聚碳酸酯在汽车灯具上的应用

注塑汇国内专注注塑业咨询培训服务，致力于注塑业的降本增效

专注注塑工厂降本增效改善：杨建宏

在汽车照明系统中，目前各车型几乎全部采用耐冲击性和透光性良好的聚酸酯材料，并充分利用其易成型加工的特性，如车灯头部、反射镜、灯体等全部由聚碳酸酯注塑成型，设计灵活性大，便于加工，这是无机玻璃无法代替的。

一、聚碳酸醋在车灯中的应用范围

20世纪80年代，受能源危机的影响，日本对汽车功能进行改良，设计出节省能耗和原材料的新车型。汽车灯具选用注塑材料制作，提出适合灯具大型注塑件的制造工艺，大大降低了手工制作成本，使汽车灯具自动化生产效益进一步提高。

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)，由于外罩用PC制作，导致灯体采用改性聚丙烯，灯罩和灯体通过采用粘胶粘接式进行装配。

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，以往是采用压铸件镀铝来制作，现在全部采用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。

三、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。Bayer材料科技有限公司的共聚聚碳酸酯Apec(简称PC-HT)是高耐热稳定性材料，它是基于双酚A(形成聚碳酸酯的连续相)与三甲基环己烷双酚生产的聚碳酸酯，其耐热温度165～185℃，有的型号的耐热温度近200℃。

Apec的表面光泽度高，尺寸稳定性好，加工性能、机械性能和抗紫外线作用较好，广泛用于汽车灯具外壳(配光镜)，深底灯具内反射镜，高光线反射镜的遮光罩等产品，也就是用在靠近光源的地方，如配光镜或反射镜等。

四、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)和一些添加剂等，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PCHT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。

五、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。聚碳酸酯会吸收紫外线，长时间的紫外线照射将导致材料泛黄和冲击强度下降，说明聚碳酸酯材料的灯具在环境影响下，耐候性比较差。

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。

这种方法制得的硬质透明耐磨涂层具有优良的耐磨性能、耐候性能、光学性能，可明显提高聚碳酸酯光学材料的表面性能，延长其使用寿命，可应用于配光镜等的表面改性。

表面加硬处理后的PC配光镜不易划花，硬度增强——产品表面硬度能保持在2H～3H之间，即:用2H～3H中华高级绘图铅笔均匀地在试件的不同部位划3次(负重750～1000g，铅笔与水平的角度为45°)，每个位置划1次，用橡皮擦清理干净，当擦净膜层表面上的所有铅笔芯碎屑后，破坏更容易评定，可用放大镜(6～10倍)评定:镀膜表面无压痕，无可见的擦伤和涂层破损均为合格。

以往灯具中的反射镜或视圈等零件是用金属件进行电镀或镀铝，金属件质量重，加工复杂，成本较高。现在采用PC注塑件代替，成型工艺简便，可加工出复杂的形状，采用镀铝工艺得到的表面具有金属光亮，质量也轻。在工程塑料中，PC基材表面与铝层之间的附着力还是不错的。

PC镀铝的基本工艺是在真空中把金属纯铝进行蒸发(或溅射)，使其沉积在被涂覆的物体(称基体)上，也称为真空镀铝。汽车灯具镀铝的零件基本上是灯体、反射视圈，安装在灯具里面起到反射、折射和装饰作用。镀铝厚度为0.8～1.2μm，表面平整，具有较高的光泽，一般采用2种镀铝方式。

一种方式是先在基材上直接镀铝，再镀保护膜，其中，镀铝保护膜优点在于具有亮丽的金属光泽度、优异的气体和光线阻隔性以及良好的防潮、耐热、耐穿刺性能，使物品在运输、贮存和使用过程中不受污染和腐蚀，保护原有光洁亮泽。

由于PC主链上存在酯基，尤其在相对湿度高的常温环境下，基材吸水率较高(0.15%～0.19%)，注塑出模的产品必须在2h内进行镀铝最佳，一旦存放时间长了，镀铝后易出现雾状情况，这是基材吸水引起的;

另一种方式是在基材上涂覆相应的底漆，镀铝后附着力好，产品金属感强，有很好的光泽度，涂覆底漆后可以遮盖基材上的部分缺陷。无论采用上述哪种方式，对镀铝件都要进行附着力检查，合格方可使用。

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。

对PC制品进行热处理是消除或减小内应力最简单的方法。方法是将制品于室温时放入烘箱，随炉升温至105℃并保持10～20min，继续升温至125℃并保保持30～40min，然后制品随炉冷却至60℃以下后取出，热处理介质为空气。

对灯壳(配光镜)这样的较大零件，根据配光镜的用途和表面要求，适宜在热风循环中回火。一般采用隧道型远红外回火炉，其安放在注塑机旁，将出模后的塑件放在回火炉履带上，在回火炉的尾端等待出炉产品进行修剪，在回火炉的尾端增加一定距离的封闭通道以降低制品的出炉温度，便于配光镜流入下一工序(如图2所示)。

回火能大幅度降低制品内的残余应力，配光镜的回火温度为(120±2)℃，回火时间为(15±1)min。回火炉的温度是可调的，回火时间也可通过调整履带传动速度实现，使产品在一定的隧道长度停留15min。

对于放置灯具内部的PC零件，一般不采用回火处理，而是在注塑中采用模温机调整模温对制品内应力的影响。

内应力的形成基本上是由于冷却时不同的热收缩率造成，当制品成型后，其冷却是由表面逐渐向内部延伸，表面首先收缩硬化，渐至内部，在这过程中由于收缩快慢之差而产生内应力。

当塑件内的残余内应力高于树脂的弹性极限，或在受一定的化学环境的侵蚀时，塑件表面就会产生裂纹。模温是控制内应力最基本的条件，稍微改变模温，对残余内应力将有很大的改变。

一般来说，每一种产品和树脂的可接受内应力都有其最低的模温限度。模温机控制模温应尽量求高，PC制品在140℃模温的情况下顺利脱模，所以模温一般保持在85～140℃。模温过高时，塑料制件冷却慢，成型周期延长，容易黏模，使制件在脱模过程中产生变形。

检查PC制品内应力的最简便方法是将制品浸泡在四氯化碳中，未经处理的制品不到1min就在应力集中部位发生开裂，经处理的制品即使浸泡10min也无变化。

其他方法可用偏振光透仪，把透明塑料制件放在两块透振方向相互垂直的偏振片之间，通过白光观察到彩色图样，压力改变，彩色图样也随之改变，说明双折射性质随应力变化，判定内应力的大小。如图3所示，应力图上阴影处为应力较集中处。

六、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。

--- THE END ---