免噴塗技術在家電和汽車領域的應用
-作者：莫榮強 雷春堂
四川長虹智能製造技術有限公司
面對全球化的能源危機，生態環境惡化，發展安全無毒、清潔凈化以及環保可再生材料已經成為各行各業材料轉型的重要著力點，因而免噴塗技術越來越受到人們的關注。本文重點闡述了「免噴塗技術」在家電和汽車領域的應用現狀及發展前景。
前言
免噴塗技術離不開高分子材料的應用，中國已成為全球家電製造中心，對高分子材料的需求也在不斷增大。在家電行業高，分子材料已經成為僅次於鋼材的第二大類原材料，也是應用量增長速度最快的材料，近年來平均增長速度約為30%。目前，在中國主要家電產品中，高分子材料所佔比例分別為：吸塵器60%，冰箱38%，洗衣機34%，電視機23%，空調10%。
隨著消費者對生活品質要求的不斷提高，家電外觀裝飾材料所採用的單調的塑料外觀質感已不能滿足人們的感官需求。鑒於傳統的噴塗、罩光等表面裝飾技術在製備高品質外觀塑料時存在污染環境、影響人體健康、生產周期長、回收利用難等缺陷，免噴塗技術逐漸成為家電用高分子材料的重要發展趨勢。
中國作為世界上家電產品的生產和消耗大國，我國家電企業要在激烈的國際競爭中突破重圍，必然需要通過綠色環保技術、環保材料及環保產品的開發，滿足人們環保的消費需求，履行環保責任和義務，提高在國內、國際市場競爭力。因此，我國家電產品在進行設計與生產時，除了要考慮產品的生產成本、使用要求以及性能要求外，更為重要的是，要考慮家電產品的環保性。
在產品設計的源頭就選擇環保材料，這是解決環境和資源問題的根本出發點和最有效的方法。要設計和選擇一種性能優良的環保材料，必須找出影響產品質量的主要性能因子，並有針對性地改進材料，使該產品在原材料獲取、生產、加工、使用、再生和廢棄等生命周期全程中都符合環境保護的要求，對生態環境無害或危害極少，具有保護、凈化環境功能，並利於資源的再生和回收。因此，在進行家電產品設計時應盡量選用無污染、無毒害的兼容材料或再生材料，以方便回收再利用，並減少原材料在採掘和加工過程中的能耗和對環境的污染，最大程度地減少資源消耗。
免噴塗技術在空調上的應用（圖片來源：錦湖日麗）
隨著社會的進步，人民的生活水平越來越高，汽車也越來越多地進入了人們的生活。縱觀時代的發展，汽車產業也一直在持續發展，由此零部件的開發使用也隨著新材料、新技術的使用有了新的發展前景。傳統的汽車內外飾塑料產品一般使用噴塗油漆的方法，這樣做不僅程序要求比較多，而且，最重要的是會對環境造成了巨大的污染。新興起的免噴塗技術是將塑料原本的材料和金屬粉混合起來，直接注塑成型，此時製品能以一種噴塗外觀效果呈現在人們面前。如今，已經有好多內外飾免噴塗件進入了市場。區別於傳統的噴塗件，免噴塗技術的使用在某種程度上將汽車內外飾件的成型工藝步驟簡單化，大大提高了產品競爭力，擴寬了中國汽車高分子材料的發展前景。
本文重點闡述了「免噴塗技術」在家電和汽車領域的應用現狀及發展前景。
免噴塗技術在家電領域的應用
隨著高分子材料的各項性能，如力學性能、熱學性能、環境適應性等取得的重大突破，以及高分子材料自身具有的著色性強、加工性能好的特點，它已經逐漸取代金屬，成為製造家電產品經濟又實惠的原材料。然而，由於高分子材料未能取得新穎靚麗的多樣化外觀效果，其製品近20年來始終伴隨著諸多後續加工處理手段：在高分子材料成型後，在其表面進行拋光、噴塗、UV罩光等後處理工序，以實現不同紋理、圖案、質感等效果。但是，這些工序中使用的大多數塗料、溶劑等都具有毒性，會對操作人員的身體造成極大傷害。同時這些工序加大了廢棄後產品的回收難度，回收過程中的脫漆工藝對環境造成了較大污染。此外，產品質量也不穩定，塗層的附著力比較差，長期使用後塗層會因磨損而脫落，嚴重影響產品的外觀。
近年來，在節能環保趨勢的推動以及新工藝的不斷調整和改進下，尤其是高光模具的不斷開發以及注塑工藝的不斷完善，國內外知名材料開發廠商，例如韓國三星、LG、日本東麗、美國塞拉尼斯，上海錦湖日麗，廣州金髮，合肥會通等，紛紛開始嘗試突破表面裝飾工藝的桎梏，轉而採用高光模具直接注塑成型的方法，來實現消費者對各種個性化外觀效果的要求。一種免噴塗技術的研究與應用開始蔚然成風。
01
免噴塗技術在家電領域應用的優勢
免噴塗技術是綜合了色彩設計、材料開發以及成型工藝技術（CMF，color, material，finishing）於一體的全套系統方案，其中色彩設計包括色彩趨勢研究及產品設計分析，色彩外觀質感定製，色彩及質感綜合效果開發及方案制定；材料開發包括材料色彩、紋理及質感效果，材料力學性能，材料加工性能研究；成型工藝技術包括注塑模具結構設計，加工工藝設計等。基於以上各種高端技術實現的免噴塗材料與傳統噴漆材料相比具有以下優勢：
一、外觀效果好：具有色彩豐富、表面光澤好、效果多樣化（金屬、陶瓷、水晶、珠光、閃爍等）、以及質感多樣化（科技、時尚等），呈現出完全不像「塑料」的塑料製品。
二、個性化定製：給予材料產品設計師更多的材料美學創意，引領高分子材料的色彩及質感趨勢，靚麗的色彩和外觀質感可以幫助客戶應對多樣化、差別化的市場需求。
三、綠色環保：材料產品100%可回收利用，生產、加工以及回收過程中不產生對環境和人體有毒有害的氣體、粉塵等污染物質。
四、綜合成本低：一次成型，產品周期短，省去了注塑後噴塗、罩光等工藝帶來的額外成本，並且良品率高達90%以上；五：製品穩定性好：長期使用不易脫色，避免了噴塗產品使用過程中的脫漆問題。
02
免噴塗技術在家電領域的成功應用案列
目前免噴塗技術已經在家電產品實現了成功應用。國內外家電廠商，如三星、LG、海爾及三洋等公司幾年前就已經推出了使用高光免噴塗「黑又亮」材料的液晶電視。由於該產品具有較好的耐候性、較高的表面光澤度以及較強的耐刮擦性等特點，因而由該材料製成的材料產品美觀耐用。
近兩年，由長虹工程技術中心自主研發的免噴塗仿金屬/陶瓷質感材料，以及免噴塗彩麗塑系列材料已在長虹空調、美菱冰箱、長虹電視等產品中得到產業化應用；錦湖日麗公司研發的美學塑料已經在海爾、美的、奧克斯等家電品牌的空調、冰箱、洗衣機等產品上獲得應用；伊萊克斯推出的瑞彼得（Ergorapido）使用同益推薦導入的免噴塗ABS成功製造吸塵器外殼，打造全新環境的無線二合一吸塵器。
03
免噴塗技術存在的問題及技術瓶頸
目前，免噴塗材料在家電產品中的研究和應用雖然取得了突破性進展，但是其在行業內仍然存在難以解決的技術瓶頸：開發具有特殊外觀效果的材料（例如：金屬質感、珠光璀璨效果等），需要在塑料基材中添加各種金屬粉、礦粉以及顏料等助劑材料。這些助劑屬於無機粉體材料，不僅與基體樹脂相容性差，同時熔體流動性相差也比較懸殊，在注塑成型過程中，流體交界處極易形成較明顯的熔接線、流痕等外觀缺陷。對於小尺寸、結構簡單的零部件，可以通過產品結構設計、模具設計以及注塑工藝調整，盡量減少或避免熔接線的出現，但大尺寸、結構複雜樣件的外觀缺陷無法得到解決。因此，改善無機材料在基體樹脂中的分散性和流動性，減少產品熔接線和流痕，已經成為開發免噴塗材料亟待解決的關鍵技術，也是決定其能否在家電領域實現全面應用的重要轉折點。
免噴塗技術在汽車領域的應用
隨著社會的進步，人民的生活水平越來越高，汽車也越來越多的進入了人們的生活。數據顯示，2017年中國汽車市場累計銷量2376.44萬輛，這就促使汽車製造廠家不斷改進位造技術和材料，在安全性、節能性和美觀性等多個方面做出調整。現代汽車製造材料的構成發生了較大的變化，高密度材料的使用比例下降，低密度材料如高分子材料有較大幅度的提升，免噴塗技術在汽車領域的應用也越來越廣泛。
2017年中國汽車市場累計銷量2376.44萬輛，按照每台汽車使用免噴塗美學塑料10Kg計算，免噴塗材料需求約為237644噸。若實際按照汽車中40%的汽車採用免噴塗美學塑料，則2017年銷售的汽車對免噴塗材料的需求總量為9.5萬噸。免噴塗技術在汽車領域的應用，可以降低成本、促進環保，滿足汽車節能需求。
01
免噴塗技術在汽車領域應用的優勢
◆降低成本
當今汽車行業的競爭隨著時代的發展越來越劇烈，現在每一個主機廠都面對著一個巨大的挑戰，那就是關於成本的使用。雖然免噴塗材料比一般產品貴 10％，但汽車企業如果把該產品作為油漆的替代品的話，將會使汽車企業的成本下滑 20％～ 30％；而且，與傳統的噴漆工藝相比，免噴塗工藝所生產出廢品的幾率大大降低，可實現 100％回收再利用，具有突出的成本優勢。
◆促進環保
我國汽車行業發展越來越迅速，汽車的保有數量逐年增大。近五年來，我國的汽車需求量迅速增加，僅 2017年我國汽車的銷量就達 2376.44 萬輛。這也可以從側面看出，我國汽車的保有量也有了較大幅度的提高。根據不太準確的統計，在 2017 年，我國汽車的保有量達到 3.10 億輛左右。如果按照最近幾年的平均發展速度來進行推算的話，到2020年我國汽車的保有量將達到5 億輛或更多。從2013 年5月1日開始，我國取消了私家車報廢年限，改為最多行駛60萬公里的時候強制報廢。通過現有車輛和保有量數據，汽車的報廢數量越來越多，在2020年將超過2000萬輛。
為了達到保護環境的目的，汽車行業應該做好以下三點：
①汽車產品使用環保型材料，例如容易降解、天然纖維複合材料等；
②汽車廢舊材料回收，比如將廢舊的汽車當成鋁合金、鎂合金廢舊材料回收後，經過熔化、成型、熱處理等技術之後再利用；
③減小汽車尾氣中有害成分的排放，並且及時對尾氣進行處理。
汽車內外飾塑料件表面一般來說需要噴漆後再進行處理，油漆及噴漆過程中產生的有害氣體會對人及環境帶來不可預測的危害。然而，免噴塗塑料製品無需通過後期修飾就可以表現出特殊的珠光、金屬光澤及絢麗色彩等理想中的外觀。並且，它的可回收性有利於落實所提倡的環保目標。在歐盟，對於汽車所使用的材料的可回收比例有嚴格要求，盡量使用可回收的材料是製造過程中需要著重考慮的。使用免噴塗技術、免噴塗材料，就可以輕鬆滿足這個要求。
◆滿足節能需求
現在，輕質型車已經進入了產業化的局面，各大品牌車都已推出混合動力車，其中就有寶馬、賓士、沃爾沃等國外品牌，還有比亞迪、長城等國產品牌。美國在 2011 年後的五年里，汽車的燃油從 8.6L/100km降低到 6.6L/100km，經濟增長 30%。這種變化和美國的國家政策脫不了干係，燃油數據的改變和汽車生產、設計所使用的新材料、新技術有很大的聯繫。
與此同時，我國國務院在發布的關於發布政府核准的投資項目中強調淘汰落後產能，降低汽車燃油率。然而這些的實現都和汽車的材料密切相關。使用免噴塗技術製得的免噴塗材料，就可以滿足汽車輕量化、降低油耗這個要求。
02
免噴塗技術在汽車領域的成功應用案列
目前免噴塗技術已經在部分汽車產品實現了成功應用。如免噴塗PC內飾材料應用在某些車型的顯示屏屏面和出風口飾條，材料尺寸穩定性好、耐疲勞性佳；免噴塗PC外飾材料應用在某些車型中網飾條和霧燈飾條、鯊魚鰭天線，材料的尺寸穩定性好、耐疲勞性佳；免噴塗PMMA材料應用在某些車型後牌照飾板、前門B柱外飾板總成，零件光澤度具有金屬效果，材料具有優異的耐候性、耐刮擦性能；免噴塗PMMA+ASA合金材料應用在某些車型格柵下本體、汽車擾流板、汽車格柵，材料高強度、耐候、高光；免噴塗PBT材料，應用在某些車型大燈飾框，材料具有低吸水性、高尺寸穩定性、高剛性、高流動性及優異的表光性能等。
03
存在的問題及應對措施
雖然和傳統的噴漆件相比較，免噴塗件在很多方面都具有很大的優勢，但免噴塗材料也存在一些問題：
①成型的零件結構比較簡單，在造型的創意領域面臨很大的束縛；
②成型的色彩不能實現多樣化；
③部分低成本免噴塗材料零件的耐刮擦性能還沒有達到主機廠的要求標準；
④我國免噴塗模具技術的自主研究比較落後，與外國新型免噴塗材料的技術相比還有不小的差距。
綜上所述，雖然免噴塗技術產品在某些程度上能夠促進國內塗料行業的發展，但是從汽車產品的質量方面來說，免噴塗塑料產品現在還不能滿足市場需求[5]。為此，產品工程師在開始設計工作前，首先要思考這種新型材料以及工藝使用的可行性。材料工程師和 CAE 工程師應該加倍努力去研製開發免噴塗材料，並創建與之相對應的材料庫，以達到汽車行業的要求。模具相關工程師應致力於免噴塗專項模具及配套設備的適應性研發。材料工程師應該對外國的技術採取面對可行的技術方法積極學習的態度。
結束語
作為傳統的國民經濟支柱性產業，家電行業在經濟發展中發揮著重要作用，免噴塗技術在家電產品中的應用已是必然趨勢；免噴塗技術在很大程度上符合了汽車內外飾零件的綠色設計和降成本需求，在認識到汽車材料對環境和能源方面的影響後，如今已積極跟上國家環保法律法規的步伐。在汽車產業隨後的發展中，我們應該建立產、學、研相結合的體系，增大交流和溝通的力度，把基礎技術的研究放在心上，加快對汽車材料方面人才的培養。加大對免噴塗技術的研究，改善無機材料在基體樹脂中的分散性和流動性，減少產品熔接線和流痕，免噴塗技術在家電和汽車領域的使用前景將會越來越寬闊。
-本文摘自《國際塑料商情》四月刊
TAG:榮格塑料工業 |