工程塑料在汽車車燈上的應用介紹

陶永亮

(重慶川儀工程塑料有限公司，重慶 400712)

汽車車燈是車輛照明用的工具，是汽車必不可缺的組成部分，車燈是汽車的“眼睛”，它有兩種功能，一是照明，二是裝飾。20世紀80年代，受能源危機的影響，日本對汽車功能等進行改良。提出車燈選用注塑材料制作，適合于燈具大型注塑件的制造工藝，極大地降低了手工制作成本，使車燈自動化生產效益進一步提高。車燈可以分為前車燈、后車燈、轉向燈、霧燈、內外裝飾燈等，車燈在車輛安全行駛的過程中起了重要的作用。車燈生產經歷30多年的發展，塑料化應用程度已經趨于96%以上，除個別導電金屬線，鏈接螺釘，燈泡外，基本上都進行塑化加工，形成了全塑燈具。目前工程塑料在車燈領域應用已具有優越性，廣泛性和普及性 。

1 車燈應用工程塑料優勢

1.1 塑料質輕

以前的汽車采用玻璃燈罩，當時塑料的強度和透明度達不到玻璃的透明度，在強光或高溫下也達不到相同的形狀和顏色。塑料燈罩具有對玻璃透明、不易變色的特點，現在使用的PC抗沖擊強度比玻璃高250倍，重量比玻璃的輕得多。前燈配光鏡選用光學性PC透光率在90%以上，經過UV和超硬涂膜后能提高表面硬度耐磨性和耐候性，拓展了PC在車燈上使用。

1.2 塑料安全性好

燈具隨著整車的行駛過程中顛簸，選擇工程塑料有一定的承受著各種壓力和沖擊力，具有安全性好的特點。選用工程塑料做車燈的另外一個重要原因是為了保護路人，塑料的彈性比玻璃強，不是劇烈撞擊情況下的緩沖不會輕易破碎，即使破碎彈飛、掉在路上對路人不會造成很強的傷害。

1.3 塑料綜合性能好

以往車燈材料采用玻璃材料和金屬材料，但由于這兩者的綜合性能都較差，加工較復雜。選用工程塑料做車燈材料，塑料加工性能好可塑性強，沖擊強度性能佳，質輕，密度小，還可以使車燈在設計上更加靈活多變，風格趨于時代感和現代化[1]。

2 車燈材料

汽車車燈主要部件由反射鏡、透鏡、殼體、光源、電子電路、及安裝配件等構成，目前我國車燈應用塑料主要有PC、PP、ABS、PMMA和其他少數塑料材料。塑料具有質量輕，且有耐腐蝕、耐沖擊性好、透明度高、絕緣性好、導熱低、機械性能好、可塑性強、成型加工等優點，越來越廣泛應用在各個領域中[2]。具體塑料應用介紹：

2.1 PC（聚碳酸酯）

聚碳酸酯（Polycarbonate）是分子主鏈中含有—[O—R—O—CO]—鏈節的熱塑性樹脂，簡稱PC，為按分子結構中所帶酯基不同可分為脂肪族、脂環族、脂肪一芳香族型，實際應用中具有實用價值的是芳香族聚碳酸酯為主，并以雙酚 A型聚碳酸酯為應用最多。由于聚碳酸酯其優良的機械性能，俗稱防彈膠。PC具有機械強度高、使用溫度范圍廣、電絕緣性能好（但防電弧性能不變）、尺寸穩定性好、透明性好等特點被廣泛使用于車燈及其他領域[3]。PC在車燈上的應用廣泛， PC在前燈中塑料類材料中占比50%左右，主要應用在前照燈和霧燈的內配鏡、鍍鋁裝飾件及外配光鏡，PC屬于極性高分子，其表面自由能較高，表面濕張力在40 dyn/cm以上，與鍍鋁層結合力很好，可作無底鍍，即在基材上直接鍍鋁再鍍保護膜，燈具里使用PC作鍍鋁件零件也是比較多。PC材料具備了很好地光學性能和著色性能，可以制作車燈內的裝飾條（圈）來點綴車燈的裝飾，裝飾條一般采用有色透明的PC制作，也可以用鍍鋁方式變成金屬色進行裝飾；裝飾圈一般采用鍍鋁方式呈金屬色包嵌在照明燈外的；燈具中反射鏡是重要的零部件，以往采用壓鑄件鍍鋁制作的，現全部采用PC或者其他材料注塑鍍鋁，減輕了重量，簡化了工藝；燈具里燈泡的發光顏色一般是無法改變的，作為指示燈都是有顏色的燈光提示他人，為達到其目的是通過內配光鏡的顏色來調整燈光顏色，一般透明顏色PC有紅色，黃色，綠色，乳白色和藍色等[4]，如圖1～2所示。

圖1 前照燈示意圖

圖2 后車燈中內配光鏡

2.2 PP（聚丙烯）

PP（Polypropylene）簡稱PP。汽車車燈中應用的PP多是改性PP，改性PP在車燈塑料類材料中占比30%。尾燈的后蓋、飾板和線束導槽、前照燈的燈體（圖3所示）和后蓋（圖4所示），一般采用的是改性PP。改性PP的電絕緣性和耐化學腐蝕性強，耐疲勞性好，在通用塑料中它的力學性能和耐熱性最高，相對于其他塑料來說，價格優勢明顯。

圖3 微車前照燈及熔膠和壓合示意圖

圖4 后蓋示意圖

燈體所用改性PP型號為PP-T20或PP-T40，其以共聚PP為底料，T20，T40分別表示滑石粉的20%，40%的含量，滑石粉主要成分是一種含水的硅酸鎂，理論上的化學式為3Mg.4SiO2.H2O。隨產地不同，其組成亦有所不同，塑料改性其粒徑根據用途和塑料品種的不同，可從300～3 000目不等[5]。采用滑石粉改性的目的是改善PP缺點較有效方法，增加改性料熱變形溫度；成型收縮率減少，改性材料的彎曲模量逐步增加，具有高剛性、高耐熱性、高硬度和較好的流動性、收縮小、耐沖強度等。一般前照燈由聚碳酸酯燈罩和改性聚丙烯燈體通過采用黏膠黏接式進行裝配，如圖3所示。黏膠使用的熱熔膠由SIS（苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯共聚物）樹脂，增黏樹脂，EVA，鈦白粉，增塑劑等加熱熔化后制成，熱熔膠對黏接的要求不同，內在的比例可需要調整，其基本成分不變。前照燈使用熱熔膠與燈體顏色保持一致。燈體是一種形狀復雜呈不規則，厚薄不很均勻制品的基本特點。由于PP屬于結晶性材料，對溫度較敏感外，還有產品后收縮的時間較長，帶來的變形幾率很大，在使用中可以控制。PP-GF30是含有30%玻璃纖維改性PP，主要用在前轉向及霧燈組合燈體上，相比與PP-T40具有更好地高剛性、高耐熱性、高硬度。同樣用熱熔膠連接燈罩，如圖5所示。

圖5 前轉向及霧燈組合燈體

2.3 PMMA（聚甲基丙烯酸甲脂）

PMMA（Polymethyl methacrylate，簡稱PMMA）,俗稱亞克力或有機玻璃。PMMA除了有較好地機械性能外，PMMA是一種晶瑩透明的非結晶性塑料，常溫下堅固而剛硬，透光率大于92%，在室外使用10年后僅降至89%，長時間暴露在室外仍維持不變形，具有耐候性好、力學強度高、機械加工性能好等優良特性，并能抵抗多種普通化學品（如酸、堿、鹽等）的侵蝕，主要用作光學透明制品。后燈外配光鏡和車內氛圍燈的光導材料。一般用于后燈配光鏡等[6～7]。

如圖6所示為一后燈配光鏡，也是車燈外觀件。配光鏡采用明白和明紅兩種PMMA料注塑成型。先注塑透明件，把透明件放到配光鏡模具中注塑紅色透明料，形成兩次注塑成型。也有在一副模具中實施兩次注塑成型的，即雙色注塑。PMMA還用于后燈回復器燈面罩等。

圖6 后燈配光鏡示意圖

2.4 ABS、PC/ABS合金

ABS（Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic）是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯組成的三元共聚物，簡稱ABS。在車燈領域，ABS一般是與PC材料進行改性后使用，兼顧兩種材料各自的優點，也可根據使用溫度和沖擊性能清理來調節ABS中PC各自含量比例，做成PC/ABS合金材料。ABS、PC/ABS合金一般用于后燈殼體和飾板。

一般普通ABS的熱變形溫度 (Heat deflection temperature, 簡稱HDT)在75～85 ℃之間，熱變形溫度偏低，難于適應燈內溫度需要。目前用于燈體的專為汽車燈具燈體鍍鋁鍍膜作了改性，其主要是在ABS樹脂中引入a-甲基苯乙烯(MS)、馬來酸酐（MA）和馬來酰亞胺（MI）可提高ABS的耐熱性，以適應汽車燈體鍍鋁需要?，F在改性就的ABS的HDT可以在96 ℃之內[8]，一直是汽車后燈體所采用的注塑材料。如圖7所示。

圖7 ABS倒車燈體正反面示意圖

PC/ABS合金材料因具有ABS很好的沖擊和成形性，又由于PC優異的沖擊和耐熱性能，被廣泛用于汽車零部件、電子等產品上。 ABS/PC具有高沖擊，耐熱，高流動，高強度的特性，由PC（聚碳酸酯）,ABS高膠粉 (苯乙烯、丙烯腈-丁二烯橡膠，核殼型聚合物)和SAN(苯乙烯-丙烯腈)等組成。用高膠粉生產的通用ABS，熱變形溫度大幅度提高，在92～95 ℃，大大高于國家標準，和其它廠家產品相比有明顯優勢，熔融指數較高，流動性好，易于加工，其中PC含量、橡膠含量、粒徑和分散性對電鍍性能有著重要的影響。PC/ABS合金制件電鍍后以其靚麗的金屬外觀效果，在汽車、家電及IT行業被廣泛使用。PC/ABS合金的長期耐熱溫度可以達到110～120 ℃。主要用于汽車的后燈體和其他燈體，便于燈體的鍍鋁鍍膜加工[9]。如圖8所示。

圖8 PC/ABS合金倒車燈體正反面示意圖

2.5 PBT/PET（聚酯類）

PBT在車燈中一般應用在前照燈的飾圈、調節裝置中的支架。PBT和ASA改性后再加玻纖增強可以用來做霧燈的殼體。力學性能較好，與PA、POM相似，摩擦系數小，自潤滑性好，熱穩定性和化學穩定性好，電絕緣性優異，剛性和硬度高，沖擊好，尺寸穩定性高，耐熱性好。

PBT（Polybutylene Terephthalate）通稱聚對苯二甲酸丁二醇酯，PBT是結晶性塑料，具有良好的加工流動性色母粒，結晶速度快，成型容易，優異的機械性能及耐熱性，增強系列產品可在120～140 ℃下長期使用。吸水率低、尺寸穩定性好、體積電阻、介電常數高、電氣性能優異、優異的耐化學品、耐溶劑性、耐候性好。未改性PBT性能不佳，實際應用要對PBT進行改性，其中，玻璃纖維增強改性牌號占PBT的70%以上[10]。

燈具使用的含玻璃纖維20%～30%（如PBTGF30%）和含礦纖增強10%～30%（如PBT+MD20），主用于燈具上裝飾圈居多，一般經過噴涂處理的鍍鋁件，還有用于受力的安裝支架等，如圖9所示。

PET（Polyethylene Terephthalate）通稱對苯二甲酸與乙二醇，俗稱滌綸樹脂，與PBT一起統稱為熱塑性聚酯，或飽和聚酯[11]。PET做反射鏡較多。裝飾圈材料過去一直以耐熱PC塑料為主，近年來逐漸被PBT/PET所替代。PBT/PET車燈材料相對于耐熱PC塑料突出的特點是耐熱高、加工性好、成本低。材料加工零件表面光澤高；具有優良的加工穩定性及良好的耐水解性；具有優異的流動性和耐熱性能;材料價格與耐熱PC相比，可以大幅降低系統成本，一般可以降低40%左右。需要注意的是裝飾圈材料均需要采用真空蒸鍍技術對產品進行金屬化處理。

圖9 PBT材料使用情況示意圖

2.6 PA（尼龍）

PA（Polyamide）聚酰胺俗稱尼龍（Nylon），其主鏈上含有重復酰胺基團—[NHCO]—的熱塑性樹脂總稱，包括脂肪族PA，脂肪—芳香族PA和芳香族PA。其中脂肪族PA品種多，產量大，應用廣泛，其命名由合成單體具體的碳原子數而定[12]。如PA66，聚酰胺66（聚己二酰己二胺），分子式：―[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]n―。車燈中用到的PA一般是PA+GF，車燈中普通的螺釘調節或者支架使用PA6+GF或者PA66+GF。芳香族的PA比普通PA具有更高的耐熱溫度和強度，車燈中一些重要的調節結構和內部支架也會用到一些芳香族PA加玻纖改性，如圖10所示。用PA+50%GF材料用于在前燈燈體調光支架。還有PA66用于前燈內部件中調光螺母，安裝螺母和球頭螺母等。

圖10 尼龍材料使用情況示意圖

2.7 BMC材料

BMC也稱DMC。不飽和聚酯團狀模塑料(Dough molding compound，簡稱DMC)屬于熱固性塑料，它們由樹脂、填料、增稠劑，引發劑和玻璃纖維等組分組成的樹脂糊，浸漬短切纖維或氈片，經稠化和模壓而制成[13]。由于它們電絕緣、比強度、比模量及模具靈活性，是一種理想的可加工的絕緣材料，應用于電器零件等。車燈反射鏡主要采用BMC，采用注射成型加工，具有高剛性和高強度，良好的成型收縮及尺寸精度穩定性?；贐MC的特性，一般前大燈的反射鏡采用BMC。前大燈的主要功能是照明前方道路，保證車輛正常地行駛，反射鏡配合相應的燈泡可以射出近光和遠光兩種光形,且近光要有明暗清晰的分界線和高照度，所以BMC良好的成型收縮及尺寸精度穩定性能夠滿足這一點。BMC制作反射鏡需要噴漆及鍍鋁加工，如圖11所示。

圖11 前燈反射鏡示意圖

3 結束語

汽車工業是一個國家的支柱產業，自1898年首個汽車車燈誕生以后，經過100多年的演變發展，車燈已經成為汽車、特別是汽車漂亮的外形和功能的重要構成[14]。工程塑料的優勢應用于車燈上，給車燈的造型和制造帶來了新的創新和發展。隨著新光源的產生和工程新塑料涌現，對汽車車燈的發展給予更寬廣的空間。汽車工業發展對工程塑料的使用有著拉動效應，工程塑料也對汽車輕量化發展有著重要推動作用，工程塑料也促進了車燈的提高和發展。