傷害，是一種并不環(huán)保的工藝。文章對水轉印的工藝過程進行了介紹，并論述了幾種可以替代水轉印工藝的環(huán)保工藝。

【關鍵詞】水轉?。籚OC；環(huán)保；免噴涂工藝；IMD；INS；拉絲工藝

【中圖分類號】TQ325 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）01-0116-04

0 前言

水轉印技術是利用水壓將帶彩色圖案的轉印紙/塑料膜進行高分子水解，然后通過水的流動將圖案鋪平，再轉印到產(chǎn)品上的一種印刷方式。水轉印的應用范圍非常廣泛，包括人們熟知的T恤圖案、箱包裝飾件、臺歷架、球拍、沙發(fā)、茶幾、櫥柜、吊燈、電子產(chǎn)品（如鼠標、筆記本、電話、遙控器）和汽車內(nèi)飾件儀表板、扶手、控制盤等各類裝飾件。

目前，國內(nèi)汽車內(nèi)飾裝飾圖案大部分都采用水轉印工藝圖案。汽車內(nèi)飾產(chǎn)品最早使用水轉印技術的是英國勞斯萊斯汽車公司[1]。當時的英國汽車內(nèi)飾工藝師們以手工制作桃木和真皮內(nèi)飾件，設計出了一輛具有皇家氣派的高級轎車，為水轉印技術應用于汽車產(chǎn)品上開創(chuàng)了歷史先河。其后，世界其他著名車場如“賓利”“奔馳”“寶馬”等紛紛效仿。

為了滿足不同消費能力人群對豪華典雅的共性需求，水轉印技術被引入汽車內(nèi)飾設計行業(yè)并獲得迅猛發(fā)展。我國最早是由臺灣地區(qū)的公司在1987年首先引進水轉印技術系統(tǒng)，1994年開始在大陸使用。之后，水轉印技術歷經(jīng)萌芽期、發(fā)展期與創(chuàng)新器，由一種工藝發(fā)展成一種產(chǎn)品，由最初的頂級車選配，發(fā)展成為中級車、入門車的標準配置[2]。近年來塑料的大量應用，又進一步帶動了基于塑料基材的水轉印技術在汽車內(nèi)飾行業(yè)的迅速發(fā)展。

水轉印圖案樣式很多，如仿天然木紋、大理石紋、規(guī)則線條紋、規(guī)則幾何紋、云彩紋、花紋、卡通人物、碳纖維效果等。

1 水轉印工藝簡介

水轉印技術有兩類，一種是水標轉印技術，另一種水披覆轉印技術。水標轉印技術主要完成文字和寫真圖案的轉印，水披覆轉印技術則傾向于在整個產(chǎn)品表面進行完整轉印。披覆轉印技術（Cubic Transfer）使用一種容易溶解于水中的水性薄膜來承載圖文。由于水披覆薄膜張力極佳，很容易纏繞于產(chǎn)品表面形成圖文層，產(chǎn)品表面就像噴漆一樣得到截然不同的外觀[3]，可以披覆在任何形狀之工件上，為生產(chǎn)商解決立體產(chǎn)品印刷的問題。曲面披覆亦能在產(chǎn)品表面加上不同紋路，如皮紋、木紋、翡翠紋及云石紋等，同時亦可避色一般版面印花中常見的虛位。并且在印刷流程中，由于產(chǎn)品表面不需與印刷膜接觸，可避免損害產(chǎn)品表面及其完整性。

水轉印技術是利用傳統(tǒng)的印刷方式，將不同的圖案、圖文印刷于延展性非常好的PVC水溶性薄膜上再于轉印階段分別將印刷膜與產(chǎn)品同步引入水面，并以水為介質(zhì)，借助于水流動的均勻壓力使印刷膜上的圖紋在活化劑的作用下迅速溶解、剝離并轉印到被印物表面。同時，以活化劑為手段，披覆膜則自動溶解于水，將天然的木紋、石紋、針織紋或設計圖紋加工裝飾于各種三維造型制品上，續(xù)以噴涂方式施予面涂作為保護層，從而實現(xiàn)立體產(chǎn)品的印刷。經(jīng)印上所需的色彩紋路后，平送于水的表面，利用水壓的作用，將色彩紋路圖案均勻地轉印于產(chǎn)品表面，經(jīng)清洗及烘干后，再上一層透明的保護涂層，這時產(chǎn)品已呈現(xiàn)出一種截然不同的視覺效果。汽車門開關面板木紋效果如圖1所示；汽車儀表板科技紋路效果如圖2所示；汽車儀表板碳纖維紋路效果如圖3所示。

汽車內(nèi)飾水轉印零件的制作工藝流程如下：基體注塑→表面處理→零件噴底漆→烘干→打磨→水轉印→高壓水洗→烘干→打磨→清漆→UV固化。注塑零件表面沾有油污、手汗和脫模機等污染物，如果直接噴漆會造成漆膜附著力差，圖層易產(chǎn)生龜裂、起泡和脫落等問題，因此涂裝前必須進行除油處理，最好使用塑料表面清洗劑，即用水洗的方法徹底清除塑料件表面污染物，可保證制品表面清潔。

2 水轉印工藝對環(huán)境造成的影響

水轉印工藝雖然應用廣泛，但對環(huán)境產(chǎn)生的影響也是不容忽視的。水轉印的原材料、工藝過程、輔助原料、輔助工藝都會產(chǎn)生大量的烷烴、烯烴、芳烴、乙醛或酮類物質(zhì)，會對人體和環(huán)境產(chǎn)生危害。具體危害如下所述。

2.1 水轉印制品中的苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)有機物（簡稱VOC）超標

我國于2012年3月1日實施《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》（GB/T27630—2011），該標準用于評價乘用車內(nèi)的空氣質(zhì)量，規(guī)定了車內(nèi)空氣中苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)有機物VOC（Volatile Organic Compounds）的濃度要求[4]。世界衛(wèi)生組織（WHO）對VOC的定義為熔點低于室溫而沸點在50～260 ℃的揮發(fā)性有機化合物的總稱。內(nèi)飾部件的揮發(fā)性有機化合物是影響車內(nèi)空氣質(zhì)量的主要原因之一，它們主要是烷烴、烯烴、芳烴、乙醛或酮類物質(zhì)，這些物質(zhì)的沸點通常在50～260 ℃的范圍之內(nèi)。當氣溫達到一定高度時，這些揮發(fā)性物質(zhì)就會釋放出來。有些會形成霧翳凝結在前擋風玻璃上，從而影響駕駛員的視線；有些則產(chǎn)生令人不舒服的氣味，甚至引起人頭疼、干咳和過敏等不適反應，從而對乘員的身體造成傷害。以下是汽車內(nèi)開關面板、右后內(nèi)拉手框蓋板使用水轉印工藝后有毒物質(zhì)和氣味的檢查結果，表1中顯示甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯都超標很大，氣味等級也沒滿足要求。

2.2 原材料本身含有的有害物質(zhì)對環(huán)境造成的影響

水轉印飾件表面的圖案是油墨印刷制成。油墨中包括主要成分和輔助成分，它們均勻地混合并經(jīng)反復軋制而成一種黏性膠狀流體。由顏料、連接料和助劑等組成[5]。通常將曲面披覆轉印膜上的圖文設計成不具有具體造型，變形后也不影響觀賞的重復圖案。水轉印膜通常使用凹版印刷機，能夠獲得很高的伸長率和較低的印刷成本，同時凹版印刷機具有精確的張力自動控制系統(tǒng)，一次可印刷出4～8種顏色，套印準確度較高。凹印水披覆轉印膜使用水轉印油墨，與傳統(tǒng)油墨相比，水轉印油墨耐水性好，干燥方式為揮發(fā)性干燥。凹版印刷油墨是用揮發(fā)型溶劑為連接料的，所用的連接料是對人體有危害的苯、二甲苯。因此，工件上的轉印膜的干燥程度是影響其散發(fā)性能的重要因素。

轉印膜覆蓋在水上時，需要用活化劑溶解?；罨瘎┦怯啥妆健⒁叶家颐汛揍匁?、甲基異丁基甲酮、丁酯等化學溶劑組成的，活化劑噴灑于PVC水溶性薄膜上時所散發(fā)的氣味，會對操作者和空氣、水都造成極大的污染和傷害。

2.3 高壓水洗造成的水污染

水洗是水轉印零件低散發(fā)的最重要的工序，較好的散發(fā)性的水轉印零件通雜印后需要至少5道水洗工序，并且均使用去離子水，每道水洗的時間應根據(jù)零件的復雜程度調(diào)整，但必須保證5道水洗后的工件表面無污染殘留，可以通過測定第五道水洗的洗前和洗后電導率來評價有無殘留，如果洗前和洗后的電導率基本一致，說明工件表面已清洗干凈。為保證零件表面的整潔性，沖洗用的水不能重復利用。不但是高壓水洗的用水，為了保持整潔性，溶解薄膜的水也不能重復利用，只能作為廢水排放掉。而排放的廢水中包含了大量的去離子水、活性劑、PVC薄膜等多種化學元素，會對土壤、地下水、湖泊和江河等造成嚴重的環(huán)境污染。

2.4 水轉印生產(chǎn)過程對人的傷害

雖然水轉印技術在我國已經(jīng)普及，但由于機械設備昂貴，所以大多數(shù)公司依然是采用工人手工操作的方式進行水轉印生產(chǎn)。在薄膜活化之后，工人手持零件，以45°斜角方式拿著零件入水，在轉印膜轉移到零件上后迅速將零件從水中拉出（如圖4所示）。

為保證零件的合格率，生產(chǎn)過程都是不戴手套或其他防護用具的，人體皮膚直接接觸這些烷烴、烯烴、芳烴、乙醛或酮類有害化學物質(zhì)，長期接觸會引起各類皮膚疾病及頭疼、干咳和過敏等不適反應，對操作工人的身體造成傷害。

2.5 水轉印前后的油漆過程對環(huán)境的危害

在零件開始水轉印之前，需要先上一道底漆，保證水轉印膜的附著性。在高壓水洗之后，還需要上一道漆，增加零件表面的耐刮擦性、耐老化性、耐濕熱循環(huán)性。但油漆本身對環(huán)境和對人體的傷害都是顯而易見的。據(jù)研究，長期從事噴漆及相關工藝的人，眼手協(xié)調(diào)能力、視覺運動速度、心理運動穩(wěn)定度均會降低[6]。而涂料中含有的苯則是一種劇毒溶劑，是威脅人類健康的化學物質(zhì)之一。同時，噴漆過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣等，會對土壤、水、空氣等造成嚴重的危害[7]。

3 解決水轉印污染的替代工藝

3.1 免噴涂工藝

免噴涂材料也叫帶色注塑材料，是在原有的塑料粒子中加入礦物、增韌劑、特制銀粉及各種助劑并經(jīng)雙螺桿擠出機熔融共混而成的一種改性材料。顧名思義就是不需要噴漆即可達到高亮的效果。免噴涂技術相比噴漆，具備注塑成品率高、精簡生產(chǎn)環(huán)節(jié)等優(yōu)勢，產(chǎn)品美觀，對環(huán)境的污染小，也減少了能源的消耗。作為一項新興技術，已經(jīng)逐步開始應用在汽車內(nèi)外飾上。

免噴涂工藝可以實現(xiàn)噴漆效果，以及珠光效果、高亮黑、鋼琴烤漆黑、閃爍珠光效果、半透閃爍效果和半透效果。免噴涂材料可用聚丙烯材料添加金屬粉、鋁粉，最終產(chǎn)品有著金屬光澤。添加鋁粉后的材料剛性增加，韌性降低，密度上升，重量增加。也可以用特殊色彩的樹脂直接注塑成型。色彩鮮艷，表面光澤度高，容易成型，不脫漆。但是，免噴涂零件對模具型腔的光潔度要求非常高，流道設計要根據(jù)不同的原材料的流動速率不同來做調(diào)整。

3.2 模內(nèi)裝飾IMD、INS工藝

IMD是英文In-Mold Decoration的首字母縮寫，翻譯成中文是模內(nèi)裝飾鑲嵌及轉印技術，簡稱模內(nèi)裝飾技術[8]。它是把薄膜放在模具中，利用模具的溫度和壓力，通過注塑一次完成產(chǎn)品外觀的裝飾。汽車領域常用的是IMD（In-Mold Decoration）和INS（Film Insert Molding）工藝。

IMD：帶有外觀效果的IMD薄膜（圈材）被安裝在輸膜機上，而輸膜機則固定在注塑機上，在注塑開模時，讓薄膜輸進模具中間，合模后注射膠料，讓薄膜貼覆在模具上的同時，與膠料成型。流程為薄膜輸送→薄膜定位，取模件→注塑成型→后處理，清理飛邊。

INS：將帶有外觀效果的INS薄膜預先吸塑/高壓成型，把多余的膜邊沖切，再把沖切好的薄膜殼片放置在注塑模具內(nèi)進行注塑。流程為薄膜加熱→高壓空氣成型（或者吸塑成型）→刀模裁切→已成型薄膜殼片放入模腔→合模，注塑成型→開模，完成總成件。

這2種工藝生產(chǎn)出來的零件都是不需要經(jīng)過噴漆、水洗、活化等工序，薄膜直接在注塑過程中轉印到產(chǎn)品上，一次成型。生產(chǎn)過程和產(chǎn)品本身都沒有污染，塑料與薄膜下腳料可以回收再利用。IMD、INS薄膜本身就有很強的耐磨、耐刮擦、耐老化性，不需要再噴涂油漆即可達到汽車內(nèi)飾件的使用要求。

INS和IMD工藝產(chǎn)品經(jīng)過有毒物質(zhì)和氣味的測試，結果都滿足現(xiàn)行國標《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》（GB/T27630—2011）。某產(chǎn)品使用IMD和INS工藝加工的測試結果（見表2）。

3.3 拉絲工藝

拉絲工藝是一種金屬加工工藝。在金屬壓力加工中，在外力作用下使金屬強行通過模具，金屬橫截面積被壓縮，并獲得所要求的橫截面積形狀和尺寸。表面的紋理呈直線狀，可以提高表面質(zhì)量，遮掩表面輕微劃痕。拉絲效果本身也是看起來非常高檔的圖案，此類產(chǎn)品有金拉絲、銀拉絲、雪花砂、噴砂表面，能將金、銀色等在其他板材類難以表現(xiàn)的重金屬感得以充分體現(xiàn)。金、銀乃富貴色，也是身份與地位的象征。金、銀拉絲飾面金屬板采用的主要金屬材質(zhì)可分為鋁、銅與不銹鋼三大類，以其原金屬形態(tài)的質(zhì)感、光澤與特性，加以霧面、鏡面、立體、浮雕和特殊的木皮金屬鏤空面等各種不同的表面處理。并且，拉絲還可以呈現(xiàn)3D立體效果，具有觸感，這是水轉印效果沒辦法達到的（如圖5所示）。

4 結論及展望

隨著人們對環(huán)境和健康的關注，傳統(tǒng)水轉印帶來的環(huán)保問題勢必越來越不被市場所接受。除導致環(huán)境問題之外，水轉印本身由于工序多，所以不良品率也非常高。此外，由于零件是被全部浸入水中，所以內(nèi)表面也會被轉印到，影響制品美觀。轉印過程中，非常容易出現(xiàn)花紋失真、變形等問題，因此不規(guī)則紋理木紋等適用范圍較高，但是規(guī)則紋理變形失真導致合格率低、成本上升。水轉印工藝雖然在很長一段時間內(nèi)都還作為汽車內(nèi)飾紋理的主要工藝，但由于各種局限性，終將會逐步被其他環(huán)保型工藝所替代。

參 考 文 獻

[1]李曉娟.基于水轉印技術的汽車內(nèi)飾設計研究[D].株洲：湖南工業(yè)大學，2008.

[2]楊愛明.汽車造型設計的系統(tǒng)性原則與未來汽車的發(fā)展[J].鄭州輕工學院學報，2003（12）：69.

[3]鄒洋，張彥粉.水轉印原理及工藝流程[J].絲網(wǎng)印刷，2009（6）.

[4]谷曉杰.汽車內(nèi)飾件水轉印散發(fā)性能控制與改善[J].絲網(wǎng)印刷，2014（6）.

[5]沈宏玲，程志君.汽車內(nèi)飾件水轉印表面涂裝技術探討[J].涂料技術與文摘，2014（3）.

[6]趙曉萍，婁樂忠，云麗杰.噴漆作業(yè)對工人神經(jīng)行為的影響[J].中國衛(wèi)生工程學，2003（2）.

[7]張瑞軍，張敏.工業(yè)噴漆的環(huán)境污染研究[J].科技與創(chuàng)新，2014（22）.

[8]廖威.綠色環(huán)?！狪MD技術在汽車領域“大有可為”[J].技術新視野，2010（3）.

[責任編輯：陳澤琦]