可成型薄膜的模内装饰技术

可成型薄膜的模内装饰技术
介绍
可成型薄膜进行模内装饰（IMD）对于汽车制造商来说， 是一项快速高效、成本相对较低的技术，能得到有色的、具 有A级表面效果的汽车塑料零部件，可以与已沿用很多年， 目前仍然占主流地位的涂漆生产线相媲美。而且IMD的投入 只需要使用标准的热成型和注塑设备就可以，远比涂漆生产 线少。IMD技术可以避免汽车制造商遇到涂漆生产线带来的 挥发性有机化合物(VOCs)的环境污染问题，而支付大量额 外的控制VOCs的费用支出。
者剥落现象。
离聚物
离聚物因其具有的透明性、耐刮擦性、良好的耐候性能而为大家所熟 悉。离聚物基IMD薄膜比较适合制造汽车零部件外饰面（离聚物是乙 烯和丙烯酸或甲基丙烯酸等酸类进行部分化学中和作用的共聚物）。 麦可（Mayco）公司已经开发出了一种可用于制造IMD汽车零部件的4 层离聚物基薄膜系统，其结构为：透明的离聚物上层/有色的离聚物层/ 粘结层/聚丙烯共聚物层。
IMD技术不仅能增加产品的色彩，还可以增加特殊的表 面效果和图案。将这些多个特征模塑成型后，可以明显减 少汽车原始设备制造商（OEMs）制造最终成品所需的步 骤数。
很多IMD薄膜为多层结构，一般根据其中薄膜面层所用 的聚合物进行分类。最常用的聚合物材料有PVDF、 PMMA、PVDF/PMMA共混物、聚碳酸酯和离聚物。
4层离聚物薄膜经过热成型加 工后，进入注塑模腔，接着注 入聚丙烯或TPO等基体材料形 成一个整体结构。Mayco公司 介绍IMD薄膜适合生产A级效 果的汽车成品表面，可以做成 纯色效果、金属效果以及具有 各种纹理结构和光泽度。
图 5:可以定制出具有特殊结构的可成型薄
膜材料，如色彩、厚度和拉伸强度等
结论
PVDF/PMMA 材料的加工步骤与其它IMD薄膜一样由以下步骤组 成：首先热成型，接着是预成品的清理修整，然后将其放入型腔， 用基质树脂注塑成型产生最终零部件。
TPO基的薄膜可用于制造车厢侧板模 压件、阻流板、车门坎板和保险杠等聚 丙烯材料的汽车外饰零部件。含有ABS 基的这种薄膜还可用于装配由ABS及其 共混物材料制造的汽车外饰件，例如格 栅板、镜架、保险杠嵌件、车身面板等 。
由于不需要厂家投入巨资建立新的涂装生产线，在汽 车工业领域，可成型薄膜的IMD技术正在迅速发展。 IMD技术能将多重装饰工序和图案工序简化成一个简单 的成型工序。与传统的涂漆法比较，IMD技术产生更少 的环境负担。对于许多汽车OEM制造商特别是北美地区 的厂家来说，传统的涂漆和装饰设施已经让他们投入了 大量资金，他们不愿意很快就放弃使用。但是如公司计 划建立新的汽车生产工厂或扩大其规模时，可成型薄膜 IMD技术最有可能成为其选用技术。
聚碳酸酯薄膜可以加工出多种常见色彩外观如金色、蓝色、浅褐色 、绿色、黄色以及金属外观等。有色聚碳酸酯膜胚进行IMD加工后可 以制造多种汽车零部件。例如，2005款的欧宝赛飞利（Zafira）紧凑 型多用途车就出现了含有聚碳酸酯(Lexan SLX)外层的LFI法聚氨酯基材 。使用同GE相同的聚碳酸酯薄膜材料的公司还有Smart GmbH公司新 推出的跑车硬质车顶盖，但所选用的后成型材料为PC/PBT树脂。
图1:可成型薄膜的IMD技术制造的典型汽车零部件――外饰 件和仪表板原型
聚偏氟乙烯 (PVDF)
PVDF基薄膜是最常用的材料。从PVDF基薄膜的Avery Dennison公司 的产品来看，这些材料可以成型出纯色效果、金属效果、珠宝效果和有色 的透明效果，还可以生成金属涂刷图案效果、几何图形效果以及木纹效果 等等。同时PVDF基薄膜还可做成低光和高光的着色效果。
使用PMMA面层的IMD薄膜表面具有高光泽、优异的耐刮擦和 耐化学的特点。PMMA基材料具有多层层压结构，这和大多数其 它IMD系统一样。Senoplast公司推出了PMMA基薄膜产品，它使 用PMMA透明材料作为外层，下层为有颜色的PMMA材料。在这 之下为ASA/PC共混材料构成的支撑层，它能提高产品的抗冲强度 和耐温能力。据报道该材料表面达到A级水平，可以产生常规的色 彩效果、金属效果以及压纹效果。
加工的第一步是对厚度为1.0-2.0mm的片材或卷材形式的薄膜进 行热成型加工，然后使用长玻纤增强的注塑法（LFI）聚氨酯材料 对薄膜预制品进行后注塑加工。其它增强成分如蜂房结构等还可以 添加到最终产品中。PMMA体系可以用来制造尾板、挡板、保险
杠、ABC三门立柱（内外饰应用）以及仪表板衬垫等汽车零部件。
拜耳公司还介绍，除了能增加颜色和光泽效果以外， PC、 PC/PBT 或热塑性聚氨酯(TPU)等薄膜材料注塑成型之前还可以加工出特殊的纹 理结构、图案和手感效果。例如，在薄膜基粘结层上添加纤维可以产生 纤维图案，然后将薄膜放入模具中成型最终零部件。，形成的图案在零 部件表层背面，这和常规的表面修饰方法不同，不会出现图案的褪色或
图3: 雷诺Laguna Il汽车格栅板，由ABS基材树脂与PVDF/PMMA薄膜
(Fluorex 2010/3010)材料加工而成
聚碳酸酯
聚碳酸酯因其有内在的光泽和长期耐久力以及耐刮擦性能而成为另 一种受欢迎的汽车用IMD工艺材料。GE高新材料公司（GE Advanced Materials）推出的商标为Lexan SLX的聚碳酸酯，这种聚碳酸酯薄膜 生产的汽车零部件能够保持其光泽度、颜色和力学性能达10年的耐候 能力（许多汽车厂家的产品通常都需要有10年的耐候能力）。此外， 聚碳酸酯还拥有优异的抗化学性以及很好的耐汽油和甲苯性能。
图 4: 2005款欧宝赛飞利（Zafira）车上的具有窗口结构的车顶盖，它是由带 色聚碳酸酯薄膜(Lexan SLX)和LFI法聚氨酯后成型基材加工而成
聚碳酸酯薄膜还可以通过IMD技术制造出A级水平的车身外饰面板。 拜耳材料科学公司是一家专业生产IMD汽车部件用聚碳酸酯基薄膜的 制造商，它有Makrofol和Bayfol两种品牌。如今聚碳酸酯材料已经能 够满足汽车侧板所需要的耐高温性能要求。另外，聚碳酸酯基车体面板 预制薄膜材料一般和LFI法聚氨酯体系或结构反应注塑法（S-RIM）聚 氨酯材料后发泡成型。
2.7 0.30
0.5 3.20
0.5 3.30
表1:模内加工薄膜（PFM）和两种汽车涂漆体系的物性对比
图 2: PMMA基薄膜的加工依次经过薄膜传送（上左）、热成型（上中和右） 和LFI聚氨酯后成型得到成品（下右）等步骤
PVDF/PMMA
PVDF和PMMA共混物经过IMD加工后可用于汽车外饰件制造。使 用该共混材料能很方便的制造出与周围涂漆结构相匹配的外观效果 如纯色效果、金属效果、 珍珠色效果或有色涂层。Soliant LLC公司 推出多条命名为Fluorex的PVDF/PMMA生产线，，它的结构比较具 有代表性，其中上层为覆盖在有色涂层上的PVDF/PMMA 透明层， 下层为TPO或ABS材料。
试验方法
试验项目
单位
PFM体 系
涂漆系统 A
涂漆系统 B
落锤冲击试验（Gardner Impact Test）
断裂能量 E50
[J]
0.62
< 0.11
< 0.11
冲击深度 tB,18J
[ mm ] 1.5
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.4
3.4
冰雹冲击试验（Hail- Impact Test）
冰雹法抗冲能量 H20
[J]
冲击深度 tB,12,3J [ mm ]
Avery Dennison公司的商品名为Avloy，它具有多层结构，其中PVDF 层覆盖在印刷的图案上构成顶层，下面为丙烯酸有色层。将片状和卷状的 薄膜经过热成型加工先生成片材预制品，接着将预制好的片材放入注塑模 腔内，然后注入塑料熔体与片材粘合在一起形成一个整体结构。可用于注 塑成型步骤的基材有ABS、热塑性聚烯烃(TPO)和聚碳酸酯等材料。
PVDF基薄膜可以生产出如尾灯聚光圈、后视镜外壳、前栅板、车门坎 板、门把手、车厢侧板模压件和车轮护缘等各种汽车零部件。薄膜制造商 认为在长期的侵蚀条件下，与传统的涂装产品相比，该产品能够很好的保 持色彩和光泽。PVDF基薄膜产品的另一个重要的优势是优异的耐化学和 抗溶剂性能。
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)