邢海波，張東軍

（1. 吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，吉林省吉林市 132200；2. 吉林市神華大眾汽車服務(wù)有限責(zé)任公司，吉林省吉林市 132000）

聚碳酸酯是一種分子鏈中含有碳酸酯基的高分子化合物，受到加工環(huán)境的限制，廣泛投入工業(yè)生產(chǎn)的聚碳酸酯僅有雙酚A型聚碳酸酯，該材料性能優(yōu)良，具有耐老化、抗沖擊、耐化學(xué)藥品腐蝕等特性，因此，被大量應(yīng)用在航空航天、電子、建筑、汽車、照明等領(lǐng)域［1］。近年來(lái)，電子行業(yè)和照明行業(yè)發(fā)展迅猛，對(duì)于聚碳酸酯的需求越來(lái)越大，聚碳酸酯的高透光性和耐老化性十分適用于照明行業(yè)，與傳統(tǒng)的照明玻璃相比，聚碳酸酯的透明度更高，而且還具備易加工、質(zhì)量輕、不易破碎、包裝性強(qiáng)、可回收的特點(diǎn)［2］。目前，汽車照明系統(tǒng)基本上采用聚碳酸酯。發(fā)光二極管（LED）照明系統(tǒng)對(duì)于外殼的要求很高，使用的材料必須是光散射材料，可以確保點(diǎn)光源轉(zhuǎn)化成線光源，線光源轉(zhuǎn)化成面光源，且選擇的光散射材料必須具有80%以上的透光率和90%以上的霧度［3］。本文針對(duì)聚碳酸酯在汽車LED前照明系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，探討了聚碳酸酯的應(yīng)用范圍和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

1 聚碳酸酯在汽車LED前照明系統(tǒng)中的應(yīng)用特點(diǎn)

絕大部分汽車燈具的使用要求極高，必須經(jīng)真空鍍鋁鍍膜后才能使用，燈具在長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)吹雨打及暴曬下，老化特別嚴(yán)重，在這種惡劣的環(huán)境下，為了延緩燈具的使用年限，將制造燈具的材料進(jìn)行改性處理、真空鍍膜處理、真空電鍍涂料處理［4］。

1.1 聚碳酸酯可增加汽車LED前照明系統(tǒng)的耐熱性

大部分汽車燈具在50 ℃持續(xù)6 h的炙烤過(guò)程中，表面溫度會(huì)高達(dá)120 ℃以上，這要求燈具的配光鏡和各種零部件應(yīng)具有高耐熱強(qiáng)度，否則會(huì)發(fā)生軟化、霧化、揮發(fā)物在鏡面凝結(jié)等問題［5］?，F(xiàn)有車燈所應(yīng)用的熱光源在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生200 ℃的高溫，而聚碳酸酯塑件只能耐130 ℃左右的溫度，為了能正常安全使用，燈具用聚碳酸酯塑件的耐熱溫度須達(dá)185 ℃以上。經(jīng)改良處理后，聚碳酸酯耐熱溫度極高，能滿足聚碳酸酯塑件的溫度要求，有的牌號(hào)的聚碳酸酯的耐熱溫度高達(dá)200 ℃［6］。

1.2 聚碳酸酯可調(diào)整汽車LED前照明系統(tǒng)光源顏色

聚碳酸酯具有易于著色的特點(diǎn)，因此在制作時(shí)，可以直接加入顏料和添加劑，使聚碳酸酯變成透明有色的材料。為了得到更好的透明有色材料，必須要增強(qiáng)材料的耐熱性［7］。通常聚碳酸酯類塑料熔體溫度可以達(dá)到310～340 ℃，即使普通的聚碳酸酯熔體溫度也可以達(dá)到280～310 ℃。目前，調(diào)整汽車LED前照明系統(tǒng)光源顏色使用的基本色主要有六種，分別為紅色、黃色、綠色、藍(lán)色、白色、黑色，這些基本色都是透明顏色，以基本色為基礎(chǔ)進(jìn)行色彩調(diào)和，可以得到其他顏色，作為L(zhǎng)ED前照明系統(tǒng)的光源顏色［8］。

2 聚碳酸酯在汽車LED前照明系統(tǒng)中的應(yīng)用問題

2.1 老化問題

聚碳酸酯雖然具備多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，但在使用時(shí)很容易老化，主要的老化方式有熱降解、熱氧老化、光氧老化、接觸水老化等，一旦聚碳酸酯出現(xiàn)老化問題，就會(huì)降解出雙酚A，這對(duì)整個(gè)材料的外觀、性質(zhì)和性能都會(huì)造成嚴(yán)重影響，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)材料的性能失效［9］。

使用聚碳酸酯制備的LED前照明系統(tǒng)很容易受到紫外光攻擊，長(zhǎng)時(shí)間的紫外光照射會(huì)降低材料的沖擊強(qiáng)度，使材料泛黃，間接反映出環(huán)境對(duì)于聚碳酸酯有很大影響，耐候性能不好。因此，在使用聚碳酸酯制備LED前照明系統(tǒng)時(shí)，必須要增強(qiáng)產(chǎn)品的抗老化性能，提高產(chǎn)品的耐候性［10］。目前，比較有效的方法有兩種：（1）在聚碳酸酯制備過(guò)程中，加入紫外光穩(wěn)定劑和脫模劑；（2）在成型的聚碳酸酯塑件外部加入紫外光源，作為屏蔽層。在使用上述兩種方法后，聚碳酸酯呈現(xiàn)藍(lán)色，通常要對(duì)塑件進(jìn)行4～5次疊加，聚碳酸酯的藍(lán)色為透明色，如果顏色偏黃，說(shuō)明加入的紫外光穩(wěn)定劑和脫模劑遭到破壞，該聚碳酸酯不具備抗紫外光照射的能力，紫外光屏蔽處理和添加紫外光穩(wěn)定劑取得的效果相似，都能發(fā)揮增強(qiáng)聚碳酸酯耐候性的作用。

采用聚碳酸酯制備的配光鏡表面強(qiáng)度和硬度較低，尤其是呈現(xiàn)透明顏色的塑件，表層硬度更低，一旦塑件落上灰塵，就很難處理，通常會(huì)選用靜電布對(duì)表面的灰塵進(jìn)行擦拭，但是也極有可能將配光鏡表面劃傷，對(duì)燈具的外觀造成嚴(yán)重影響，因此，必須對(duì)采用聚碳酸酯制備的配光鏡進(jìn)行處理［11］。最有效的處理方法就是將有機(jī)硅耐磨涂層涂抹在配光鏡表面，步驟為：首先在聚碳酸酯表面涂上一層基體材料，干燥；然后涂抹碳化硅陶瓷涂料作為中間涂層，繼續(xù)干燥；最后在耐磨層涂抹高分子陶瓷聚合物涂料，干燥。整個(gè)涂抹過(guò)程必須保持潔凈。采用這種方法處理的聚碳酸酯表面性能極大提高，耐磨性、耐候性和光學(xué)性都極好，使用壽命更長(zhǎng)。改性后的聚碳酸酯配光鏡硬度更好，使用普通的擦拭布進(jìn)行擦拭也不會(huì)出現(xiàn)刮花現(xiàn)象，硬度可以保持在2～3 H。

采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行電鍍或鍍鋁時(shí)，反光鏡或視圈等零件使用的材料為金屬件，這種材料的質(zhì)量較大，且加工過(guò)程繁瑣，需要花費(fèi)較高的成本和大量的人力、物力，而采用聚碳酸酯生產(chǎn)的注塑件不僅工藝簡(jiǎn)單，且更容易成型，可以在短時(shí)間內(nèi)生成復(fù)雜的形狀，質(zhì)量也輕［12］。聚碳酸酯可以很好地與鋁層附著在一起，在真空中對(duì)純鋁進(jìn)行蒸發(fā)處理或?yàn)R射處理，使其在鋁層形成鍍膜。需要進(jìn)行鍍鋁的零件主要有燈體、LED反光圈，這兩個(gè)零件可以起到反射、折射和裝飾的作用。為確保作用最大化，選擇的鍍鋁厚度通常在0.8～1.2 μm，通過(guò)平滑的鋁膜提高零件的光澤度。鍍鋁的方式主要有兩種：一是在基體上直接鍍鋁，再增加保護(hù)層，該方式可以保證燈具擁有亮麗的光澤度，同時(shí)具備很好的防潮、耐熱性能，在運(yùn)輸過(guò)程中不會(huì)受到環(huán)境的污染；二是在基材上涂抹底漆，該方式能夠覆蓋基材上的缺陷。不同情況下使用的鍍鋁方式不同［13］。

2.2 聚碳酸酯制件的內(nèi)應(yīng)力

雖然聚碳酸酯的沖擊力極高，但易發(fā)生斷裂，原因是制件殘留內(nèi)應(yīng)力較大。影響制件內(nèi)應(yīng)力的因素包括產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、熱處理、注射工藝等。聚碳酸酯具有較高的熔融溫度、黏度大、流動(dòng)性差、冷卻快，這些特點(diǎn)都會(huì)加大制件的內(nèi)應(yīng)力。

聚碳酸酯分子鏈具有很大剛性，發(fā)生分子取向后很難產(chǎn)生松弛，制件中的內(nèi)應(yīng)力也無(wú)法消除，必須對(duì)其內(nèi)應(yīng)力進(jìn)行消除處理。通過(guò)升溫使塑件分子鏈活動(dòng)，凍結(jié)的分子經(jīng)過(guò)高溫后松弛，并產(chǎn)生亂序，以達(dá)到消除內(nèi)應(yīng)力的目的［14］。消除或減小聚碳酸酯制件內(nèi)應(yīng)力最簡(jiǎn)單的方法就是進(jìn)行熱處理，將制件放入烘箱內(nèi)，溫度為105 ℃，保持10～20 min后再將溫度升高20 ℃，保持30～40 min，隨后將制件快速冷卻到60 ℃以下取出，空氣作為熱處理主要介質(zhì)。配光鏡為大型零件，需根據(jù)用途和表面要求在熱風(fēng)循環(huán)時(shí)適宜回火。使用的回火爐通常是隧道型回火爐，安裝在注塑機(jī)旁，當(dāng)塑件從模具出來(lái)后，就被放置在回火爐履帶上，增加一定距離后，封閉回火爐，從而降低回火爐內(nèi)部的溫度，通過(guò)降低內(nèi)應(yīng)力確保制品不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力開裂以及翹曲變形等現(xiàn)象。

當(dāng)采用聚碳酸酯制備的零件放置在燈具內(nèi)部時(shí)，則不能使用回火的方式處理，而是通過(guò)模溫機(jī)進(jìn)行調(diào)整，減少制件內(nèi)應(yīng)力的影響。由于冷卻時(shí)，各零件的收縮率不同，所以制件在確定成型后，硬化過(guò)程會(huì)從表面逐漸深入到內(nèi)部，這一過(guò)程的收縮很慢，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的出現(xiàn)，進(jìn)而使塑件表面產(chǎn)生裂紋。控制模溫是消除聚碳酸酯制件內(nèi)應(yīng)力最有效的方法，模溫的變化直接影響殘余內(nèi)應(yīng)力的大小。引入樹脂制品后的燈具會(huì)形成一個(gè)最低模溫限度，通過(guò)模溫機(jī)控制模溫，使模溫盡可能地滿足要求，采用聚碳酸酯制備的零件脫模溫度為140 ℃，因此模溫要保持在85～140 ℃，如果模溫過(guò)高，塑件的冷卻時(shí)間就會(huì)變慢，成型周期也會(huì)延長(zhǎng)，導(dǎo)致塑件在制備過(guò)程很容易發(fā)生變形。當(dāng)完成內(nèi)應(yīng)力消除工作后，還要對(duì)消除效果進(jìn)行檢驗(yàn)，將聚碳酸酯制件放入四氯化碳中，觀察是否發(fā)生開裂，如果出現(xiàn)開裂，則代表沒有消除掉內(nèi)應(yīng)力；如果未出現(xiàn)開裂，則代表內(nèi)應(yīng)力已被消除。

3 聚碳酸酯在汽車LED前照明系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著人們對(duì)環(huán)境的重視，汽車車型不斷向節(jié)省能耗及原材料的方向發(fā)展。燈具是汽車的重要設(shè)備之一，通常采用的材料都是注塑材料，聚碳酸酯作為注塑材料的一種，性能優(yōu)于其他注塑材料，使用其制造燈具的成本更低［15］。照明車燈可以劃分成前照燈、后車燈、轉(zhuǎn)向燈、霧燈、車牌照明燈等。與無(wú)機(jī)玻璃相比，聚碳酸酯的沖擊強(qiáng)度高250倍，因此更適合作為前照燈外罩。前照燈除了具備照明功能外，還具備裝飾功能，可以通過(guò)聚碳酸酯的光學(xué)性能和著色性能來(lái)加強(qiáng)汽車LED前照明系統(tǒng)的裝飾作用，利用有色的聚碳酸酯制備車燈內(nèi)部的裝飾條，起到點(diǎn)綴作用，在車燈下方噴上底漆，可以更好地襯托裝飾條顏色，此外，也可以通過(guò)鍍鋁的方式使車燈變成金屬色，裝飾圈采用的包裝方式也是鍍鋁方式。聚碳酸酯可以遮擋光源，這種遮擋不僅可以增加LED前照明系統(tǒng)的美觀性，同時(shí)可以避免從外面看到里面的光源。聚碳酸酯材質(zhì)的燈管多是彎曲的，在受力薄弱點(diǎn)進(jìn)行起拱處理，從而減少?gòu)澢鷳?yīng)力。作為反光鏡的零部件，燈具的質(zhì)量直接影響反光鏡的質(zhì)量。使用聚碳酸酯鍍鋁，不僅能夠減輕燈具質(zhì)量，同時(shí)可以減輕零部件的質(zhì)量，簡(jiǎn)化制造工藝。由于燈具中的燈泡顏色固定，所以可以加入配光鏡，通過(guò)配光鏡對(duì)燈光的顏色進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，汽車產(chǎn)業(yè)逐漸向著安全化和輕型化的方向發(fā)展。在汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，聚碳酸酯發(fā)揮著重要的作用，尤其是在LED前照明系統(tǒng)上，聚碳酸酯顯現(xiàn)出很好的應(yīng)用效果，不僅能夠增加耐熱性，同時(shí)也可以起到裝飾作用，但是在使用聚碳酸酯制備零件時(shí)，必須要進(jìn)行抗老化處理和內(nèi)應(yīng)力消除處理。