尹建偉

(上汽集團股份有限公司乘用車分公司 中心實驗室，上海 201804)

0 前言

隨著社會的進步和汽車工業(yè)的發(fā)展，消費者對于乘用車內(nèi)飾的檔次要求越來越高,因此，油漆、水轉(zhuǎn)印、INS、IMD等表面保護形式越來越多的應(yīng)用在乘用車的內(nèi)飾裝飾條上。但是，這些表面保護形式的應(yīng)用同時也帶來了一些問題。由于在生產(chǎn)的過程中，這些裝飾條都會或多或少使用一些溶劑，即使固化以后，仍會在高溫等環(huán)境中散發(fā)出有毒有害物質(zhì)。

隨著國家對于環(huán)保的重視，由環(huán)保部新修訂的GB/T 27630—2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》已經(jīng)于2017年1月1日正式實施。此次修訂將該標準變?yōu)閺娭菩詷藴?，新標準中對于車輛檢查和有害物的限制也更為嚴格。同時，顧客的環(huán)保意識也是越來越強，對于車內(nèi)空氣質(zhì)量的要求越來越高。另外，也會有一些第三方的機構(gòu)，抽檢在售汽車，并對車內(nèi)空氣質(zhì)量進行一些具體的測試和評價[1]。這就對于整車和零部件提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。

本文討論了在保證水轉(zhuǎn)印零件的外觀和性能前提下，如何降低其對于車內(nèi)空氣質(zhì)量的有害影響。

1 水轉(zhuǎn)印零件的材料和工藝過程

所謂水轉(zhuǎn)印也稱為水批覆轉(zhuǎn)印，是指對物體的全部表面進行裝飾，將零件的本來面目遮蓋，能夠?qū)φ麄€物體表面(立體)進行圖案印刷[2]。水轉(zhuǎn)印可以實現(xiàn)不同材料表面的裝飾，根據(jù)要轉(zhuǎn)印零件材料的不同，水轉(zhuǎn)印的實現(xiàn)工藝也會略有不同。本文對水轉(zhuǎn)印實現(xiàn)需要用到的材料和工藝過程進行簡單的介紹。

1.1 無底漆水轉(zhuǎn)印零件的材料

1.1.1 基材

水轉(zhuǎn)印的基材主要分為以下兩種。

(1) 需要涂層的材料。玻璃、金屬、陶瓷等非吸收性材料, 以及聚乙烯、聚丙烯等非極性材料都需要先涂布專用涂層,才能進行水轉(zhuǎn)印。涂層是一些對轉(zhuǎn)印材料有良好附著力的油漆，可以用網(wǎng)印、噴涂、滾涂的方式加工。從印刷角度來講，涂層技術(shù)解決了對許多無法印刷的材料進行表面裝飾的難題?，F(xiàn)在流行的很多轉(zhuǎn)印工藝，如熱升華轉(zhuǎn)印、熱熔轉(zhuǎn)印、陶瓷貼花轉(zhuǎn)印、感壓轉(zhuǎn)印等，都需要在承印材料表面先進行涂布處理。

(2) 容易轉(zhuǎn)印的材料。塑料中有些材料的印刷性能良好，如聚苯乙烯(PS)、 ABS、有機玻璃、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)等材質(zhì)，無須涂層就可以轉(zhuǎn)印，轉(zhuǎn)印原理與印刷原理相似。

汽車內(nèi)飾中通常使用水轉(zhuǎn)印技術(shù)的是儀表板、中控臺和門板上的裝飾條，而這些裝飾條的基材大部分是塑料合金ABS和PC/ABS，它們都屬于容易轉(zhuǎn)印的塑料材料。

1.1.2 薄膜

水轉(zhuǎn)印薄膜一般是用凹版印刷機,采用傳統(tǒng)印刷工藝，在水溶性聚乙烯醇薄膜表面印刷而成。水轉(zhuǎn)印膜的基材伸縮率非常高，很容易緊密地貼附于物體表面，這也是它適合在整個物體表面進行轉(zhuǎn)印的主要原因。但伸縮性大的缺點也是顯而易見的，即在印刷和轉(zhuǎn)印過程中，薄膜表面的圖文容易變形；其次是轉(zhuǎn)印過程若處理不好，薄膜有可能破裂。為了避免這個缺點，經(jīng)常把水轉(zhuǎn)印膜上的圖文設(shè)計成不具有具體造型、變形后也不影響觀賞的重復(fù)圖案。和傳統(tǒng)油墨相比，水轉(zhuǎn)印油墨耐水性好，干燥方式為揮發(fā)性干燥。

1.1.3 活化劑

活化劑是一種有機混合溶劑，能夠迅速溶解并破壞聚乙烯醇薄膜，但不會損壞圖文印刷層。活化劑作用于圖文印刷層后能夠使其活化并與聚乙烯醇薄膜分離，從而吸附在承印物表面，實現(xiàn)水轉(zhuǎn)印披覆。

1.1.4 油漆

傳統(tǒng)的汽車用水轉(zhuǎn)印零件的生產(chǎn)過程中，一般要用到兩層油漆。第一層油漆是在水轉(zhuǎn)印基材和油墨之間，一般是為了是提供花紋的底色。第二層油漆是在水轉(zhuǎn)印后的零件上。因水披覆膜印刷層硬度低而容易劃傷，所以實現(xiàn)水披覆轉(zhuǎn)印后的零件必須噴涂透明涂料加以保護，從而進一步提高裝飾效果。利用PV透明光油或UV光固化透明光油涂裝，能形成啞光或鏡面的效果[3]。

1.2 無底漆水轉(zhuǎn)印零件的工藝流程

傳統(tǒng)的汽車水轉(zhuǎn)印零件的工藝流程主要包含以下步驟，工藝流程如圖1所示。

圖1工藝流程

(1) 噴底漆。若要轉(zhuǎn)印不同的圖案，必須使用不同的底色，如木紋基本使用棕色、咖啡色、土黃色等，石紋基本使用白色等。

(2) 膜的延展。讓水轉(zhuǎn)印膜在水面上平放，并待膜伸展平整。

(3) 活化。以活化劑使轉(zhuǎn)印膜的圖案活化成油墨狀態(tài)；將水披覆轉(zhuǎn)印薄膜平鋪于轉(zhuǎn)印水槽水面上，圖文層朝上，保持水槽中的水清潔，且基本處于中性狀態(tài)，用活化劑在圖文表面均勻地噴涂，使圖文層活化，易于與載體薄膜分離?；罨瘎┦且环N以芳香烴為主的有機混合溶劑，能夠迅速溶解并破壞聚乙烯醇，但不會損壞圖文層，使圖文處于游離狀態(tài)[4]。

(4) 轉(zhuǎn)印。利用水壓將經(jīng)活化后的圖案印于被印物上；將需要水轉(zhuǎn)印的物品，沿其輪廓逐漸貼近水轉(zhuǎn)印薄膜，圖文層會在水壓的作用下慢慢轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品表面，由于油墨層與承印材料或者特殊涂層固有的黏附作用而產(chǎn)生附著力。轉(zhuǎn)印過程中，承印物與水披覆膜的貼合速度要保持均勻，避免薄膜皺褶而使圖文不美觀。原則上講，應(yīng)保證圖文適當?shù)睦?，盡量避免重疊，特別是結(jié)合處，重疊過多，會給人以雜亂的感覺。越是復(fù)雜的產(chǎn)品對操作的要求越高。

水溫是影響轉(zhuǎn)印質(zhì)量的重要參數(shù)，水溫過低，可能會使基材薄膜的溶解性下降；水溫過高又容易對圖文造成損害，引起圖文變形。轉(zhuǎn)印水槽可以采用自動溫度控制裝置，將水溫控制在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。對于形狀比較簡單、統(tǒng)一的大批量工件，也可用專用的水轉(zhuǎn)印設(shè)備代替手工操作，如圓柱體工件，可以將其固定在轉(zhuǎn)動軸上，在薄膜表面轉(zhuǎn)動而使圖文層發(fā)生轉(zhuǎn)印。轉(zhuǎn)印披覆圖文后還要進行以下幾步處理。

(5) 沖淋。將被印零件表面殘留的雜質(zhì)用水洗凈，汽車行業(yè)一般選用純凈水進行沖淋；將工件從水槽中取出，除去殘留的薄膜，再用清水洗去沒有固著在產(chǎn)品表面的浮層。注意水壓不能太大，否則容易對轉(zhuǎn)印的圖文造成破壞。

(6) 烘干。將被印零件烘干，溫度要視素材的素性與熔點而定，一般ABS和PC/ABS為80 ℃左右。

(7) 噴面漆。噴上透明保護漆保護被印零件表面，一般厚度為25～30 μm；為增強圖文層對環(huán)境的抵抗性，要在表面進行噴漆處理。噴漆可以用溶劑型光油，噴完后進行自然干燥或加熱干燥；也可用UV光油，采用紫外線固化干燥。相比之下，UV固化更適應(yīng)環(huán)保要求。溶劑型的光油需與配套硬化劑混合使用，如東莞長安通用器材行銷售的水轉(zhuǎn)印噴涂光油，是一種以聚氨酯樹脂為連結(jié)料的光油，要配合PU硬化劑使用；涂層的厚度可通過添加適量的稀釋劑、改善光油的黏度來控制。

(8) 烘干。將噴完面漆的零件表面干燥，烘干溫度ABS和PC/ABS一般為80 ℃左右。

2 無底漆水轉(zhuǎn)印零件的性能

因為考慮基材和漆層的附著力，傳統(tǒng)汽車用水轉(zhuǎn)印零件有時會噴一層介質(zhì)，然后為了外觀效果，噴一層色漆，所以一般由4層或者5層構(gòu)成，如圖2所示。而無底漆水轉(zhuǎn)印技術(shù)僅僅由3層構(gòu)成，如圖3所示。

圖2 傳統(tǒng)水轉(zhuǎn)印

2.1 外觀

無底漆水轉(zhuǎn)印和傳統(tǒng)水轉(zhuǎn)印相比，對于注塑的要求更高，同時由于顏色是通過添加色母來實現(xiàn)的，所以金屬效果的基材成型時表面易產(chǎn)生流痕、結(jié)合線的缺陷。在上汽某A車型的基材為PC/ABS的IP飾條的無底漆水轉(zhuǎn)印的開發(fā)過程中，在模具設(shè)計階段就考慮到以后工藝問題。通過增加澆口和熱嘴數(shù)量(從3個熱嘴增加到5個)的同時增加順序進膠和相應(yīng)的設(shè)備(時間控制器)，通過順序開放澆口的方式來去除熔接線和減少其他外觀分線。同時，注意注塑工藝的模溫調(diào)節(jié)，以達到設(shè)計要求的外觀效果。

圖3 無底漆水轉(zhuǎn)印

2.2 表面保護性能

在上汽A車型的IP飾條的無底漆水轉(zhuǎn)印技術(shù)的開發(fā)過程中，依據(jù)水轉(zhuǎn)印表面保護性能對其進行材料認可的實驗中發(fā)現(xiàn)：240 h冷凝水存放實驗，168 h表面出現(xiàn)氣泡，實驗完成后放置30 min氣泡未消失。零件如圖4所示，其中氣泡位于圖4中橢圓中，實驗評價為結(jié)果不符合標準要求。

圖4 A車型的IP飾條240 h冷凝水后

由于底漆的取消會導(dǎo)致清漆的附著力下降，而表征附著力的參數(shù)是達因值，通過達因比的測試，發(fā)現(xiàn)零件表面的附著力不夠。通過改變螺桿組合, 提高注塑時模溫和調(diào)整材料配方等手段來提高注塑基材表面的附著力。同時，主要影響附著力的雜質(zhì)是轉(zhuǎn)印薄膜的承載介質(zhì)PVA在轉(zhuǎn)印和后道工藝沒有清除干凈。對于上汽A車型的供應(yīng)商的轉(zhuǎn)印線，轉(zhuǎn)印后采用三段式?jīng)_淋來去除雜質(zhì)：第一段為循環(huán)水；第二段為純水；第三段為蒸餾水。在后續(xù)工藝調(diào)整過程中，可以調(diào)整和控制沖淋的時間來提高表面的潔凈度。通過上述措施，上汽A車型的IP飾條通過了實驗要求的冷凝、水解等相關(guān)性能實驗。

2.3 散發(fā)性能

總碳測試是表征零件的散發(fā)性能的一個指標。上汽對于內(nèi)飾水轉(zhuǎn)印零件的要求是總碳≤80 μgC/g。但是傳統(tǒng)方式生產(chǎn)出來的水轉(zhuǎn)印零件的總碳值極易超標，且超標根本原因不清楚，整改措施基本是烘烤或者常溫存放，在量產(chǎn)過程中很難控制。針對該問題，進行了一些簡單的研究。

分別測試了上汽B車型的IP飾條不同階段，依次為原始基材、噴底漆后零件、水轉(zhuǎn)印后零件和噴面漆后的零件的總碳，其結(jié)果如圖5所示。

圖5 水轉(zhuǎn)印生產(chǎn)過程總碳變化

從圖5中可以看出：

(1) 水轉(zhuǎn)印件總碳超標的主要原因是底漆噴涂工藝；

(2) 烘烤工藝可有效控制水轉(zhuǎn)印工藝和面漆工藝不增加總碳。

取消底漆之后，測試了上汽A車型的無底漆水轉(zhuǎn)印的總碳為32.6 μgC/g，遠遠低于總碳標準要求的≤80 μgC/g。相比傳統(tǒng)工藝總碳200 μgC/g左右，有了非常明顯的降低。高溫氣味3.5級，符合標準要求的≤3.5級。

3 無底漆水轉(zhuǎn)印技術(shù)的經(jīng)濟效益分析

上汽A車型使用無底漆水轉(zhuǎn)印的相關(guān)成本核算如表1所示。其中：產(chǎn)品為飾條；質(zhì)量為0.022 kg；面積為0.01 m2，年產(chǎn)量為10萬臺。從表1中可以看出，無底漆水轉(zhuǎn)印技術(shù)在IP飾條上的應(yīng)用，實現(xiàn)了總成本減低，生產(chǎn)效率提升。同時更為綠色環(huán)保，降低了環(huán)境污染，且對工人身體影響更小。缺點：顏色和花紋的設(shè)計存在一定的局限性。因為轉(zhuǎn)印膜是半透明的，素材無法做出的顏色花紋，必須用底漆。例如銀色花紋必須噴涂底漆，白色花紋一般也需要噴涂底漆。

表1 上汽A車型使用無底漆水轉(zhuǎn)印的相關(guān)成本核算

4 結(jié)論

無底漆水轉(zhuǎn)印技術(shù)在上汽A車型IP飾條上的成功應(yīng)用，在保證零件外觀和表面保護性能的前提下，實現(xiàn)了零件散發(fā)性能的優(yōu)化。傳統(tǒng)水轉(zhuǎn)印零件的總碳在200 μgC/g左右，而無底漆水轉(zhuǎn)印零件只有32.6 μgC/g，由此可以看出，無底漆水轉(zhuǎn)印技術(shù)實現(xiàn)了汽車飾條零件總碳的明顯降低。同時，由于工藝的簡化，使得零件生產(chǎn)的物料成本下降，同時生產(chǎn)效率提升，最終實現(xiàn)了零件系統(tǒng)成本的下降。

致謝

感謝上海汽車乘用車分公司中心實驗室的徐睿和王曉文對于測試數(shù)據(jù)的支持。