浅谈汽车灯具无底涂真空镀铝的工艺要求

陶永亮，刘馨玲（1.重庆川仪工程塑料有限公司，重庆 40071；.新加坡国立大学物理研究所，新加坡 119077）

浅谈汽车灯具无底涂真空镀铝的工艺要求

陶永亮1， *，刘馨玲2
（1.重庆川仪工程塑料有限公司，重庆 400712；2.新加坡国立大学物理研究所，新加坡 119077）

从基材注塑成型、真空镀铝和镀铝后产品包装三方面阐述了汽车灯具无底涂真空镀铝的工艺要求。结合镀铝产品常见缺陷成因，介绍了注塑成型和镀铝过程的注意事项。指出无底镀是汽车灯具金属化的发展趋势之一。

塑料；汽车灯具；无底涂真空镀铝；改进

First-author’s address: Chongqing Chuanyi Engineering Plastics Co.， Ltd.， Chongqing 400712， China

车灯是汽车照明系统的关键部件，对车辆夜间的安全行驶有重要作用，已成为汽车（尤其是轿车）漂亮外形和功能的重要构件。现代汽车的车灯都采用塑料件表面镀膜作为反射镜面。塑料表面的金属化方法有很多，如电镀法、热喷涂法、真空镀铝膜法等。车灯塑件镀铝的目的是提高光的反射效果，延长车灯的使用寿命，使车灯富有金属感。真空镀铝膜是在高真空状态下，采用加热或离子轰击的方法使金属铝材料由固态迅速转化为气态，并以分子或原子形态沉积在塑料表面形成一层金属薄膜，是塑料表面金属化的有效方法之一［1-2］。目前，车灯塑料零件镀铝膜主要采用有底涂和无底涂两种加工方式。无底涂采用聚酯类极性高分子作基材，其表面自由能较高，与镀铝层之间结合得很好，可在基材上直接镀铝后再镀保护膜。本文结合灯具的视圈，阐述基材注塑后立即进行无底涂真空镀铝的工艺要求。

1　产品描述

图1所示为长安致尚XT运动轿车的前灯视圈C和后雾灯视圈，二者都是采用PC-HT（耐高温聚碳酸酯）塑料件表面无底涂真空镀铝（下文称无底镀）所得。

图1　车灯视圈示意图Figure 1 Schematic diagram of visual circle of automotive lamp

视圈C尺寸为200 mm × 16 mm × 16 mm，重22 g，产品外露部位全部为镀铝面，前灯配光镜为全透明PC，视圈C全部能看到，对前灯视圈的表面要求更高，如图1b所示。后雾灯视圈尺寸为270 mm × 100 mm × 25 mm，重60 g，正面全部为镀铝面，雾灯配光镜为大红和浅红透明PC，镀铝面要求也高，如图1d所示。综合产品要求可知，无底镀对毛坯件的要求较高，镀铝面不能有发雾、麻点、划伤、擦伤、手印、白点等缺陷。

2　汽车灯具无底涂真空镀铝对基材的要求

2.1毛坯件的注塑成型

2.1.1注塑成型前基材含水率控制

汽车灯具中靠近光源部分的反射镜、视圈等零件都采用PC材料，其耐热温度为165 ～ 185 °C。PC材料对水分敏感，在常温下的吸水率就较高（0.15% ～ 0.19%），在高温下则易水解使制品产生内应力。因此成型前必须对PC进行严格的干燥处理［一般通过（120 ± 10） °C烘烤8 h以上］，以保证将含水量降低到0.02%以下［3-4］。检验PC是否干燥的方法为：先将2片载玻片置于270 °C的热板上加热1 ～ 2 min，将3 ～ 4粒烘干的料粒夹在2片载玻片之间，并轻缓加压使粒子扁平，熔料无气泡为合格［5］。

2.1.2毛坯注塑成型工艺控制

PC的成型温度较高，一般为280 ～ 320 °C，应在树脂不分解的前提下，尽可能地提高成型温度。这是因为PC的熔融黏度对温度变化十分敏感，成型温度越高，树脂中分子链运动越自由，黏度就越低，熔体就流动得越好，有助于制品成型和减小内应力。一般在低剪切速率下，温度每降10 °C，黏度平均增大1.04倍。当然成型温度过高时会有树脂分解、制件变色等现象，从而影响制件的力学性能［6］。在注塑PC镀铝件时，注塑料筒温度一般比不镀铝产品（主要是喷嘴和第一段温度）高3 ～ 5 °C，以便材料的流动。采用较高的注塑压力有助于提高制品密度，提升制品机械性能，减少制品表面收缩。PC注塑不宜过快，注塑速率太高会使模腔内排气不畅，导致制品烧焦，使制品机械性能下降和外观受损。一般先采用慢速注塑，再根据需要调整注塑速率。

模具温度的选择对PC成型也十分重要。提高模温，有利于树脂流动，以便制品缓慢冷却，减少制品的凝差内应力，也可提升抗张强度，提高表面光洁度。若模具未预先升温，则在注入熔融PC树脂后，模具会迅速冷却，树脂熔体也随之迅速降温而黏度升高，流动困难，最终导致制品熔接痕增多，甚至注塑不足。因此，PC成型时一般选择较高的模温（一般为110 ～ 130 °C）［7］，以减小模壁与熔体之间的温度差，降低熔体冷却速率，从而降低制品的内应力，保证制品的机械性能。

2.1.3毛坯存放时间控制

原则上注塑后应立即进入镀铝工序，因此注塑出模的产品最好在2 h内进行镀铝，存放时间长了会有基材吸水引起的镀铝后出现雾状的情况。超过2 h需要对塑件重新烘干才能镀铝，费工费时。短时间内不能及时镀铝的毛坯应采用塑料包装密封好，并放在除湿效果较好的地方。

2.2毛坯注塑缺陷及成型环境控制

塑件自身的缺陷有银丝、雾斑、熔接痕等，有些缺陷在注塑阶段不一定能显现，但镀铝后各种毛坯缺陷都能表现出来，甚至连模具抛光纹路不一致都能看出来。

注塑件镀铝后能看见发雾的，属于注塑场所湿度太大，塑件吸湿所致。一般无底镀件注塑需要有一个洁净室（见图 2），上方送风口安装增压器以保证高效进风，墙下角安装排风口出风，其功能是控制微粒（尘埃粒子）的污染。要求不同洁净度的洁净室必须保持一定的压力梯度，以有效避免洁净室被邻室污染或污染邻室。压差调试的过程为保证洁净室换气次数及设备排风和除尘效果，洁净区与室外的压差不小于10 Pa［8］。洁净室湿度要控制在75%以下，要放除湿机，夏天安装空调，好的环境对防止发雾、麻点等都有好处。

造成塑件麻点的原因有几种：

（1） 注塑环境（含注塑设备的清洁度）。注塑机上的斗式干燥机有个空气出口是敞开的，可排出烘料中的粉尘，若未将该出口引至室外，则粉尘会在注塑场所徘徊，造成产品表面有麻点。笔者曾做过实验，用一束强烈的灯光对着开模的模具，可看到在开模的瞬间有大量灰尘涌向模具和产品，在洁净室内操作则无这种情况发生。

图2　注塑车间洁净室Figure 2 Clean room in injection molding workshop

（2） 模具上滑块干摩擦产生的铁点子。模具上一般不能有油类物质，因油类物质会浸入产品中影响镀铝效果，若模具润滑做得较差，则可更明显看出镀铝件麻点。一般要采用耐高温润滑油。

（3） 成型过程中塑料基材逸出气体或模具有麻点。一般PC采用光气法缩聚而成，整个聚合过程分为光气化、缩聚和后处理3个阶段［9］。有时会用到没有后处理好的PC材料，其含有少量氯气，在高温料筒中氯气会逸出并腐蚀模具，使型腔或型芯上出现斑点［10］。应定时检查模具，及时处理。模具材料组织疏松容易造成模具麻点，应选用致密性较好的材料做模具。此外，做好模具材料预处理可以减少麻点。

划伤（含擦伤）是材料表面的一种破坏形式，其类型和机制相当复杂，影响因素很多，主要有PC分子结构、填料、润滑剂、涂层、PC共混物等［11-12］。视圈划伤是毛坯件的常见缺陷，划伤常由模具引起，应从模具上进行解决，否则会造成批量报废。也有出模后人为操作带来的划伤，如塑料包装袋的硬度大于塑料（含镀铝）表面硬度，出模后取件不带羊皮手套。因此应尽可能不用手去触摸，连产品放在桌子上时也要垫上一层柔软羊皮。

手印是注塑件出模时用手触摸表面留下的痕迹，在注塑件上难以看出，但镀铝后能看出手印的模糊影子。镀铝件的易见部位都不允许有手印，操作时应带羊皮手套，并定时更换羊皮手套。

白点在镀铝后才能看出，其存在往往与水分有关，塑件表面有水分，操作者讲话时口水溅到表面，操作环境湿度太大都是主要原因。操作者一般应戴口罩。

3　无底涂镀铝工艺

无底涂镀铝的工艺流程为：预真空—离子清洗—镀铝—离子轰击—镀保护膜（二次镀膜）—放气。其中，镀保护膜是主要环节，最重要的是施镀时间设置，时间长了，膜层表面易发彩，时间短了，膜层很薄，影响使用效果。镀铝件的常见缺陷如下：

（1） 亮孔：零件对着灯光时表面有很多小颗粒白点。其原因有：蒸发温度过高或过低，铝液外溢到铜接头处造成蒸发舟短路（常称为导铝管连电），蒸发舟表面温度不稳定。

（2） 冒点：表现在零件表面有很多大大小小的、凸出的点。其原因有：涂布残料夹杂其中，溅铝，蒸镀环境不卫生（主要表现在工作现场）。

（3） 铝层不均：表现在零件对着灯光时，同一截面或同一平面内的铝层厚度不一。其原因是：蒸发舟蒸镀能力不一致，局部真空受影响，蒸发舟的安装不到位，铝丝蒸发不均匀。

（4） 漏真空：常表现为抽空时间漫长，反复波动。漏真空不仅影响铝层的结合力，导致成品容易掉铝，而且会使蒸发舟的损耗加大。经常采取的措施有：检真空；加真空脂，更换真空泵油；保证真空室的清洁度；降低冷却水温度。

（5） 擦伤（含划伤）：镀铝前应先剔除擦伤的毛坯件。表面清洁时擦拭力度过大或涂布过硬会造成擦伤；镀铝过程操作不当，镀铝后取件不当和包装不当也都会造成镀铝产品擦伤。

（6） 手印：毛坯件的手印在镀铝后无法去除，应在镀铝前先排除。镀铝后没有带皮质手套操作引起的手印可用绒布轻轻擦除。

（7） 发雾：毛坯吸水较大会导致发雾，将毛坯件置于烘箱中110 °C烘烤30 min以上就能消除发雾。

4　镀铝件的包装

镀铝件包装是产品出厂的最后一道工序。镀铝件表面硬度不是很高，视圈包装起初用塑料口袋包装，由于口袋与视圈之间有一定的空间，二者在运输过程中容易相互摩擦，使产品表面有划伤痕迹，导致产品报废。视圈一般采用贴膜处理（如图3），贴膜与产品之间贴附得好就不容易划伤。贴膜后，应将产品放在有定位功能的塑料（热压而成）物架中，这样可更好地限制产品在运输过程中晃动，减少划伤缺陷。每层包装之间还要用 PE（聚乙烯）泡沫纸隔开。

图3　车灯视圈包装照片Figure 3 Photos of packaged visual circles of automotive lamp

5　结语

车灯视圈已成为汽车个性化设计的重要组成部分，视圈免底涂直接镀铝是一个重要的发展趋势［13］。灯具塑件无底涂镀铝工艺主要取决于基材、模具、环境等因素。目前用作视圈的材料主要是耐热聚碳酸酯。无底镀毛坯主要取决于模具表面，模具表面提供什么产品，镀出来就是什么产品，模具的表面、产品收缩率等面临着新的挑战。塑料毛坯件生产的关键是环境和工艺，可通过镀铝设备工艺试验和调整来达到无底涂镀铝的要求。灯具内部件采用无底涂镀铝可节省大量喷漆、烤漆的能耗和人工成本。在提高模具质量的前提下改善生产环境，发展无底涂镀膜是未来的趋势。

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［ 编辑： 周新莉 ］

Discussion on technological requirements of primer-free vacuum aluminum plating on automotive lamps

TAO Yong-liang*， LIU Xin-ling

The technological requirements of primer-free vacuum aluminum plating on automotive lamp was described from three aspects including injection molding of substrate， vacuum aluminum plating， and packaging of plated products.Some points needing attention during injection molding and vacuum aluminum plating were introduced in combination with the causes of common defects of aluminum plated products.It is pointed out that primer-free plating on substrate is one of the development trends for metallization of automotive lamps.

plastic； automotive lamp； primer-free vacuum aluminum plating； improvement

TQ153.19

A

1004 - 227X （2015） 04 - 0206 - 04

2014-08-13

2014-11-02

陶永亮（1956-），男，江苏常熟人，高级工程师，主要从事模具设计制造和成型工艺管理等工作。

作者联系方式：（E-mail） 48_tyl@163.com。