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[气味性检测] 汽车水转印装饰条气味改善研究

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发表于 2020-9-24 15:45:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
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本帖最后由 zhaoxiang 于 2020-9-24 15:48 编辑


【汽车材料网】汽车水转印装饰条气味改善研究
来源:期刊-《汽车实用技术》;作者:贾毅超,白小松,李俊贤,袁磊磊
(北京汽车股份有限公司汽车研究院)

摘 要:汽车市场的低端车型普遍采用水转印工艺制作内饰装饰件,但其气味性能较差,无法满足车企的技术要求。文章分别对水转印装饰条的各个生产工序后的产品气味性能进行研究,验证了素材件、喷底漆后状态、水转印后状态、成品的气味性能。结果表明,水转印装饰条的气味主要来源于素材件和油漆。并通过改善注塑原材料、油漆及增加气味后处理工艺的方式,确定出合理的用材及后处理工艺组合方案,实现了水转印装饰条气味性能的优化。
关键词:水转印;气味性能;汽车内饰件;后处理工艺


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前言
车内空气质量直接影响人体健康,车内气味品质也影响了消费者的驾乘感受,因此车内气味成为了消费者判断车内空气质量最直观的方式。随着消费者的消费理念更加绿色环保,维权意识明显增强,车内气味也成为了影响消费者选车的主要考量因素之一。
目前,车企使用大量的水转印装饰条来提升汽车内饰的视觉效果。传统的水转印工艺大量使用油漆,导致装饰条自身气味较大,且在高温状态下气味会有刺鼻感,对车内环境、驾乘人员的身体健康都有很大的伤害。虽然汽车行业内开始推广和使用INS、IMD生产工艺和免喷涂材料等替代传统的水转印工艺,但由于水转印零部件具有成本相对较低、产品缺陷少等优势,目前仍在中、低端车型上广泛使用,且短期内无法被完全取代。因此,需要通过优化原材料及增加后处理等方式来优化水转印装饰条的气味性能。


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水转印用材及生产流程
水转印工艺是借助水的压力将带转印膜纸上的装饰花纹转移到产品上,它的原理是将转印膜纸浸入装有活化剂的水槽内,利用高分子水解原理使膜纸上的图层活化并与载体薄膜分离,在水压的作用下将图案转印于汽车装饰条表面。为了满足零部件的色彩效果和表面耐刮擦等性能,还需要在水转印工序前、后分别喷涂底漆和清漆。汽车水转印装饰条的制作是水转印与喷漆相结合的生产工艺,其制造工艺流程主要为:注塑件→喷底漆→烘烤(油漆固化)→水转印→水洗→烘干→喷清漆→烘烤(油漆固化)→成品,如图所示1。


图1 水转印生产流程

由上述水转印生产工序可知,水转印装饰条主要用材分为:注塑件、油漆、水转印层,应分别排查各材料对成品气味的贡献量。


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水转印装饰条气味来源分析
2.1 实验方法
以某车型仪表板水转印装饰条为例,并基于水转印各生产工序,依次对注塑件(材质为PC/ABS)、喷底漆状态(喷涂底漆并固化后)、水转印状态(经水洗和烘干后)、完成品(喷涂清漆并固化后)4种状态的产品开展气味性能验证。裁取200cm2材料,放置于1L玻璃瓶中进行(80±2)℃、2h±10min环境中进行处理,加热结束后冷却至60℃进行气味评价。依据汽车行业通用的1~6级气味标准进行评分,具体评分准则参见表1描述。

表1 气味性能评分准则


2.2 实验结果

表2 仪表板水转印装饰条气味实验结果


仪表板水转印装饰条4种状态实验结果如表2所示,按照该产品初期选材方案,完成品气味等级为5.5级,严重超出车企≤3.5级的限值要求。单一注塑件的气味等级不合格、有明显的塑料焦糊味,产品喷底漆后气味等级明显升高,呈现出非常刺鼻的溶剂味,水转印工序后产品气味性能未出现明显变化。因此,需要重点对注塑件及油漆进行改善。


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水转印饰条气味改善方案
3.1 注塑件改善方案
仪表板在车内位置处于阳光直射位置,其表面温度较高,因此装饰条一般选择耐热性能高的PC/ABS作为基材。影响其气味性能的挥发物主要源自于ABS部分,ABS是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物,其中苯乙烯含量占材料成分60%左右,且占比约高材料气味性能越差。原因是在材料的加工过程中,未完全反应的低分子量苯乙烯会残留在产品内,其分子活跃度较高,会在高温环境下不断释放出来,导致产品气味较差。此外,在材料改性过程中,会加入多种助剂,也会对材料气味产生一定影响。基于上述原因分析,制定改进方案如下:

3.1.1 延长烘料时间
在零部件注塑前对粒料进行85℃、4h烘烤并同时进行搅拌,不仅可以去除水份,提升注塑产品品质,还可以预先释放出一部分材料中的挥发物。

3.1.2 加入吸附剂
吸附剂是一种多孔结构的载体,内部有很多空穴和通道,具有很大的开放性,对游离态的低分子有机物亲和力强,可以主动吸附未完全反应的苯乙烯及材料改性助剂带入的小分子残留物,并经化学反应形成较稳定的化学键,从而抑制了材料中苯乙烯的挥发性能,降低挥发物总量。经研究加入少量的吸附剂可以改善材料气味,提高吸附剂使用量无法进一步提高气味性能。同时为了不改变材料本身性能,选择加入1%的吸附剂作为材料气味改善方案。

3.2 油漆改善方案
油漆主要由三部分成分组成,分别是:色漆、固化剂、稀释剂,通过气味类型的判断,确定成品件中刺鼻的溶剂味主要来源于稀释剂成分。其主要原因是稀释剂配方中使用的有机溶剂沸点较高、挥发速率较慢,在有限的油漆喷涂及固化过程中有机溶剂未能释放完全,从而将大部分有机溶剂带入成品中,导致零部件产生刺鼻性的气味。基于上述原因分析,制定改进方案如下:

3.2.1 调整油漆及稀释剂配方
原油漆配方中高沸点溶剂占比为15%,现使用10%的低沸点溶剂和5%的中沸点溶剂的混合物替代原配方,并且在配方中加入5%的促进剂,用以提升油漆内有机溶剂的释放速率。

3.2.2 增加后处理工艺
由于油漆自身的特性对有机溶剂结合能力较强,即便是使用低沸点的有机溶剂也不能在生产过程中完全释放,仍然会在零部件存放或装车后进行缓慢释放。因此,为了进一步降低水转印装饰条在装车后释放气味挥发物,且减少成品件生产后晾置带来的库存成本,提高供应商产能,还需要在零部件常规生产工序后增加高温烘烤后处理工艺辅助油漆内的残留物快速释放。
由于仪表板装饰条较长,产品上下边缘有较大的曲率的弧面,在高温环境下容易产生变形,影响零部件装配,因此需要严格控制后处理的环境温度。经过对装饰条75℃~95℃、4h烘烤验证发现,当环境温度超过85℃时,零部件因变形导致的废品率达到5%左右,因此需将后处理温度设置为80℃。


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改善方案验证
表3 仪表板水转印装饰条改善后验证


综合上述原材料的改善措施,使用调整后的用材方案制作产品,并分别进行2h、4h、6h、8h不同时间的后处理。各工艺处理后的样品气味性能详见表3,并使用改善前的装饰条进行相同条件后处理作为数据对比,改善后的装饰条气味性能有很大改善。使用80℃、6h后处理方案,可以使装饰条气味性能达标,再继续延长烘烤时间,转饰条气味性能未出现明显改善。


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结论
仪表板水转印装饰条在不改变生产工艺的情况下,通过优化材料本身性能并增加后处理工艺除气味的方法,成功地使原装饰条气味性能5.5级降低至3.5级,实现了水转印工艺的气味性能优化。

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