张娜;李书鹏;史荣波
【摘 要】PMMA材料具有优异的耐候性能和高的透光率,被广泛应用于汽车信号灯配光镜上.但PMMA流动性较差,可吸收醇类溶胀,如果成型工艺或后处理工艺不当就会产生内应力而导致应力-化学开裂.对PMMA信号灯的超声波焊接工艺、退火工艺及包装工艺保护膜种类进行分析探讨,并对某车型信号灯开裂配光镜进行相关试验验证,从而出开裂的原因,提出解决措施. 【期刊名称】《汽车零部件》
【年(卷),期】2013(000)012
【总页数】4页(P50-52,55)
【关键词】配光镜;开裂;超声波焊接;保护膜;退火离合器盘
【作 者】张娜;李书鹏;史荣波
【作者单位】奇瑞汽车股份有限公司,安徽芜湖241009;奇瑞汽车股份有限公司,安徽芜湖241009;奇瑞汽车股份有限公司,安徽芜湖241009
【正文语种】中 文
0 引言
汽车信号灯配光镜不仅要求具有优异的透光率以满足法规对配光性能的要求，而且还要求具有优异的耐热性、耐候性及良好的机械强度以满足配光镜需长期受日光照射、雨水侵蚀及沙石的撞击的要求。
信号灯配光镜常用材料为聚甲基丙烯酸甲酯(简称PMMA)，俗称有机玻璃。PMMA 是透光率最好的塑料，具有突出的耐候性、耐老化性以及优良的电绝缘性和加工适应性，与无机玻璃相比又具有轻质、高韧的特点［1］，因此PMMA 常常代替无机玻璃被用于汽车信号灯配光镜上。PMMA 的缺点是:(1)表面硬度低、易被划伤; (2)冲击韧性相对较低、对缺口敏感;(3)制品易产生内应力，需后处理工艺，否则容易发生制品开裂。
油品分析某车型信号灯配光镜采用PMMA 材料，出口伊朗，在停车场停放一两天后，配光镜出现了
开裂现象(停车场的气候条件:白天环境温度40 ℃，早晚环境温度15 ～20 ℃，空气干燥，偏碱性)。该信号灯壳体材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，简称ABS，与PMMA 配光镜采用超声波焊接。 本文作者主要对信号灯的焊接工艺、退火工艺、包装及运输工艺、耐环境性能方面进行了详细的分析探讨，从而出信号灯配光镜开裂的原因，并进行相应的试验验证，提出解决措施。
1 加工工艺分析
加工过程中的焊接工艺和退火工艺对配光镜性能影响较大。
1.1 焊接工艺
信号灯配光镜常采用PMMA，壳体采用ABS 或PC +ABS，焊接方式为超声波焊接。高分子材料超声波焊接的特点:(1)相同熔体加工温度的塑料材料焊接效果最好;(2)塑料材料熔体加工温度差距愈大，焊接的效果就愈差;(3)非结晶性硬质塑料材料会比半结晶性塑料材料的焊接强度高［2］。
常见热塑性塑料材料熔体加工温度见表1。可以看出，ABS 和PMMA 焊接性能比较优越。PC +ABS 和PMMA 也可以焊接，但不及ABS，主要是因为ABS 与PMMA 两种材料的熔点接近。
表1 材料熔体加工温度材料名称熔融温度/℃聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)180 ～250丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)180 ～240 PC+ABS 合金260 ～290聚碳酸酯(PC)280 ～310
在超声波焊接作业中，产品结合处经常会出现开裂现象，这是因为在超声波作业中会产生两种情形:(1)高热能直接接触塑料产品表面，产品表面就容易被烫伤并产生开裂;(2)若超声波输出能量不足，在振动摩擦能转换为热能时需要以累积热能来弥补输出功率的不足，此种焊接方式需要靠焊接时间累积热能使塑料熔化得以焊接，因此将造成热能停留在产品表面过久，累积的温度与压力造成产品的烫伤、震断或开裂。
分析发现:侧方向灯开裂件及库存件在面罩和壳体的焊接部位均出现空隙，焊接不良，壳体与配光镜焊接不在同一个平面上，很有可能出现漏焊现象。
1.2 退火工艺
组装打火机
PMMA 在成型加工温度范围内具有明显的非牛顿流体特性，处于熔融状态下的PMMA 表现为熔体温度较高，流动性较差，熔体黏度对温度变化比较敏感。注射温度的改变对熔体流动性的影响要比注塑压力显著，并比注射速度明显，更比模具温度显著得多。在成型中，要想改变PMMA 的流动性主要是从注射温度着手［3］。如果不控制好PMMA 的成型温度，就极易出现熔体黏度高、流动性差的现象。另外PMMA 冷却速率比较快，高黏度及快速冷却极易导致制品产生内应力;因此PMMA成型时对工艺条件控制要求比较严格，制品成型后也需要进行退火等后处理工艺以消除参与应力。
PMMA 制品退火处理是在温度为70 ～80 ℃的热风循环干燥箱内进行，退火时间视制品厚度而定，应尽量在产品不变形的情况下提高退火温度，时间为1 ～3 h。如果PMMA 制品在成型后未经退火处理、或退火处理不完善，就容易出现在使用过程中开裂等现象。
调查确认:该信号灯配光镜生产完成后并未进行退火处理，仅整灯装配好后进行了退火处理，退火艺为60 ℃/1 h。
2 包装及运输
车灯生产制造完成后，为了保证在运输及装配过程中车灯配光镜不被污染及刮伤，需要在配光镜表面贴一层工艺保护膜进行保护。
柴火灶2.1 包装工艺保护膜的影响
包装工艺保护膜按基材分类有以下几种:PVC 塑料薄膜、EVA 塑料薄膜和PE 塑料薄膜。
PVC 是热敏性树脂，成型加工中极易受热分解，因此在加工时需要添加热稳定剂及增塑剂。常用的增塑剂有聚酯型增塑剂和邻苯酸酯类增塑剂，而邻苯酸酯类增塑剂产品在加工过程中易挥发，加入PVC 制成成品后具有渗出性和迁移性［4］。增塑剂的迁移现象发生在增塑制品与其他固体聚合物接触的场合，由于增塑剂分子从浓度高的塑化物向另一种聚合物介质迁移，往往就会导致制品表面软化、发黏甚至碎裂。
EVA 乳液产品由于乙烯的引进，形成了醋酸基的不连续性，使得高分子主链变得柔软，其柔软性随乙烯含量增加而增加。乙烯链段的引进使分子链内和分子链间的相互作用均减弱，分子链的活性增加，因此起到了一种“内增塑”的作用，这种增塑作用是永久的，没有低分子量增塑剂所产生的迁移、挥发、渗出等缺点［5］。因为EVA 本身是环保无毒材料，
故一般的EVA 薄膜都是环保无毒的，并且具有较好的耐水耐酸碱性能，对氧、臭氧、紫外线都很稳定，掩埋三年内可自行分解。EVA 的主要用途是生产功能性棚膜，也用于生产包装膜、医用膜、层压膜、铸造膜等。
PE 有低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)等，其中LDPE 具有良好的柔软性、延伸性和透明性，约50% ～70%用于制造塑料薄膜。LDPE 的化学结构与石蜡烃类似，不含极性基团，具有良好的化学稳定性，对酸、碱和盐类水溶液具有耐腐蚀作用，其缺点是耐热性能较差，也不耐氧和光老化，通常需要在树脂中加入抗氧剂和紫外线吸收剂。PE 的熔体黏度比PVC 低，流动性好，无需加入增塑剂即以具备很好的成型加工性能，因此PE 塑料薄膜不存在因增塑剂迁移而对被包装产品产生影响。
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