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免喷涂技术在家电和汽车领域的应用

来源:荣格 发布时间:2018-04-18 385
化工塑料橡胶塑料加工设备模具及零件材料处理、计量与检测电子芯片电子芯片设计/电子设计自动化(EDA)设计/电子设计自动化(IP类软件) 市场趋势
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面对全球化的能源危机,生态环境恶化,发展安全无毒、清洁净化以及环保可再生材料已经成为各行各业材料转型的重要着力点,因而免喷涂技术越来越受到人们的关注。本文重点阐述了“免喷涂技术”在家电和汽车领域的应用现状及发展前景。

前言

免喷涂技术离不开高分子材料的应用,中国已成为全球家电制造中心,对高分子材料的需求也在不断增大。在家电行业高,分子材料已经成为仅次于钢材的第二大类原材料,也是应用量增长速度最快的材料,近年来平均增长速度约为30%。目前,在中国主要家电产品中,高分子材料所占比例分别为:吸尘器60%,冰箱38%,洗衣机34%,电视机23%,空调10%[1]。

随着消费者对生活品质要求的不断提高,家电外观装饰材料所采用的单调的塑料外观质感已不能满足人们的感官需求。鉴于传统的喷涂、罩光等表面装饰技术在制备高品质外观塑料时存在污染环境、影响人体健康、生产周期长、回收利用难等缺陷,免喷涂技术逐渐成为家电用高分子材料的重要发展趋势。

中国作为世界上家电产品的生产和消耗大国,我国家电企业要在激烈的国际竞争中突破重围,必然需要通过绿色环保技术、环保材料及环保产品的开发,满足人们环保的消费需求,履行环保责任和义务,提高在国内、国际市场竞争力[2]。因此,我国家电产品在进行设计与生产时,除了要考虑产品的生产成本、使用要求以及性能要求外,更为重要的是,要考虑家电产品的环保性。

在产品设计的源头就选择环保材料,这是解决环境和资源问题的根本出发点和最有效的方法。要设计和选择一种性能优良的环保材料,必须找出影响产品质量的主要性能因子,并有针对性地改进材料,使该产品在原材料获取、生产、加工、使用、再生和废弃等生命周期全程中都符合环境保护的要求,对生态环境无害或危害极少,具有保护、净化环境功能,并利于资源的再生和回收。因此,在进行家电产品设计时应尽量选用无污染、无毒害的兼容材料或再生材料,以方便回收再利用,并减少原材料在采掘和加工过程中的能耗和对环境的污染,最大程度地减少资源消耗[3,4]。

免喷涂技术在空调上的应用(图片来源:锦湖日丽)

随着社会的进步,人民的生活水平越来越高,汽车也越来越多地进入了人们的生活。纵观时代的发展,汽车产业也一直在持续发展,由此零部件的开发使用也随着新材料、新技术的使用有了新的发展前景。传统的汽车内外饰塑料产品一般使用喷涂油漆的方法,这样做不仅程序要求比较多,而且,最重要的是会对环境造成了巨大的污染。新兴起的免喷涂技术是将塑料原本的材料和金属粉混合起来,直接注塑成型,此时制品能以一种喷涂外观效果呈现在人们面前。如今,已经有好多内外饰免喷涂件进入了市场。区别于传统的喷涂件,免喷涂技术的使用在某种程度上将汽车内外饰件的成型工艺步骤简单化,大大提高了产品竞争力,扩宽了中国汽车高分子材料的发展前景。

本文重点阐述了“免喷涂技术”在家电和汽车领域的应用现状及发展前景。

免喷涂技术在家电领域的应用

随着高分子材料的各项性能,如力学性能、热学性能、环境适应性等取得的重大突破,以及高分子材料自身具有的着色性强、加工性能好的特点,它已经逐渐取代金属,成为制造家电产品经济又实惠的原材料。然而,由于高分子材料未能取得新颖靓丽的多样化外观效果,其制品近20年来始终伴随着诸多后续加工处理手段:在高分子材料成型后,在其表面进行抛光、喷涂、UV罩光等后处理工序,以实现不同纹理、图案、质感等效果。但是,这些工序中使用的大多数涂料、溶剂等都具有毒性,会对操作人员的身体造成极大伤害。同时这些工序加大了废弃后产品的回收难度,回收过程中的脱漆工艺对环境造成了较大污染。此外,产品质量也不稳定,涂层的附着力比较差,长期使用后涂层会因磨损而脱落,严重影响产品的外观[3]。

近年来,在节能环保趋势的推动以及新工艺的不断调整和改进下,尤其是高光模具的不断开发以及注塑工艺的不断完善,国内外知名材料开发厂商,例如韩国三星、LG、日本东丽、美国塞拉尼斯,上海锦湖日丽,广州金发,合肥会通等,纷纷开始尝试突破表面装饰工艺的桎梏,转而采用高光模具直接注塑成型的方法,来实现消费者对各种个性化外观效果的要求。一种免喷涂技术的研究与应用开始蔚然成风。

1免喷涂技术在家电领域应用的优势

免喷涂技术是综合了色彩设计、材料开发以及成型工艺技术(CMF,color, material,finishing)于一体的全套系统方案,其中色彩设计包括色彩趋势研究及产品设计分析,色彩外观质感定制,色彩及质感综合效果开发及方案制定;材料开发包括材料色彩、纹理及质感效果,材料力学性能,材料加工性能研究;成型工艺技术包括注塑模具结构设计,加工工艺设计等。基于以上各种高端技术实现的免喷涂材料与传统喷漆材料相比具有以下优势:一、外观效果好:具有色彩丰富、表面光泽好、效果多样化(金属、陶瓷、水晶、珠光、闪烁等)、以及质感多样化(科技、时尚等),呈现出完全不像“塑料”的塑料制品。二、个性化定制,给予材料产品设计师更多的材料美学创意,引领高分子材料的色彩及质感趋势,靓丽的色彩和外观质感可以帮助客户应对多样化、差别化的市场需求。三、绿色环保:材料产品100%可回收利用,生产、加工以及回收过程中不产生对环境和人体有毒有害的气体、粉尘等污染物质;四、综合成本低:一次成型,产品周期短,省去了注塑后喷涂、罩光等工艺带来的额外成本,并且良品率高达90%以上;五:制品稳定性好:长期使用不易脱色,避免了喷涂产品使用过程中的脱漆问题。

2 免喷涂技术在家电领域的成功应用案列

目前免喷涂技术已经在家电产品实现了成功应用。国内外家电厂商,如三星、LG、海尔及三洋等公司几年前就已经推出了使用高光免喷涂“黑又亮”材料的液晶电视。由于该产品具有较好的耐候性、较高的表面光泽度以及较强的耐刮擦性等特点,因而由该材料制成的材料产品美观耐用。近两年,由长虹工程技术中心自主研发的免喷涂仿金属/陶瓷质感材料,以及免喷涂彩丽塑系列材料已在长虹空调、美菱冰箱、长虹电视等产品中得到产业化应用;锦湖日丽公司研发的美学塑料已经在海尔、美的、奥克斯等家电品牌的空调、冰箱、洗衣机等产品上获得应用;伊莱克斯推出的瑞彼得(Ergorapido)使用同益推荐导入的免喷涂ABS成功制造吸尘器外壳,打造全新环境的无线二合一吸尘器。

3免喷涂技术在家电领域应用存在的问题及技术瓶颈

目前,免喷涂材料在家电产品中的研究和应用虽然取得了突破性进展,但是其在行业内仍然存在难以解决的技术瓶颈:开发具有特殊外观效果的材料(例如:金属质感、珠光璀璨效果等),需要在塑料基材中添加各种金属粉、矿粉以及颜料等助剂材料。这些助剂属于无机粉体材料,不仅与基体树脂相容性差,同时熔体流动性相差也比较悬殊,在注塑成型过程中,流体交界处极易形成较明显的熔接线、流痕等外观缺陷。对于小尺寸、结构简单的零部件,可以通过产品结构设计、模具设计以及注塑工艺调整,尽量减少或避免熔接线的出现,但大尺寸、结构复杂样件的外观缺陷无法得到解决。因此,改善无机材料在基体树脂中的分散性和流动性,减少产品熔接线和流痕,已经成为开发免喷涂材料亟待解决的关键技术,也是决定其能否在家电领域实现全面应用的重要转折点。

免喷涂技术在汽车领域的应用

随着社会的进步,人民的生活水平越来越高,汽车也越来越多的进入了人们的生活。数据显示,2017年中国汽车市场累计销量2376.44万辆,这就促使汽车制造厂家不断改进制造技术和材料,在安全性、节能性和美观性等多个方面做出调整。现代汽车制造材料的构成发生了较大的变化,高密度材料的使用比例下降,低密度材料如高分子材料有较大幅度的提升,免喷涂技术在汽车领域的应用也越来越广泛。

2017年中国汽车市场累计销量2376.44万辆,按照每台汽车使用免喷涂美学塑料10Kg计算,免喷涂材料需求约为237644吨。若实际按照汽车中40%的汽车采用免喷涂美学塑料,则2017年销售的汽车对免喷涂材料的需求总量为9.5万吨。免喷涂技术在汽车领域的应用,可以降低成本、促进环保,满足汽车节能需求。

1 免喷涂技术在汽车领域应用的优势

◆降低成本

当今汽车行业的竞争随着时代的发展越来越剧烈,现在每一个主机厂都面对着一个巨大的挑战,那就是关于成本的使用。虽然免喷涂材料比一般产品贵 10%,但汽车企业如果把该产品作为油漆的替代品的话,将会使汽车企业的成本下滑 20%~ 30%[5];而且,与传统的喷漆工艺相比,免喷涂工艺所生产出废品的几率大大降低,可实现 100%回收再利用[6],具有突出的成本优势。

◆促进环保

我国汽车行业发展越来越迅速,汽车的保有数量逐年增大。近五年来,我国的汽车需求量迅速增加,仅 2017年我国汽车的销量就达 2376.44 万辆。这也可以从侧面看出,我国汽车的保有量也有了较大幅度的提高。根据不太准确的统计,在 2017 年,我国汽车的保有量达到 3.10 亿辆左右。如果按照最近几年的平均发展速度来进行推算的话,到2020年我国汽车的保有量将达到5 亿辆或更多。从2013 年5月1日开始,我国取消了私家车报废年限,改为最多行驶60万公里的时候强制报废。通过现有车辆和保有量数据,汽 车的报废数量越来越多,在2020年将超过2000万辆。

为了达到保护环境的目的,汽车行业应该做好以下三点:①汽车产品使用环保型材料,例如容易降解、天然纤维复合材料等;②汽车废旧材料回收,比如将废旧的汽车当成铝合金、镁合金废旧材料回收后,经过熔化、成型、热处理等技术之后再利用;③减小汽车尾气中有害成分的排放,并且及时对尾气进行处理。

汽车内外饰塑料件表面一般来说需要喷漆后再进行处理,油漆及喷漆过程中产生的有害气体会对人及环境带来不可预测的危害。然而,免喷涂塑料制品无需通过后期修饰就可以表现出特殊的珠光、金属光泽及绚丽色彩等理想中的外观。并且,它的可回收性有利于落实所提倡的环保目标。在欧盟,对于汽车所使用的材料的可回收比例有严格要求,尽量使用可回收的材料是制造过程中需要着重考虑的。使用免喷涂技术、免喷涂材料,就可以轻松满足这个要求。

◆满足节能需求

现在,轻质型车已经进入了产业化的局面,各大品牌车都已推出混合动力车,其中就有宝马、奔驰、沃尔沃等国外品牌,还有比亚迪、长城等国产品牌。美国在 2011 年后的五年里,汽车的燃油从 8.6L/100km降低到 6.6L/100km,经济增长 30%[7]。这种变化和美国的国家政策脱不了干系,燃油数据的改变和汽车生产、设计所使用的新材料、新技术有很大的联系。与此同时,我国国务院在发布的关于发布政府核准的投资项目中强调淘汰落后产能,降低汽车燃油率。然而这些的实现都和汽车的材料密切相关。使用免喷涂技术制得的免喷涂材料,就可以满足汽车轻量化、降低油耗这个要求。

2 免喷涂技术在汽车领域的成功应用案列

目前免喷涂技术已经在部分汽车产品实现了成功应用。如免喷涂PC内饰材料应用在某些车型的显示屏屏面和出风口饰条,材料尺寸稳定性好、耐疲劳性佳;免喷涂PC外饰材料应用在某些车型中网饰条和雾灯饰条、鲨鱼鳍天线,材料的尺寸稳定性好、耐疲劳性佳;免喷涂PMMA材料应用在某些车型后牌照饰板、前门B柱外饰板总成,零件光泽度具有金属效果,材料具有优异的耐候性、耐刮擦性能;免喷涂PMMA+ASA合金材料应用在某些车型格栅下本体、汽车扰流板、汽车格栅,材料高强度、耐候、高光;免喷涂PBT材料,应用在某些车型大灯饰框,材料具有低吸水性、高尺寸稳定性、高刚性、高流动性及优异的表光性能等。

3 存在的问题及应对措施

虽然和传统的喷漆件相比较,免喷涂件在很多方面都具有很大的优势,但免喷涂材料也存在一些问题:

①成型的零件结构比较简单,在造型的创意领域面临很大的束缚;

②成型的色彩不能实现多样化;

③部分低成本免喷涂材料零件的耐刮擦性能还没有达到主机厂的要求标准;

④我国免喷涂模具技术的自主研究比较落后,与外国新型免喷涂材料的技术相比还有不小的差距。

综上所述,虽然免喷涂技术产品在某些程度上能够促进国内涂料行业的发展,但是从汽车产品的质量方面来说,免喷涂塑料产品现在还不能满足市场需求[5]。为此,产品工程师在开始设计工作前,首先要思考这种新型材料以及工艺使用的可行性。材料工程师和 CAE 工程师应该加倍努力去研制开发免喷涂材料,并创建与之相对应的材料库,以达到汽车行业的要求。模具相关工程师应致力于免喷涂专项模具及配套设备的适应性研发。材料工程师应该对外国的技术采取面对可行的技术方法积极学习的态度。

结束语

作为传统的国民经济支柱性产业,家电行业在经济发展中发挥着重要作用,免喷涂技术在家电产品中的应用已是必然趋势;免喷涂技术在很大程度上符合了汽车内外饰零件的绿色设计和降成本需求,在认识到汽车材料对环境和能源方面的影响后,如今已积极跟上国家环保法律法规的步伐。在汽车产业随后的发展中,我们应该建立产、学、研相结合的体系,增大交流和沟通的力度,把基础技术的研究放在心上,加快对汽车材料方面人才的培养。加大对免喷涂技术的研究,改善无机材料在基体树脂中的分散性和流动性,减少产品熔接线和流痕,免喷涂技术在家电和汽车领域的使用前景将会越来越宽阔。


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