作者：陈建国、周志恒、邝志辉

摘要： 聚碳酸酯材料在汽车零部件上的应用十分广泛，基于设计要求提出了一种改性聚碳酸酯在汽车换挡面板上的应用。根据换挡字符亮度及色度显示的要求，在聚碳酸酯中添加一定比例的光扩散剂等助剂进行改性，同时采用旋钮式换挡器面板亮度专用检测设备进行检测，与常规喷涂方案进行了对比，发现利用本文提出的改性聚碳酸酯材料直接制备而成的产品透光性均匀且可调节助剂比例以达到设计要求，同时也避免了因喷涂工艺造成的成本增加及产品质量的不稳定。另外，本文也分析了助剂中钛白粉及光扩散剂对产品透光性能的影响。

关键词： 聚碳酸酯 透光率 换挡面板

1、引言

汽车旋钮式换挡器在执行选换挡操作时，其控制面板需要发出满足设计要求的背景光，实时提示驾驶员当下使用的挡位，同时令驾驶员不会产生刺眼感觉。

目前已有的透光技术通常是使用内置LED灯光通过特定颜色的材料进行透光，该方式虽能够满足一般的背景光源的要求，但不能提供特别的颜色和效果来增强视觉效果。其中，应用较多的方案就是直接在注塑件表面喷涂所需要的各种透光漆，但是由于镭雕深度难以控制，镭雕后字符的同一性无法保证，同时涂料厚度也难以保证一致性，从而导致其透光的不均匀性，致使背景光难以达到车规级要求。

透光材料在汽车零部件方面的应用较多，尤其是聚碳酸酯PC和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，不少学者对二者的光学性能也有较深的研究。聚碳酸酯PC的机械性能优越，是五大通用工程塑料中唯一具有良好透明性的热塑性工程塑料。在汽车照明系统中，目前所有车型几乎全部采用抗冲击性和透光性良好的聚碳酸酯材料，并且充分利用其易成型加工的特性，将车灯头部、连接片和灯体等全部模塑在透镜中，设计灵活性大，便于加工，是玻璃无法替代的。2007年，季春玲等研究了将PC粉末配合不同浓度的聚碳酸酯溶液，证明了PC的光吸收损耗比其他高分子具有绝对优势。2007年，栗万里等根据米散射理论，提出了新型导光板的设计思路。2013年，杨伟夺等对PC常温韧性不足等问题进行了研究，通过添加含硅橡胶核壳粒子MSiA进行改性。2011年，杨华军等研究了不同种类和含量的光散射剂对PC光学性能的影响，实验证明当采用1%的PMMA作为光散射剂时，光学性能优异。2009年，孟庆华等通过调节散射剂添加量(PS和PMMAPS)能够达到调控以PMMA为基体的高聚物材料的光散射性能。2014年，巴超群等研究了三种光扩散母粒对聚碳酸酯光学性能的影响，并解决了低含量光扩散剂在PC基体中难分散的问题。

传统的喷涂方案不论是从产品一致性还是透光性能均难以达到标准要求，基于聚碳酸酯基体进行改性以达到规定标准亮度的LED透光板材料在汽车换挡面板上应用研究具有重要意义。

2、实验方法

2.1 材料制备

换挡面板以PC为基料，其中添加多种助剂，由如下组分按重量份组成，如表1所示。

表1 改性聚碳酸酯配方

聚碳酸酯树脂的熔融指数为5～8g/10 min；光扩散剂为经1000目筛选后的硫酸钡；光粉为经1500目筛选后的银白色SB1222号珠光粉。其中钛白粉的作用是为了颜色均匀化，防止产生色差。聚乙烯蜡可作为其在挤出、压延、注射等加工中的润滑剂，同时作为光亮润滑剂。抗氧剂可延缓或抑制聚合物氧化过程的进行，分散剂是在成型时将各组分分散均匀，防止凝聚。光扩散剂的作用是在混合树脂材料中增加光的散射和投射，遮住发光源以及刺眼光源的同时，又能使整个树脂发出的光更加柔和；增加珠光粉则是为了增强材料的光泽效果。

换挡面板主要采用注塑机利用模具注射成型，其制备方法包括以下步骤：

a.将聚碳酸酯树脂在≥140℃下干燥3～5h；将光扩散剂在85～95℃下干燥5～7h；将干燥后的聚碳酸酯树脂、干燥后的光扩散剂、钛白粉、聚乙烯蜡、抗氧剂和珠光粉按比例加入至混合机内预混2～3min再加入分散剂再次混合5～8min；混合后的原料经双螺杆挤出造粒机挤出造粒；

b.将上述经过造粒后的材料在注塑机中一次性注塑成型；

c.在注塑成型的旋钮式换挡器选换挡控制面板与模式按钮的背面喷涂厚度为15～25μm的透光白漆并烘干，烘干后旋钮式换挡器选换挡控制面板与模式按钮的正面喷涂厚度为15～25μm的遮光黑漆，再次烘干；在正面对显示字符区域进行激光镭雕；

d.将旋钮式换挡器选换挡控制面板整个表面喷涂厚度为15～25 μm的UV漆，然后经过UV灯使UV漆固化。

利用以上方法，基于改性PC材料的换挡面板产品制备完成。此外，可根据需求通过调节改性聚碳酸酯材料配方比例以获取更多可供选择的换挡面板产品。

2.2 实验设备及过程

目前，在换挡面板生产过程中，对其发光体亮度的管控方法主要有两种：一是通过与标准件对比，此种管控方法必须在黑暗的环境中，由人工通过肉眼观察，主观性较强，同时对操作人员的眼睛也存在一定的伤害；二是通过专门的集成测试设备，此种管控方法需要对发光体进行对焦，耗时较长，效率较低。

本文采用旋钮式换挡器面板亮度专用检测设备进行检测，如图1所示。其原理为：将发光体即测试件由夹紧机构固定，通过电控单元控制，并由通信单元与上位机通信，通过测光模块来检测测试件的参考亮度值及色度坐标，与标准样件进行比对获取测试件亮度值及色度坐标。

3、结果及分析

3.1 实验结果

本文制备的换挡面板通过装配总成后，在P档位置时，P档指示灯亮度为178.7 cd/m2，R、N、D背光灯亮度值分别为7.37cd/m2、6.12 cd/m2、6.35 cd/m2，测试结果如图2所示。根据设计要求，旋钮式换挡器换挡面板灯光亮度范围为140～200 cd/m2；色度在标准色度图上坐标范围为（X，Y）=（0.56±0.03，0.43±0.03）。本文所制备的基于改性PC材料的换挡面板可满足设计要求。

 

图1 灯光检测暗箱

图2 灯光测试结果

3.2 对比分析

喷涂方案样件制作过程如下：

a.将塑件以纯聚碳酸酯树脂进行注塑成型，在换挡面板正面喷涂厚度为15～25μm的透光白漆后烘干；

b.正面喷涂厚度为15～25μm的遮光黑漆，再次烘干；

d.在正面对显示区域进行激光镭雕；

d.将选换挡控制面板和模式按钮表面喷涂厚度为15～25μm的UV漆，然后经过UV灯照射，使其由液态转化为固态；

通过两种方案的制品如图3所示，其中方案一为喷涂方案，方案二为改性方案。二者测试透光参数如表2所示。

经批量测试，喷涂方案样件亮度相当不稳定，与喷漆厚度关系较大，白色仍然为其白色涂料本身颜色，且由于其白色过于显眼导致需要高亮字符处的LED灯颜色被部分过滤，使其与不需高亮字符处的灯光颜色和亮度差异不明显，而且由于表面黑色喷涂厚度与字符镭雕深度难以控制，镭雕后字符的同一性无法保证，从而导致其透光的不均匀性，致使背景光难以达到车规级要求。

图3 实际效果对比图

表2 方案对比结果/cd·m-2

3.3 透光性分析

本文所提供的改性PC配方制成的产品透光率、亮度、色度均在标准值范围内，这不仅解决了喷涂样件档次感低的问题，而且解决了灯光亮度不达标的问题。点亮后的字符更具立体感，不但增加了字符的区分度，且灯光柔和符合汽车室内灯光标准要求，此外还提升了旋钮式换挡方式的科技感。作为汽车内关键安全件，使用户能够更清晰地判别当前挡位和模式状态，尤为重要。

3.4 透光影响因素分析

本文所提供的改性PC配方中，主要有钛白粉(二氧化钛)和光扩散剂（1000目硫酸钡）对换挡面板的透光性能影响较大，其他助剂均为制作辅助作用。在PC基料中添加不同含量的以上两种助剂对面板透光率及亮度值的影响关系如图4所示。试验表明二氧化钛相对硫酸钡对换挡面板的透光性能影响更显著。

4、结束语

 

图4 透光性影响分析

本文提出将各组分经挤出造粒后一次性注塑加工成型，镭雕后在表面进行UV处理。不仅简化了成型工艺，而且避免了因多余工艺带来的产品不良率。经特殊配方处理后其白色均匀分散到PC件中，使白色具有渐变效果不至于刺眼，同时使字符具有一种立体感。对于无机光扩散剂硫酸钡的大小对PC塑件光学性能的影响研究可为后续提高PC塑件光学性能提供理论支撑。本文所提出的改性PC制备的产品可应用于所有需要LED照明用盖板处，还可根据客户需求对助剂含量进行适当调节。

来源：《汽车材料与工艺》