汽車塑料皮紋件光澤度設計及管理研究

關鍵詞：汽車內飾；塑料皮紋；光澤度；花紋；CMF ；注塑

0 引言

塑料皮紋件在汽車內外飾中應用占比很高。尤其是低成本的汽車產品，整車內飾中除了座椅外，幾乎全部是由塑料皮紋件組合而成。這部分零件在很大程度上決定了整車的設計感和品質感。產品的光澤度作為設計中需要考慮的一個重要指標，它的“舒適與否”以及“一致與否”，總會在第一時間引起用戶注意。如何對塑料皮紋件的光澤度進行設計及管理，是每一個汽車車企設計部門和工程質量部門都面臨的課題。本文從光澤度的角度出發，對汽車塑料皮紋件的光澤度影響因素進行研究，并提出汽車內外飾光澤度設計標準和管理規范建議，以期對汽車同行有所啟發。

1 光澤度概述

在GB 8807-1988《塑料鏡面光澤試驗方法》中對光澤度的定義為：在規定的入射角下，試樣的鏡面反射率與同一條件下基準面的鏡面反射率之比，用百分數表示，可以省略百分號，以光澤單位表示[1]。測量光澤度的儀器為光澤儀。下文中出現的光澤度數據均是使用BYK 多角度光澤儀測量，且同一測量點測量3 次后，取平均值而得。

在實物評價時，根據物體表面不同，選擇不同角度（20°、60°、85°）的數據來定量分析光澤度（圖1）。塑料產品光澤度的測量一般都是取60°的入射角度測試所得數值，當60°的入射角度進行測試后得到的光澤度數值大于70.0，則取20°的入射角測試所得數值。

人眼對物體表面光澤度的辨別是一種復雜的現象。研究表明，如果材料在60°光澤度大于70.0，人的視覺感知該物體表面屬于高光澤；如果材料在60°光澤度小于10.0，人的視覺感知該物體表面屬于消光澤。在汽車行業，內外飾塑料皮紋件的光澤度屬于消光澤范內，這是因為消光澤表面能夠有效降低光線的反射作用，減少光線對駕駛人員的視覺干擾。

2 影響塑料皮紋件光澤度的因素分析

塑料皮紋件的開發過程分為設計階段、開發階段和生產階段，每一個階段的工作內容不同。例如設計階段要進行顏色定義、皮紋定義、光澤度定義、材料選型和模具設計等；開發階段要進行模具加工、皮紋畫板/ 加工以及試模等；生產階段要進行工藝調試和質量檢查等（圖2）。由于模具設計與模具加工不在作者的工作范疇內，因此本文側重從其他幾個方面進行分析，找出影響塑料皮紋件光澤度的因素。

2.1 顏色對塑料皮紋件光澤度的影響

有關資料研究結果表明，相同皮紋的情況下，光澤度的高低情況為：米色＞灰色＞黑色[2]。但研究中對米色和灰色的明度范圍以及黑色、灰色和米色的光澤度數值差異沒有明確說明。因此本文嘗試研究這幾種色系明度與光澤度的關系，以期得出數據參考范圍。

選取相同的動物皮紋，分別制作黑色、灰色和米色等各顏色樣板（圖3）。使用Data color check Ⅲ色差儀和BYK 光澤儀對樣板的光澤度、明度、彩度和色相等數據進行測量。

從數據分析得知，明度對光澤度有較大影響，淺色比深色光澤度高，這與前人的研究結果一致。從淺灰35 號和米52 號兩個樣板數據得知，相同條件下，米色并不一定比灰色的光澤度高，當兩者的明度基本一致時，光澤度差異不大（圖4）。對比樣板數據，相同皮紋條件下，淺色比深色的光澤度高0.4 ～ 1.2 ；當明度值大于60.00 后，隨著明度的增加，光澤度的增幅并不大。

隨著汽車內飾CMF 的發展，越來越多的有彩色被應用到塑料皮紋零件上，因此本文還嘗試研究彩度對光澤度的影響。在皮紋、材料相同的情況下，制作同一色系、不同彩度的樣板（圖5），測量光澤度。從紅色系1 號、2 號和3 號樣板數據得知（表1），在明度和色系基本一致的情況下，彩度提高，光澤度也略有升高，但變化不大。

2.2 皮紋類型對塑料皮紋件光澤度的影響

在汽車行業內，皮紋類型分為動物皮紋、規則皮紋、細皮紋和科技皮紋4 種（圖6）。不同類型的皮紋，紋理形態不同，應用部位也不同。科技皮紋在很多情況下是作為一種裝飾性功能被應用在大零件的局部區域，光澤度的裝飾屬性較強，因此本文不將它作為研究對象。

選取其他3 種不同類型的皮紋制作在同一塊樣板上，使用光澤儀對皮紋1 號（動物皮紋）、皮紋2 號（規則皮紋）和皮紋3 號（細皮紋）進行測量，得到相應的光澤度數據。數據表明，在相同條件下，動物皮紋的光澤度明顯低于細皮紋；動物皮紋與規則皮紋光澤度差異不大（圖7）。因此在設計階段定義皮紋光澤度標準值時，需要考慮皮紋類型，而不是一味地采用同樣的標準值。

2.3 材料類型對塑料皮紋件光澤度的影響

塑料是以單體為原料，通過加聚或縮聚反應聚合而成的高分子化合物。在汽車領域，作為外觀零件而被消費者經常觸及的內外飾零部件以通用塑料和工程塑料居多。表2 列出了汽車內外飾常用的幾種材料的光澤度。

從表2 可以看出，同種皮紋和顏色的外觀條件下，PP 和PA6 的光澤度較低，而ABS 和PC 等材料的光澤度較高。因此在設計階段進行原材料選型時，需考慮原材料本身的光澤度屬性。當不同材料的零件間存在匹配時，需要控制由于材料間差異帶來的光澤度不一致問題。

同種類型的材料，配方不同，光澤度也有差異。陳建在其研究中也表明，合成工藝、填料種類和含量以及消光劑都會對ABS樹脂的光澤度產生影響[3]。

2.4 皮紋深度對塑料皮紋件光澤度的影響

皮紋深度是皮紋畫板工作中需定義的重要參數，它決定了皮紋的立體感和觸感。在蝕紋階段，通過模具被藥水腐蝕的次數和時間來控制皮紋深度。選取3 種不同類型的皮紋，相同顏色情況下，僅改變皮紋深度，測量不同深度皮紋的光澤度，得到數據如表3 所示。

數據表明，相同條件下，隨著皮紋深度降低，光澤度隨之升高。因此為得到較好的光澤度一致性外觀，在皮紋深度定義時須嚴格把關。尤其是注意存在匹配關系的零件，若皮紋類型一致時，務必要確認好皮紋深度的一致性與否。在蝕紋過程中，須控制好皮紋深度。

2.5 皮紋表面形態對塑料皮紋件光澤度的影響

皮紋是一種有立體感的顆粒，紋理最上層的表面形態也是皮紋評價要素之一。皮紋表面形態可以通過化學法和物理法兩種技術手段來實現。化學法是在皮紋最頂部通過增加腐蝕一層網格狀或者點狀的極細單元紋理（通常稱為微紋）來降低光澤度。該方法保持低光澤度的持久性較好，因此在行業內被廣泛采納。

物理法則是通過高壓空氣將不同目數和種類的金屬砂子（通常是玻璃珠和金剛砂）高速噴射到模具表面，形成不同形態的凹凸表面，從而獲得不同的光澤度。玻璃珠在模具表面形成的形態光滑平整，金剛砂在模具表面形成的形態尖銳凹凸。該方法成本低，但隨著模具使用次數的增加，皮紋表面形態變化較明顯。

與國內某知名皮紋廠家一起，選用玻璃珠（120 目）和金剛砂（180 目），在P20 鋼板上對動物皮紋、規則皮紋和細皮紋進行實驗和打樣，實驗結果如表4。結果表明，玻璃珠的占比越多，實物樣板的光澤度越高；反之，光澤度越低。在皮紋塑料件開發試制階段，需通過試制，鎖定砂子配比，從而得到符合光澤度標準的產品。

2.6 注塑工藝對塑料皮紋件光澤度的影響

模具溫度、注射溫度對產品光澤度產生較大影響。周中玉等人的研究結果表明，注塑工藝對PC/ASA 合金光澤度的影響由強到弱排序為：模具溫度、注射溫度、注射速度和注塑壓力[4]。張志強等人的研究結果表明，不管是PP 材料還是ABS 材料，隨著熔體溫度和模具溫度的升高，試樣光澤度降低，顏色的L 值提高[5]。

通過上述分析得知，影響塑料皮紋件光澤度的因素，從設計階段一直貫穿到生產階段。因此，只有在設計階段定義好合適的光澤度標準，在每一個階段都對相應因素進行有效控制，才能得到光澤度一致性好的產品。接下來本文從影響塑料皮紋件光澤度的因素出發，提出光澤度設計及管理的若干建議規范。

3 塑料皮紋件的光澤度設計及管理規范

3.1 建立合理規范的光澤度標準體系

在設計階段， 設計部門需要定義塑料皮紋件的顏色、皮紋類型和光澤度；工程部門需要進行原材料選型和模具設計。由于顏色、皮紋類型和原材料對光澤度有重要影響，因此設計部門和工程質量部門需要根據具體的設計方案制定合理的光澤度標準體系。本文通過車展進行數據采樣，收集了國內幾大合資和自主品牌廠家的零件光澤度數據（圖8），以期對設計階段時光澤度標準值定義有所參考。數據表明，黑色動物皮紋的光澤度在1.4 ～ 2.2 的車型居多。這是因為如果設計定義過高的光澤度，會影響駕駛員的駕駛安全性。

一般汽車廠家對外飾皮紋控制不如內飾嚴格，只要保持一致性即可，因此黑色細皮紋光澤度在2.5 ～ 4.0 的車型居多。這是因為外飾塑料件面積大，因模具選料或成型材料選材成本偏低等不利因素，導致注塑后零件表面缺陷較多，光澤度太低，不利于遮蓋這些缺陷。而且外飾塑料皮紋件匹配的都是噴漆件，不需要太低光澤。

結合顏色、皮紋類型和原材料，制定符合主流應用的光澤度標準值。對常用的PP，外飾深色細皮紋光澤度在2.5 ～ 4.0 ；內飾深色動物皮紋光澤度在1.4 ～ 2.2 ；同種皮紋的淺色區域，光澤度可以比深色相應提高0.5 左右；對ABS 等本身材料光澤度就較高的材料，在材料選型時充分考慮光澤度因素，在物化性能滿足條件的情況下，盡量選用低光澤材料。

3.2 準確定義且嚴格控制皮紋深度

在塑料皮紋件的開發試制階段，根據皮紋畫板要求，在模具蝕紋前，根據零部件間的匹配關系及脫模角度，正確且合理地定義皮紋深度。而在模具蝕紋過程中，嚴格要求皮紋供應商控制皮紋加工的工藝參數，控制好皮紋深度。

3.3 控制皮紋表面形態

在模具蝕紋結束后，根據光澤度設計定義，調配砂子配比，控制好皮紋表面形態，從而得到符合光澤度設計定義的產品。如果成本允許，在表面增加微紋來控制光澤度。

3.4 建立周期性回顧光澤度的評審機制

調試注塑工藝，鎖定最佳工藝參數控制范圍。批量生產后，根據產銷量實際情況，制定周期性的光澤度一致性評估流程，并及時調整皮紋表面形態和生產工藝，可以保持產品的良好品質。

4 結論

經過分析，本研究明確了顏色、皮紋類型、原材料、皮紋深度、皮紋表面形態以及注塑工藝對塑料皮紋件的光澤度有影響，并得到以下結論。

（1）相同條件下，明度對光澤度影響較大，淺色比深色光澤度高0.4 ～ 1.2 ；當明度值高于60 后，隨著明度的增加，光澤度的變化不大。另外，彩度對光澤度有影響，但影響不大。

（2）相同條件下，動物皮紋比細皮紋光澤度低1.0 ～ 1.5 ；動物皮紋與規則皮紋的光澤度差異較小。

（3）皮紋深度越淺，光澤度越高。

（4）調整玻璃珠和金剛砂的配比，可以調整塑料皮紋件的光澤度；而增加微紋，可以有效降低塑料皮紋件光澤度。

（5）汽車行業內，深色PP 材料的動物皮紋光澤度范圍在1.4 ～ 2.2；深色PP 材料的細皮紋光澤度范圍在2.5 ～ 4。相同皮紋，淺色光澤度可以相應提高0.5 左右。

（6）批量生產后，根據產銷量實際情況，制定周期性的光澤度一致性評估流程，并及時調整皮紋表面形態和工藝，能夠保持產品的良好品質。

5 結束語

本文通過查閱論文和部分實驗，總結影響汽車內外飾塑料皮紋件光澤度的因素，同時提出若干針對光澤度的設計與管理規范，以期對同行有所幫助。本文也有不足，在某些方面的研究廣度、深度和樣本量上都有欠缺，且由于工作范疇限制，缺失了模具設計和模具加工部分的分析研究。因此同行們可以進一步深入研究，以得到更全面的光澤度經驗規范。