塑料車窗技術(shù)

1、塑料車窗技術(shù)1998年，Smart （精靈）小汽車的問世，使塑料首度成為量 產(chǎn)汽車車窗的原料。從此，塑料開始大舉入侵此前一直由玻 璃的獨占的車窗材質(zhì)領(lǐng)域。如今，塑料在該領(lǐng)域有三類產(chǎn)品 有著顯著發(fā)展：固定式側(cè)窗透明天窗后窗組建（如：奔馳 C級雙門運動跑車），以及車身上那些有深色玻璃質(zhì)感的配件塑料制車窗的動機(jī)雖然塑料代替玻璃用于車窗制造的最初動機(jī)是通過減輕車 體重量來降低油耗，但如今，眾多其他因素超越這一原始動 機(jī)成為更主要的緣由。汽車的最佳風(fēng)阻和效率的改進(jìn)使得減 輕重量對于汽車的影響不再那么明顯。每輛車通過使用塑料 而減輕30至40公斤重量所產(chǎn)生的作用還不如降低整車重心 和優(yōu)化前后軸負(fù)重分配所產(chǎn)

2、生的效果。這樣就提供了探求汽 車最佳的動力學(xué)表現(xiàn)新的資源，并對于在改善安全性的同時 提高駕駛樂趣這一方面起到了實質(zhì)性的作用。另外，塑料相較于玻璃有極大的可塑性，因此有些幾何形狀 用塑料可以成形，但對于玻璃甚至在可預(yù)見的將來都難以完 成。由于塑料本身較低的硬度，塑料能更好的應(yīng)用于具有顯 著結(jié)構(gòu)剛度的復(fù)雜幾何形態(tài)。盡管塑料硬度低，但在安全性 方面優(yōu)于玻璃。萬一發(fā)生碰撞，塑料結(jié)構(gòu)能因其更好的沖擊 力保持其完整性。若換成玻璃，結(jié)果就相反了（玻璃會本能 地破碎）。塑料的這一特性對維持殘存外殼的完整起到了作 用。窗戶具有的低模內(nèi)殘余應(yīng)力以及低分子取向源自于材料、設(shè)計和工藝技術(shù)的最佳組合，圖片由 Batte

3、nfeld公司提供 塑料的應(yīng)用而帶來的高度功能性整合也作用于汽車部件生 產(chǎn)，通常這都需要精確計算。通過塑料特有的結(jié)合技術(shù)諸如 多組分注塑成型和搭扣配合等，可以節(jié)省生產(chǎn)線上的裝配步 驟直至最終裝配成形。因此，塑料的應(yīng)用提供了巨大潛能， 尤其在擾流板和燈的整合方面。充分開拓這一材料的潛力需要材料開發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)之 間最佳相互影響。這幾年來所有的參與者都為此不遺余力， 與此同時塑料車窗已在 ECE R43認(rèn)證項下應(yīng)用于大批量生 產(chǎn)，因而能夠滿足對于車用玻璃的所有要求。就材質(zhì)而言， 聚碳酸酯已證明能達(dá)到特定等級，可以投放市場滿足對安全 的特殊要求的應(yīng)用，例如當(dāng)暴露于惡劣氣候下的穩(wěn)定性。它 相對于一

4、般所看到的粘結(jié)系統(tǒng)，可以顯示出更高的純度和易 加工性能。塑料和比鋼相比的低硬度和更高熱膨脹性的缺點 以被用于創(chuàng)新設(shè)計中。大眾公司的1升的原型車上仍一如既往地采用了輕量化設(shè)計，照片由大眾公司提供相關(guān)的注模和機(jī)械工藝車用窗戶的制造對于注模和機(jī)械工藝有相當(dāng)苛刻的要求。為 了制造光學(xué)上高質(zhì)量的車窗表面，需要大塊面模具表面拋光 并且在制模過程中不能夠有沉積物。由于機(jī)能上的原因，澆 口通常采用設(shè)置在長邊，并設(shè)計成為薄膜澆口。充足的尺寸 能確保過程穩(wěn)定和高質(zhì)量。與此同時，也有其他解決方法， 比如：閥式澆口、點澆口亦相繼應(yīng)用。在壓力注塑中運用收 縮邊能確保制模始終緊貼模具，這樣能使成模的表面具有高 品質(zhì)。精確

5、且均衡的制模溫度控制以及對于成模均勻的降溫 過程對那些需要尺寸精確的低模內(nèi)殘余應(yīng)力產(chǎn)品是必須的 首要條件。光澤且絕對清潔的模具表面是高質(zhì)量模具所必需的，圖片由Engel提供因為制成品的尺寸要求，模具和機(jī)械間的完全緊密配合至關(guān) 重要。這種相互依賴當(dāng)然是取決于所采用的特殊注塑制模過 程。對于流動長度/壁厚比率較高的大面積部件，目前采用的有不同的注塑和壓縮技術(shù)。從一方面來講，這樣大大降低了 填滿腔體所需的壓力；但從另一面來看，熔融物的抗剪應(yīng)力 降低了，這樣將導(dǎo)致分子取向的減弱?；谶@一事實，聚碳 酸酯以其柔韌性，現(xiàn)在正作為大片窗戶的首選材質(zhì)。最小的 分子取向是非常重要的，因為分子取向會使這種材質(zhì)產(chǎn)生

6、不 需要的光學(xué)效果 一一顯著的雙折射。同樣地，沒有模內(nèi)殘余應(yīng)力在光學(xué)部件中也是需要的，因為 這將降低防刮傷涂層的黏附性，這一點非常必要。光學(xué)研究 表明注塑壓縮制模相較于傳統(tǒng)注塑制模擁有更好的效果。這 也解釋了為什么目前唯有注塑壓縮制模工藝需要在壓縮過 程中運用完全平行的壓盤，并且在大塊窗戶上不產(chǎn)生壓力波 動。同樣，所有機(jī)械制造者都信賴雙轉(zhuǎn)軸技術(shù)。這樣通過多 組分注塑制模能使便宜的產(chǎn)品具有較高的綜合功能。此外，15至20噸的聯(lián)合制模也相應(yīng)地易于處理剛?cè)〕瞿＞叩某赡＞獾臏囟确植碱A(yù)示著均衡的模 具溫度，這對于高品質(zhì)的成模非常重要。圖片由 Engel提供注塑壓縮制模工藝的準(zhǔn)備目前基本上有3種不同的注

7、塑壓縮制模工藝正在使用。其中 最傳統(tǒng)的注塑壓縮工藝是被稱作長沖程壓縮技術(shù)，它適用于夾具中薄壁部件的。在長沖程壓縮工藝中，大約4毫米厚1000毫米長的注塑壓縮模具腔體打開到大約與部件相等厚 度。結(jié)果是在徹底填滿滴劑的過程中需要壓力。隨后，機(jī)械 部分的夾具單元封閉那逐漸擴(kuò)張的腔體，并將模具壓縮分布 到熔融物上。由于部件尺寸較大又因為窗戶的邊緣澆口需 要，在填筑和壓縮過程中產(chǎn)生了必須消除的不勻稱現(xiàn)象。通 過這里描述的技術(shù)，可以用平行壓盤控制移動壓盤的方法來 實現(xiàn)對四個尖軌連接桿上的液壓缸內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)。另一個以低模內(nèi)殘余應(yīng)力制造窗戶的注塑壓力制模的變體是膨脹壓縮技術(shù)，由 Krauss-Maffei K

8、unststofftechnik股份有 限公司提供（慕尼黑/德國）。在一開始注塑是模具是完全關(guān) 閉的，若低于最終所需厚度時也可能關(guān)閉腔體。這種方法的 優(yōu)點在于：解決了造成邊緣澆口問題的射流現(xiàn)象。當(dāng)腔體填 充完全以后，部件厚度在壓力的控制下隨腔體變大而增加， 通過引入額外的熔融物予以一定的壓縮。一旦達(dá)到所需的壓 縮時，澆口就關(guān)閉，壓縮力開始生效，來阻止塑料的收縮， 就像分布于大面積上的保持壓力。為了精密控制部件成形， 夾具單元的沖程必須仔細(xì)監(jiān)控。Freeglass股份有限公司（Schwaikheim/德國）使用這一技術(shù)已經(jīng)生產(chǎn)一系列固定式側(cè)窗 和車頂。內(nèi)應(yīng)力效果圖：注塑壓縮制模測試樣本幾乎無應(yīng)力

9、（左），這證明了該過程優(yōu)于常規(guī)注塑制模（右），圖片由Engel提供針對與長流程，Battenfeld股份有限公司（Meinerzhagen/德國） 與Summerer技術(shù)（Rimsting/德國）合作開發(fā)出IMP-more工 藝，并于2003年NPE展上初次對公眾展示。基本原理類似 流體交叉部分的定相擴(kuò)大（ phased enlarging of the flow cr oss-section），這種擴(kuò)大通過腔體的楔形開口實現(xiàn)。傾斜夾具單元的移動壓盤和腔體表面至比模具風(fēng)口前幾度。機(jī)械壓盤 的關(guān)閉也延遲到注塑開始后。通過楔形口的變窄，腔體以非 常低的壓力罐滿。正如同K2004展覽上所展示的一塊約

10、 1平 方米的展示窗，這一工藝過程能使大面積窗戶的注塑制模在 很低的模具內(nèi)殘余應(yīng)力下得以完成。楔形壓縮口封口和邊緣 澆口的結(jié)合會產(chǎn)生模內(nèi)不均勻的開模力。它們在模具中結(jié)合 的液壓柱輔助下得以消除，使機(jī)械部分有明顯一致的開模 力。機(jī)械連桿在制模過程中從固定壓盤中縮回，產(chǎn)生了良好 的通道，使得用機(jī)器人技術(shù)拆下成模部分成為可能。熔融質(zhì)量是成功的要素熔融準(zhǔn)備對于高質(zhì)量的成模部件至關(guān)重要。在熔融過程中， 特別要注意別面黑斑。適合的螺絲形狀和恰當(dāng)?shù)膯蜗蜷y的選 用對此相當(dāng)重要。因為聚碳酸酯有黏附機(jī)械螺絲并將其破壞 的傾向，對螺絲的材質(zhì)選擇要加以特別重視。鍍鉻和硬表面 螺絲以及表面涂層螺絲已經(jīng)被成功地應(yīng)用。作為

11、研究項目，Battenfeld股份有限公司（Meinerzhagen/德 國） ，Metaplas lonon Ober-flaechenveredlungstechnik 股份有 限公司（Bergish-Gladbach），Ticona股份有限公司（法蘭克福） 和Wahl optoparts股份有限公司（Triptis ），材料科學(xué)部門， 塑料工藝學(xué)院（RWTH大學(xué)和亞琛市），已經(jīng)投資了進(jìn)行了 不同的表面涂層的研究以應(yīng)用于制塑部件，提供光學(xué)部件注 塑制模所需的穩(wěn)定性。這一項目的宗旨是創(chuàng)造一種適用于任 何塑料樹脂的最穩(wěn)定的涂層系統(tǒng)，同時也具有最佳的綜合特 性。對于這一目標(biāo)，不同的 PVD涂層系

12、統(tǒng)在光學(xué)級樹脂加 工中的表現(xiàn)各具不同的特征。尤其對于螺絲表面黏附趨勢是 予以負(fù)面評價的。汽車的全景天窗里，玻璃和塑料元素完美地交互補(bǔ)充，圖片由Bayer材料科學(xué)提供表面處理的種類考慮到當(dāng)暴露于環(huán)境（抗紫外線的穩(wěn)定性）和化學(xué)品中（洗 車清潔劑、鹽等等）穩(wěn)定性的要求，和塑料車窗的耐磨性的 要求，目前僅能通過附加的表面涂層予以滿足。這種涂層， 主要有三種，且它們之間亦能相互聯(lián)合。保護(hù)性涂層可以作 為溶液（液體）應(yīng)用，從氣相中沉淀或者作為薄膜應(yīng)用。目前作為溶液的應(yīng)用是最為普遍采用的技術(shù)。這一技術(shù)首先 被用于車頭燈鏡片的大批量生產(chǎn)，也可以通過常規(guī)方法應(yīng)用 于感光底層（例如變色，浸漬，噴涂）。塑化可以通過

13、熱力 或者紫外輻射實現(xiàn)。因為光學(xué)涂層嚴(yán)格的質(zhì)量要求，凈室條 件是必須的。起初，硅基聚合物涂層應(yīng)用于防擦傷表面。最初的溶液含有 高比例溶劑能夠在室溫下迅速蒸發(fā)。然后涂層固化成類玻璃 薄膜。硅基聚合物鏈上的羥基、烷氧基團(tuán)濃縮成三維立體上交聯(lián)甲基二氧化硅薄膜。依據(jù)典型的熱固化系統(tǒng)，涂層在120至130攝氏度時發(fā)生交聯(lián)， 持續(xù)30至60分鐘。市場上還 有紫外固化系統(tǒng)，但它們的抗刮擦性和暴露于氣候環(huán)境下的 穩(wěn)定性（耐氣候性）低于熱固化系統(tǒng)。Battenfeld公司借IMPmore工藝引進(jìn)了一種有楔形壓縮口的全新注塑壓縮制模原理。圖片由 Battenfeld公司提供典型的涂層開始于薄膜底漆，它能保證脆弱的

14、防刮薄膜很好 的黏附在柔軟的PC上。相對稍厚的抗刮擦涂層作為第二層 兩層底漆和抗刮擦頂部涂層含有紫外線吸收體和紫外線穩(wěn) 定劑，能保證該系統(tǒng)暴露于氣候條件下的穩(wěn)定性。膜的厚度 介于5至15m。為了減少工藝時間，無底漆防刮擦涂層在 近年來得以發(fā)展。因為一個固化過程被除去，節(jié)約了相當(dāng)多 的成本。在工業(yè)實踐中，GE Bayer硅樹脂股份有限公司（Leverkusen）PHC578, AS4000以及AS4700涂層系統(tǒng)被廣泛認(rèn)同（例如：Smart精靈汽車的車頭燈鏡片和三角邊窗，C級車的后窗）。這 些涂層能夠滿足汽車工業(yè)的要求并且正門了它們本身在實 際使用中的長期穩(wěn)定性，即便它們抗刮擦和紫外穩(wěn)定性低于

15、玻璃產(chǎn)品連桿從固定壓盤上的縮回加大了磨具的通道，產(chǎn)生了能使拆卸機(jī)器人進(jìn)入的空間。圖片由Battenfeld公司提供這種涂層的防刮擦能力可以通過加入納米微粒（直徑小于40納米）的方法予以提高到與玻璃制品相同的水準(zhǔn)。所使用 到的納米微粒為散布于有機(jī)化合物中的金屬氧化物（如：二 氧化硅，氧化鋁）。由于這些微粒非常小，它們不折射光線，所以涂層仍保持透明。納米微粒在狹窄尺寸分布范圍內(nèi)的穩(wěn) 定分布的重大困難已經(jīng)被克服。目前，已經(jīng)能在經(jīng)濟(jì)的條件 下得以實現(xiàn)，因此現(xiàn)含有納米微粒的防刮擦涂層正被積極推 行。例如，Hanse Chemie德國公司（Geesthacht）混合了含 納米微粒占質(zhì)量百分比 50的涂層系

16、統(tǒng)，并采用紫外固化。 此涂層能夠防紫外線，并且已用于普通工藝。將來，還會有 許多有趣的發(fā)展。防括擦薄膜不僅能從溶液中沉積出來，也能從氣相中得到(PVD :物理蒸汽沉降；PECVD :化學(xué)輔助氣相沉積)。通過 這些技術(shù)，金屬氧化物、硅樹脂或者有機(jī)硅化合物在一個低 壓過程中蒸發(fā)，并且從氣相中沉積成為防刮擦薄膜。然而在 PECVD過程中，化學(xué)反應(yīng)取代了氣相，制成了防刮擦薄膜。 用這些涂層技術(shù)制成的防刮和其他表面保護(hù)和純玻璃相比 較，具有競爭力。但是紫外線能穿透涂層，因此額外的防紫 外涂層就十分必要了。到目前為止，還不能通過PVD或者PECVD的方法比較經(jīng)濟(jì)地制備這種涂層。Exate股份有限公司(Be

17、rgisch-Gladach )通過在塑料上先使 用防紫外涂層作為底漆然后使用PEVCD抗刮擦涂層的方法解決了這一難題，這種方法稱為Exatec900上光系統(tǒng)。據(jù)制造商那里得到的信息，這種涂層能保證即使暴露于氣候環(huán)境 中10年多仍然穩(wěn)定。該系統(tǒng)的設(shè)備非常昂貴，因為這項工 藝涉及到涂層以及真空技術(shù)?；诖嗽?，這項工藝只有在 制造塑料車窗的其他決定性要素都具備后方能得以經(jīng)濟(jì)地 實現(xiàn)操作，并減低該系統(tǒng)的成本。至此，僅有極少量的原型 車裝備了此系統(tǒng)。預(yù)測顯示塑料制車窗的巨大增長，由int統(tǒng)計薄膜應(yīng)用的功能性統(tǒng)合塑料車窗上薄膜的應(yīng)用預(yù)示著制造防刮表面的最終可能。例 如使用PMMA薄膜，就能顯著增加防刮

18、性能。若是薄膜中 還含有紫外吸收劑，那就還可以是薄膜下的塑料受到防紫外 輻射的保護(hù)?？上?PMMA抗刮薄膜不具備這一性能。因此， 有必要在薄膜上再多加一層而外的防刮擦涂層。功能性整合的可能性已經(jīng)由KRD涂層股份有限公司(Geesthacht)在一原型汽車的后窗上得以示范。該防紫外線高清晰度薄膜是由細(xì)加熱線系統(tǒng)和含紫外吸收劑涂層的薄 膜，已經(jīng)應(yīng)用于塑料車窗。目前，雖然仍舊無法經(jīng)濟(jì)地大批 量生產(chǎn)這種車窗，但這清楚地顯示將來的發(fā)展?jié)撃?。對于仍比普通玻璃車窗昂貴的塑料車窗，若要成為經(jīng)濟(jì)上可 行的產(chǎn)物，必須要綜合額外的高附加值。它們不能夠僅僅滿 足于薄膜的最基本要求，諸如防刮、防化學(xué)、抗紫外。它們 必須提供附加功能，例如防紫外線高清晰度薄膜，電磁屏蔽 功能。目前的挑戰(zhàn)在于用最少的三維幾何步驟來綜合這眾多 的性能。據(jù)決定性意義的有效