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聚碳酸酯在汽车灯具上的应用及表面处理

轻型化、安全化是汽车制造业所追求的重要指标。聚碳酸酯材料(PC)以其独特性质,使其在汽车灯具制造上得到了广泛应用。本文将介绍聚碳酸酯在汽车灯具应用中涉及到的高耐热和有色透明材料以及聚碳酸酯的改性和表面处理的工艺要求,并分析聚碳酸酯在汽车灯具应用中需注意的方面。

一、聚碳酸酯在车灯中的应用范围

车灯可以分为前照灯、后车灯、转向灯、雾灯、车牌照明灯等。PC因其抗冲击强度比无机玻璃高250倍,比聚甲基丙烯酸甲酯板材高30倍,最先替代玻璃用于前灯外罩(也称配光镜)。

另外,装饰功能是车灯造型的重要部分,PC具有很好的光学性能和着色性能,可制作车灯内的装饰条(圈)来点缀车灯装饰作用。装饰条一般采用透明有色的PC制作,可采用辅助喷底漆衬托其颜色,也可采用镀铝方式变成金属色进行装饰;装饰圈一般采用镀铝方式变成金属色再包嵌在照明灯外;

灯具中反射镜是重要的零部件,现在采用PC注塑镀铝,减轻了质量,也简化了工艺。

灯具中灯泡的发光颜色一般是 无法改变的,而指示灯都是发出有颜色的灯光,为此,通过内配光镜的颜色来调整灯光颜色, 一般有色透明PC的颜色有红色、黄色、绿色、蓝色等。

二、聚碳酸酯应用的特点

由于多数汽车灯具PC注塑零件需经真空镀铝镀膜后,才能达到灯具所使用的要求。特别是灯具实际使用的环境受日晒、风吹、雨打及四季气候变化的影响,为了延长PC产品的使用寿命,保证灯具的防腐蚀性能和装饰能力,通过对材料进行改性,或是对零部件表面真空镀膜和镀UV膜等处理。

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高耐热聚碳酸酯

实验表明,在环境温度50℃的点灯箱中持续点灯6h后,部分型号车灯配光镜表面温度达到120℃ (甚至更高),这要求配光镜等零件具备高耐热性, 否则这些零件有软化的可能,并发生雾化,水蒸气、 材料挥发物等在配光镜内表面凝结,形成珠状凝结,危害车灯安全性。基于现有车灯应用的热光源,在工作状态下产生的热量能在较窄空间里产生大约 200℃的高温,热量通过热对流以辐射、传导方式传播,这要求PC塑料件必须能够经受160℃的长期高 温考验,而一般PC的耐热性满足长期使用温度为 130℃。因此,为安全起见,灯具中需用高温PC材料,耐热可高达185℃以上。

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透明有色聚碳酸酯

由于调整光源颜色和装饰的需求,利用聚碳酸酯可着色的特点,材料生产厂家根据用户的要求在生产 过程中直接加入颜料(色母料)和一些添加剂, 作出透明有色的PC料。目前,生产这类PC料的公司主要有Bayer公司和SABIC公司,前者生产以PC-HT为主的透明有色PC料,后者生产以一般PC为主的透明有色PC料。在这些透明有色PC料中,色母料的耐热性是很重要的,PC-HT料的熔体温度在310~340℃,一般PC料的熔体温度在280~310℃。目前可提供透明红色、透明黄色、透明绿色、透明蓝色、透明白色、透明黑色等基本色,在此基础上还可以调出其他透明颜色。

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聚碳酸酯表面处理

聚碳酸酯材料在使用过程中容易出现老化情况,包括物理老化及在热降解、热氧老化、光氧老化、接 触水老化等环境作用下的老化。聚碳酸酯老化降解时产生双酚A,引起材料外观、物理性质、机械性 能、电性能劣化或失效。

聚碳酸酯材料的灯具经长时间的紫外线照射会导致材料泛黄和冲击强度下降。为了控制产品老化和提高产品耐候性,在PC材料合成中加入紫外线稳定剂(抗UV剂)和少量的脱模剂,或是对最终产品进行紫外线屏蔽涂覆处理。加入紫外线吸收剂后的PC颗粒呈现蓝莹莹的透明色,用含抗UV剂的PC注塑得到的注塑件也要呈蓝莹莹的透明色,简单的判别方法是将注塑件叠加4~5层, 目测为蓝莹莹的透明色即为可以,但发黄则说明抗UV剂被破坏,失去抗紫外线的意义。对于没有添加 抗UV剂的PC外罩,进行紫外线屏蔽处理(镀UV膜)也能起到耐候的作用。

PC塑件的表面比较坚脆,特别是透明件,当其沾上灰尘,即便用静电布搽拭,也能轻易就把配光镜表面划伤、刮花,从而严重影响整个灯具的外观。一般PC作为灯具外的表面零件时,要对产品表面进行处理后使用。目前主要采用表面有机硅耐磨涂层的方法处理,包括以下步骤:

1)基底涂层的涂覆。将基底涂料在洁净环境中涂覆于聚碳酸酯光学材料表面,干燥;

2)中间涂层的涂覆。在洁净环境中涂覆中间涂层涂料,干燥;

3)耐磨涂层的涂覆。在洁净环境中涂覆耐磨涂层涂料,干燥,得到有机硅耐磨涂层处 理的聚碳酸酯光学材料。

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聚碳酸酯制件应力消除

聚碳酸酯是一种具有优良综合性能的工程塑料,它的冲击强度较高,但是其制件往往残留的内应力较大,易发生应力开裂。影响PC制件内应力的因素很多,如产品结构、注射工艺、热处理等。PC的熔融温度高,熔体黏度大,流动性差,冷却速度快,使制品内应力较大。PC分子链的刚性大,分子取向后不易松弛,从而使制品中残留的内应力难以自消,必须对其进行后处理以消除内应力。通过升高温度,达到使塑件中的分子链活动的程度,让被冻结的分子链经升温后松弛产生乱序,从而达到消除残留应力的目的。

结语

随着汽车安全化、轻型化进展,聚碳酸酯作为十 分重要的原料,在汽车上的应用越来越广泛。聚碳酸 酯在汽车灯具上的应用也是越来越显示出重要性,由于聚碳酸酯存在一些先天性的不足,需要通过材料内在改变,制品外观处理等,需要较多的加工工序来延 长制品使用寿命。随着科技进步,聚碳酸酯新技术和新合金材料的不断涌现,也使其能够逐渐克服其耐磨 性、表面硬度不足等缺点,发挥更突出的作用,促进聚碳酸酯在汽车灯具领域中得到广泛应用。


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