可承受的传统喷漆部件替代方案

【编者按】注射成型是一种生产由热塑性塑料或热固性塑料所构成的部件的过程。注射成型就是将塑料(一般为粒料)在注射成型机的料筒内加热熔化，当呈流动状态时．在柱塞或螺杆加压下，熔融塑料被压缩并向前移动，进而通过料筒前端的喷嘴以很快速度注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间冷却定型后，开启模具即得制品。

注塑成型的神奇之处，在于其所拥有的各种技术可能性，并且各种复合工艺层出不穷。推出更多色彩、更佳的触感、在成型过程中组合成部件，或者赋予它们特别的功能——多组分注塑成型为用户提供了丰富的设计选择。包括，如，将热塑性塑料和弹性体结合在一起，使得垫片可以随着罩盖在同一次注塑中成型。其它多组分注塑成型结合了两种热塑性塑料的性能，以生产高刚度的结构性部件，而其接触部位表面如锤钻的手柄处则比较柔软。

同样，这也适用于所谓的SkinForm工艺，在这种工艺中，热塑性内饰件采用手感柔软、类似皮革的聚氨酯（PU）作为表面进行装饰。来自德国慕尼黑的克劳斯玛菲技术有限公司在2010年K展上推出了基于这种技术的ColorForm。一方面，这种工艺旨在利用注塑成型的各种优势，实现热塑性塑料部件的经济生产。另一方面，要求表面质量达到最高的光学和手感效果（见标题图）。这种工艺为设计带来的优势已有文章对此进行了描述。因此，本文着重解释由克劳斯玛菲、油漆生产商Panadur和塑料外饰件专业生产商Dura Automotive经过密切合作，开发的油漆体系。（见表1）

一步完成注塑成型和反应型技术

设计的有一定难度的塑料部件——主要是汽车内饰和外饰件、娱乐电子产品、白色家电和通讯设备等的可见部分——迄今为止都是通过多道工序完成的。工艺链的最后一道工艺通常是湿法或粉末涂装，其特点是工序繁多、成本高和次品率高。

为了能给行业带来经济的替代方案，克劳斯玛菲与其合作企业一起，开发出了ColorForm一步法工艺。它依托于热塑性塑料基础部件的注塑成型，该部件在整个流程中始终处于半个模腔内，从而防止热塑性塑料的自由收缩。第二步工艺甚至在脱模前即开始，即在涂装室内对基础部件进行溢流涂布。

这种组合工艺原则上可采用任何一种已知的多组分注塑成型工艺完成。为了在批量应用中实现同步法工艺，可采用回转压板或旋转压板技术（SpinForm），也可以采用转位压板机。在溢流喷涂的同时，另一个基础部件在第二个模腔内注塑成型（图1）。在原型制造阶段，一般用滑台设备分先后两步完成即可。

特殊性能的双组分漆

对油漆体系有各种不同要求，高光泽度、深度、结构、抗刮擦、色牢度，同时还要耐化学腐蚀、抗老化，并且不含溶剂，以满足VOC指导要求，同时确保涂装部件色彩自然。另外，还要求无脱模剂且反应时间只需数秒，以适应高效注塑加工的快速循环。无脱模剂要求涂料与热塑性基础部件粘接牢度高。来自Panadur的脂肪族聚脲漆可以满足上述各种要求。

与标准涂装工艺类似的方法中，热塑性塑料ABS、PC+ABS、PC+PBT、ASA和SAN特别适用于含脂肪族聚脲漆的涂层。而且ColorForm系统的运行还必须非常稳定，确保尽可能减少次品。不管部件采用的是清漆、钢琴漆还是任何颜色的油漆，以达到所要求的深度效果（图2）。

因此，设计的要求是，能承受得起，含有双组分漆、ColorForm的一步法工艺系统必须经济。即，必须消除采用传统工艺涂装单色或多色塑料部件的劣势。该技术的成功从可以用上述工艺经济地生产颜色多样且同时含有多种、甚至根本不同表面结构的部件得到了验证。

油漆系统不含溶剂，符合REACH要求，并且反应性强。化学基为多胺与多异氰酸酯的反应物聚脲。基础反应的两种组分在PU系统的混合头中混合，也即，在注塑成型部件脱模前先于溢流完成。克劳斯玛菲专为ColorForm技术开发了混合头。几秒钟后，部件的固化已经达到一定程度，机器人的吸盘不会造成任何损害，成品部件可以完全自动包装（图3）。几小时后，就会得到完全固化的、可以耐受各种环境的部件。

稳健的工艺——抗刮伤、防风化、耐老化

在70℃左右的加工温度下，聚脲涂料粘度极低，在混合头中混合均匀后，即便是大面积的薄漆膜涂层，也可以在高压下进行溢流喷涂。涂层可以调节为厚度一致，或按0.3mm递减，在边缘或狭小半径处也可如此。包括汽车外饰件生产商Dura Auto motive Systems在内的几家OEM商和供应商对聚脲涂料进行了考察。

油漆厂商Panadur进行了一系列实验，并得到了很好的结果。在Amtec-Kistler试验中，用ColorForm工艺得到的聚脲表面与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和苯乙烯 - 丙烯腈（SAN）制成的未涂装部件的表面，以及用丙烯酸粉末涂料涂装的参照样表面进行了对比。以一系列粉末涂料的初始光泽度为基础，PMMA和SAN的光泽度损失尤为明显，而聚脲表面则比粉末涂料表面的光泽高很多，磨痕也最少。

根据Osterle和摩擦色牢度仪，用损伤测试仪进行更多测试。这些测试，同样也验证了聚脲涂料具有出色的抗刮擦性能。特别值得一提的是，聚脲涂料还可以进行打磨，也就是说，即便遭受了严重的刮擦，也可以通过高品质抛光膏恢复原有的光泽。

为确定日常情况下的耐化学腐蚀性能，Panadur将采用ColorForm工艺的聚脲涂层置于各种液体环境中，如氧化钠（10％）、硝酸（10％）、乙酸（10％） 、盐酸（10％）、过氧化氢（10％）、乙醇、甲醇、二甲苯、异丙醇、丙酮、醋酸丁酯、柴油燃料、汽油、机油、机油、刹车油、以及商用清洁剂和驱蚊剂中，时间为两周，其中一些液体具有腐蚀性。两周后，试样表面未出现任何改变，同时也没有受到皮肤汗渍、胰酶、防晒霜、玻璃和塑料清洗剂、皮革上光剂、驾驶舱清洁剂和洗涤液的影响。

在OEM测试条件下，由聚脲防护的部件在温度高达65℃的潮湿、气候炎热、以及人工日晒条件下的SGS Servovam实验室进行了4800小时的环境压力测试。另外，还根据佛罗里达州和亚利桑那州的规范，进行了耐候性测试。总的来说，所有测试都证明其耐紫外线、色牢度高，保持了良好的光泽，且表面结构未遭到破坏。

其抗石击性能也进行了验证。聚脲涂层超过了对部件最低2.5级的要求，达到了“优秀”的水平。还通过了其它所有测试，包括恒定气候下的冷凝水、耐老化、耐湿度或耐低温性、温度循环试验、耐蒸汽喷射性以及热水试验。

依据资源保护定制性能和色彩

和其它涂料不同的是，聚脲体系可以经改性来满足整个参数的要求。如，可控制表面硬度，并通过化学改性和助剂来保持其可靠性。同时还可以得到具备抗菌、除真菌特性、导热性和红外吸收特性的功能性表面。

Panadur公司的聚脲油漆适用于所有重要的配色系统，包括RAL Classic、NCS、Renolit 和Pantone。目前对无脱模剂涂料系统的开发主要集中在黑色高光泽表面（钢琴黑），以及通过涂装高光泽聚脲清漆表面，来获得漆膜厚度效果。还可以对部件进行多色涂装或局部采用单色涂装，以实现其它设计效果。另外，也可以对焊接缝和其它如缩痕或雾点等在注塑件上可以看出的表面瑕疵进行遮盖（图4）。

由于以高压注射的多胺与多异氰酸酯混合材料在模腔内经过高反应加聚，因此在部件射出前会完成涂装过程，不需要加装干燥机。这也是ColorForm工艺与其它湿法涂装工艺相比的另一个优势。另外，反应过程中不会产生有害气体或恼人的气味，操作人员很大程度上不需要通风或过滤系统。另一个对该系统有利的环保因素是聚脲涂料的消费经济性，也即可以得到最小的涂层厚度，不会过喷。最后，几乎独家生产的合格品有利于环境，因为任何湿法涂装或粉末涂装造成的次品对能源或资源的浪费都不可低估。

刻字、图形元素和纹理

设计师完全应该重新思考他们在部件上展现文字或图形的策略。传统工艺中，他们会通过使用模板的方式喷涂，或者粘贴，而有了ColorForm工艺，他们可以将这些内容与部件加工一气呵成。因为在高光泽区域的哑光突出部分，以及在哑光区域或结构表面的高光泽突出部分，即使该部分必须高出其它部分，也可以采用类似方式，进行正负压花处理。

色彩对比度的重现性要求很高。不可能在深黑色钢琴漆表面一体成型白色标识，尽管在特殊情况下可以形成连续的白色表面。在这种情况下，涂料系统、模具结构及整个生产工艺可能都需要进行重新考虑。

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