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        車燈塑料件真空鍍鋁缺陷分析與對(duì)策

        2021-03-08 14:35:18陶永亮
        電鍍與涂飾 2021年2期

        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,可喻為汽車的“眼睛”,有照明和裝飾兩種功能[1]。目前汽車燈具已向全塑料化發(fā)展[2-3],車燈塑料件表面采用真空鍍鋁膜作為反射鏡面。鍍鋁是一項(xiàng)特殊工序,在整個(gè)加工過程中會(huì)產(chǎn)生較多的缺陷,產(chǎn)品合格率比較低。為解決鍍鋁缺陷,人們一直在積極努力。一方面通過改進(jìn)注塑、鍍鋁等工藝,另一方面通過燈具優(yōu)化設(shè)計(jì),盡量回避缺陷或限用鍍鋁件,以減少鍍鋁件的報(bào)廢。本文主要介紹車燈塑件鍍鋁缺陷分析與對(duì)策,供同行參考。

        1 汽車燈具鍍鋁基本概況

        1. 1 汽車燈具的基本情況

        汽車燈具主要分為前燈、霧燈、尾燈及其他裝飾燈。前燈在環(huán)境亮度低時(shí)起到道路照明和車輛示寬作用,其鍍鋁零件主要是反射鏡及反射視圈和裝飾視圈。霧燈需在雨、霧、雪等能見度低的天氣狀況下打開,對(duì)前后車輛起警示作用,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,其鍍鋁零件主要是燈體。另外還有各種燈內(nèi)裝飾件會(huì)鍍鋁。上世紀(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。真空鍍膜技術(shù)在全塑料化燈具上得到了全面應(yīng)用,并積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。

        1. 2 鍍鋁的基本情況

        真空鍍鋁膜是在高真空狀態(tài)下,采用加熱或離子轟擊的方法使金屬鋁由固態(tài)迅速轉(zhuǎn)化為氣態(tài),并以分子或原子形態(tài)沉積在塑料表面而形成一層金屬薄膜,是塑料表面金屬化最有效的方法之一[4-5]。目前,車燈塑料零件鍍鋁膜主要采用有底鍍和無底鍍兩種加工方式。有底鍍針對(duì)聚烯烴或非極性聚合物,由于其表面自由能小,表面濕張力較低,與鍍鋁層之間結(jié)合力很差,因此采用預(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,具有鏡面效果,可遮蓋基材上的缺陷。無底鍍則采用聚酯類極性高分子聚合物作為基材,由于其表面自由能較高,與鍍鋁層的結(jié)合力很好,因此可在基材上直接鍍鋁后再鍍保護(hù)膜。兩種鍍鋁方式中工序都比較多,對(duì)最終鍍鋁質(zhì)量有不同的影響。

        1. 3 鍍鋁產(chǎn)品檢測(cè)情況

        目前鍍鋁產(chǎn)品常規(guī)檢測(cè)有3項(xiàng),無論在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)還是進(jìn)貨檢測(cè),基本上能滿足鍍鋁品控要求。

        1. 3. 1 附著力測(cè)試

        用于考察鍍膜與被鍍表面之間通過物理或者化學(xué)的反應(yīng)作用在一起的牢固程度。用百格刀在測(cè)試樣本表面劃10 × 10(即100個(gè))的1 mm × 1 mm的小方格,每一條劃線深及油漆的底層;用3M膠紙或等同效力的膠紙牢牢粘住被測(cè)試的小網(wǎng)格后用力撕開,根據(jù)膠紙上的粘附情況來評(píng)定附著力。

        1. 3. 2 高溫測(cè)試

        這是為鍍鋁件能適應(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)噴涂底漆是否已達(dá)到烘干要求。每種材料的加熱溫度不同,但時(shí)間至少為1 h。

        1. 3. 3 滴定測(cè)試

        主要用于測(cè)試保護(hù)膜對(duì)鍍鋁的保護(hù)效果,試驗(yàn)采用1%苛性鈉水溶液在常溫下浸泡或滴定 10 min以上, 不露底為合格。該測(cè)試能判定真空鍍鋁膜層之間的結(jié)合力,以及底漆和保護(hù)膜的性能與品質(zhì)。

        2 鍍鋁件缺陷分析

        鍍鋁缺陷分析是一項(xiàng)綜合性評(píng)定工作。汽車燈具零件以注塑件為主,除了鍍鋁自身的缺陷外,還要關(guān)注注塑件缺陷、包裝運(yùn)輸、產(chǎn)品測(cè)試報(bào)廢等方面。

        2. 1 注塑毛坯件缺陷

        燈具鍍鋁件加工從注塑件制作開始。注塑和鍍鋁一樣都是特殊的工序,產(chǎn)品加工中受到溫度、壓力、速度、時(shí)間、環(huán)境等因素的制約,毛坯件可能有銀絲、熔接痕、霧斑(氣斑)、收縮、劃傷、手印、油點(diǎn)、口水,以及因產(chǎn)品存放吸濕、模具粗糙等引起的各種缺陷,其中有些缺陷在鍍鋁中有無法消除,有時(shí)甚至因非鍍鋁面上的缺陷無法滿足裝配要求而導(dǎo)致鍍鋁件報(bào)廢。造成缺陷的原因有很多,如注塑設(shè)備、模具、注塑工藝波動(dòng)等,也有環(huán)境因素和人為因素。表1列出了注塑主要缺陷對(duì)鍍鋁的影響。

        表1 注塑缺陷對(duì)真空鍍鋁的影響Table 1 Effects of various injection defects on vacuum aluminizing

        2. 2 鍍鋁工序缺陷

        有底涂鍍鋁有噴漆工序缺陷和鍍鋁工序缺陷兩部分,無底涂鍍鋁只有鍍鋁工序缺陷。由于工序較多,產(chǎn)生缺陷的風(fēng)險(xiǎn)還是很大的。

        2. 2. 1 噴漆工序缺陷

        噴漆是有底涂鍍鋁前的重要工序,事關(guān)鍍鋁質(zhì)量。工作環(huán)境(含干燥設(shè)備)無塵,能減少涂覆表面粘附顆粒和灰塵纖維。噴漆工序由噴漆和固化兩部分組成。目前噴漆以人工操作為主,噴手的操作技術(shù)很重要,流淌和噴漆不均勻往往會(huì)導(dǎo)致鍍鋁產(chǎn)品報(bào)廢。固化方式有熱固化和紫外光(UV)固化。噴漆和固化過程中的缺陷有噴漆不均、噴漆未到位、流淌、油點(diǎn)、顆粒、異物、固化不透等。這些缺陷的產(chǎn)生與每個(gè)工序操作(動(dòng)作)都有一定的關(guān)系。

        噴漆不均、噴漆未到位屬于手工噴漆中沒有控制好的情況,特別是對(duì)有遮擋的部位噴漆(有限噴)時(shí),由于不易掌控,因此最容易出現(xiàn)這些情況。

        流淌與噴漆噴多了有較大的關(guān)系,還有就是流平過程中擺放不平,使油漆向一個(gè)方向流動(dòng)較多。

        油點(diǎn)多數(shù)是在注塑過程中帶進(jìn)了較多的油。模具上一般不能有油類物質(zhì),因油類物質(zhì)會(huì)浸入產(chǎn)品中而影響鍍鋁效果。若模具潤(rùn)滑做得較差,則可明顯看出鍍鋁件有麻點(diǎn)。模具一般采用耐高溫潤(rùn)滑油。發(fā)現(xiàn)油點(diǎn)多時(shí),應(yīng)以汽油或酒精清洗,晾干后再噴漆。

        顆粒、異物多數(shù)與工作環(huán)境有關(guān),鍍鋁現(xiàn)場(chǎng)要求不同潔凈度的潔凈室必須保持一定的壓力梯度,以有效避免潔凈室被鄰室污染或污染鄰室。壓差調(diào)試時(shí)要保證潔凈室換氣次數(shù)及設(shè)備排風(fēng)和除塵效果,潔凈區(qū)與室外的壓差不小于10 Pa[6]。潔凈室要放除濕機(jī),夏天安裝空調(diào),潔凈室濕度要控制在75%以下。好的環(huán)境對(duì)噴漆、鍍鋁都有好處。

        噴漆件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;而固化不透就是油漆沒有干透的缺陷,鍍鋁件在高溫試驗(yàn)后會(huì)發(fā)彩。熱固化一般用自制烘箱(位于噴漆室與鍍鋁室之間),毛坯從噴漆室放入,固化后從鍍鋁室取出,從而減少搬運(yùn)環(huán)節(jié)的損失。烘箱各個(gè)位置的溫差控制在5 ℃以內(nèi),溫差大容易有固化不透或因局部溫度過高而導(dǎo)致塑件變形。UV固化靠光能固化油漆,光能大小對(duì)固化油漆起著重要作用,可以用光能儀測(cè)定,如圖1所示。

        圖1 熱固化烘箱和UV固化設(shè)備照片F(xiàn)igure 1 Photos of heat curing oven and UV curing equipment

        2. 2. 2 鍍鋁工序缺陷

        鍍鋁工藝流程為:預(yù)真空→離子清洗→鍍鋁→離子轟擊→鍍保護(hù)膜→放氣。其中,鍍保護(hù)膜是主要環(huán)節(jié),最重要的是鍍保護(hù)膜時(shí)間的設(shè)置。鍍膜時(shí)間長(zhǎng)了,鍍膜表面易發(fā)彩;時(shí)間短了,鍍膜表面鍍層很薄,影響使用效果。鍍鋁件的常見缺陷如圖2所示。

        圖2 部分典型缺陷的照片F(xiàn)igure 2 Photos of some typical defects

        2. 2. 2. 1 炸鋁

        鋁絲純度不夠,含有雜質(zhì)過多,導(dǎo)電導(dǎo)熱不好,就會(huì)產(chǎn)生炸鋁,這與鋁絲品質(zhì)較差,或鋁絲存放不當(dāng)而發(fā)生氧化有關(guān)。還有就是操作上蒸發(fā)電流的控制不好,電流上得太快,或有鎢絲接觸不良,預(yù)熔、蒸發(fā)階段的工藝時(shí)間設(shè)置不當(dāng)[7]。

        2. 2. 2. 2 發(fā)黃

        真空鍍鋁時(shí)發(fā)現(xiàn)的鋁層發(fā)黃有幾種原因[8]:

        (1) 真空度低。解決方法是清潔真空室內(nèi)的送鋁、蒸鍍、冷卻、放卷等裝置,檢查真空系統(tǒng),降低環(huán)境濕度。

        (2) 薄膜釋放氣體。解決方法是薄膜預(yù)干燥,延長(zhǎng)抽真空時(shí)間。

        (3) 噴鋁過多。

        (4) 蒸發(fā)舟內(nèi)有雜質(zhì)。

        2. 2. 2. 3 發(fā)黑

        遇到發(fā)黑首先是看鍍的鋁層是否夠厚。如肯定夠厚,就是材料的電暈值不夠,根本不能上鋁。材料鍍鋁面有油也可能會(huì)發(fā)黑。

        2. 2. 2. 4 白點(diǎn)

        有可能是講話時(shí)留下的口水印痕,也有可能是因?yàn)殄冧X的蒸發(fā)溫度過高或過低,蒸發(fā)器表面溫度不穩(wěn)定而在鍍鋁膜表面留下小的顆粒(對(duì)著燈光觀察時(shí)明顯)。另外,蒸發(fā)太快而出現(xiàn)的濺點(diǎn)也呈白色。

        2. 2. 2. 5 發(fā)彩

        除鍍膜流量控制不好會(huì)導(dǎo)致鍍膜發(fā)彩外,高溫試驗(yàn)后出現(xiàn)的發(fā)彩分兩種情況:噴漆后鍍鋁是因油漆固化不透而發(fā)彩,無底涂鍍鋁是材料遇到高溫后應(yīng)力釋放而發(fā)彩。個(gè)別基材中如有揮發(fā)性雜質(zhì),其高溫下的釋放也會(huì)使鍍鋁膜發(fā)彩[9]。

        2. 2. 2. 6 發(fā)霧

        一般注塑件出模后在1 h內(nèi)鍍鋁是最好的。發(fā)霧是毛坯有吸濕的反映,與生產(chǎn)和保存環(huán)境有關(guān)。對(duì)于輕微發(fā)霧,將毛坯件置于烘箱中(根據(jù)材料來設(shè)定溫度)烘烤30 min以上就能消除。注意:注塑和鍍鋁環(huán)境也要保持一定的濕度。

        2. 2. 2. 7 手印

        毛坯件上的手印在鍍鋁后無法去除,應(yīng)在鍍鋁前用絨布輕輕擦除。鍍鋁后的手印則是沒有戴皮質(zhì)手套操作的結(jié)果。

        2. 2. 2. 8 附著力不佳

        附著力是鍍鋁檢測(cè)的關(guān)鍵項(xiàng)目,有專門的標(biāo)準(zhǔn)衡量[10]。附著力不佳與基材表面張力、基材表面清潔度和鍍鋁工藝設(shè)置有關(guān),真空度不好也會(huì)導(dǎo)致鍍膜附著力不合格。隨著蒸鍍時(shí)間的延長(zhǎng),蒸發(fā)的鋁粒子越多,鍍鋁機(jī)里溫度逐漸上升,基體受到蒸發(fā)粒子的不斷轟擊,有利于鋁原子在基體表面的擴(kuò)散,從而提高鍍層的附著力[11]。

        2. 2. 2. 9 擦傷(含劃傷)

        鍍鋁前應(yīng)先剔除擦傷的毛坯件。表面清潔時(shí)擦拭力度過大或涂布過硬會(huì)造成擦傷;鍍鋁過程操作不當(dāng),鍍鋁后取件不當(dāng)和包裝不當(dāng)也都會(huì)造成鍍鋁產(chǎn)品擦傷。

        2. 2. 2. 10 鋁層不均

        表現(xiàn)在零件對(duì)著燈光時(shí),同一截面或同一平面內(nèi)的鋁層厚度不一。其原因是:蒸發(fā)舟的蒸鍍能力不一致,局部真空受影響,蒸發(fā)舟的安裝不到位,或鋁絲蒸發(fā)不均勻。

        2. 2. 3 包裝與運(yùn)輸缺陷

        鍍鋁件表面很嬌氣,極容易被劃傷或碰傷,其包裝應(yīng)對(duì)鍍鋁件起有效的防護(hù)作用。目前包裝的缺陷以貼身包裝物對(duì)鍍鋁面損傷居多,這與包裝材料柔軟程度和包裝方式有關(guān)。如果貼身包裝物與鍍鋁面之間有滑動(dòng)空間,那么表面的劃傷會(huì)較多。裝箱時(shí)還應(yīng)避免產(chǎn)品之間摩擦碰傷。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,絕對(duì)不能有滑動(dòng)空間,最好采用貼膜,外層用泡泡塑料口袋包裝,每層之間用紙板隔開,以減少互相碰傷的概率。

        將毛坯件送到鍍鋁現(xiàn)場(chǎng),再將鍍鋁件送到裝配現(xiàn)場(chǎng),往往由汽車運(yùn)輸,哪怕是在同一個(gè)場(chǎng)地,都離不開包裝和運(yùn)輸?shù)沫h(huán)節(jié)。一般應(yīng)該通過路試方式對(duì)包裝物及包裝形式進(jìn)行確認(rèn)。所謂路試,就是將包裝物以包裝形式按照運(yùn)輸?shù)姆绞椒旁谄嚿?,汽車?jīng)過顛簸等各種路況實(shí)驗(yàn)后,檢查鍍鋁件的情況。運(yùn)輸主要會(huì)產(chǎn)生劃傷、擦傷和碰傷。

        2. 2. 4 試驗(yàn)件報(bào)廢

        鍍鋁質(zhì)量好壞除了靠目測(cè)外,還要通過實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試。1.3節(jié)所述的3種方法能夠滿足鍍鋁件基本性能的測(cè)試要求,可供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)品控和用戶驗(yàn)收時(shí)使用。

        生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)第一次完成的鍍鋁件必須進(jìn)行測(cè)試,一般取3 ~ 5件,選不同轉(zhuǎn)架上的上、中、下不同位置的鍍鋁件作為樣件,做好記號(hào)??紤]到成本問題,可以先做百格試驗(yàn),再做滴定試驗(yàn),最后做高溫試驗(yàn),幾件同時(shí)做,認(rèn)真觀察,有疑點(diǎn)及時(shí)查處。為了控制好工藝,原則上一爐做同樣的產(chǎn)品。在正常生產(chǎn)中同樣要隔2 ~ 3 h做一次檢測(cè)。如果遇到異常情況,那么每一次出爐都要進(jìn)行測(cè)試。高溫試驗(yàn)每次只測(cè)試相同的樣品(或相同材料的樣品),原則上每次鍍鋁只允許相同的產(chǎn)品(或相同鍍鋁鍍膜工藝的產(chǎn)品)入爐,以減少因樣品不同而造成的報(bào)廢。

        鍍鋁件送到用戶處也需要測(cè)試,一般抽樣進(jìn)行,從各個(gè)包裝箱里取出若干件進(jìn)行3種試驗(yàn)。用戶的要求很嚴(yán)格,如有異常,可以拒收,退回供應(yīng)商處理。試驗(yàn)件報(bào)廢數(shù)量也是比較大的,有時(shí)試驗(yàn)出現(xiàn)問題也會(huì)導(dǎo)致小批量產(chǎn)品的報(bào)廢。

        3 結(jié)語

        燈具鍍鋁缺陷是多種復(fù)雜因素的綜合體現(xiàn),涉及到毛坯注塑、噴漆固化、鍍鋁鍍膜、包裝運(yùn)輸和性能測(cè)試各個(gè)環(huán)節(jié),還包括加工環(huán)境的影響。鍍鋁全工序報(bào)廢率是比較大的,一般企業(yè)都在25% ~ 35%之間,如對(duì)產(chǎn)品表面有特殊要求,報(bào)廢率甚至有50%以上的情況。報(bào)廢的鍍鋁產(chǎn)品一般不能繼續(xù)使用,因此對(duì)資源的浪費(fèi)較大。

        解決燈具鍍鋁缺陷的途徑,除了從改進(jìn)注塑、鍍鋁工藝上努力,還要對(duì)燈具設(shè)計(jì)作優(yōu)化。好的燈具不是做出來的,而是設(shè)計(jì)出來的。設(shè)計(jì)人員提出的鍍鋁質(zhì)量要求往往很高,檢驗(yàn)員不敢懈怠地執(zhí)行,這樣就容易將有缺陷但仍能夠使用的鍍鋁件作為不合格品處理。設(shè)計(jì)人員通過有效回避容易導(dǎo)致缺陷的設(shè)計(jì)和限用、少用鍍鋁件,設(shè)法對(duì)出現(xiàn)注塑或鍍鋁缺陷的地方加以遮蓋,能減少很多報(bào)廢。例如,利用燈具上配光鏡的顏色和裝飾條紋等遮蓋鍍鋁缺陷。配光鏡紅色就能遮蓋鍍鋁件發(fā)黃、均勻發(fā)霧缺陷;采用條紋(波紋)或回復(fù)器齒型能遮蓋鍍鋁件上輕微的白點(diǎn)、熔接痕、銀絲和收縮,甚至是微小的黑點(diǎn)等缺陷。通過有效地回避缺陷以及限用或少用鍍鋁件,減少鍍鋁報(bào)廢,降低生產(chǎn)成本,是企業(yè)所追求的目標(biāo)。

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