摘要：免噴涂工藝作為一種革新的綠色制造技術(shù)，廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)外飾零件的制造中。通過在基材中添加特殊顏料或金屬粉末，免噴涂技術(shù)能夠省去傳統(tǒng)噴漆環(huán)節(jié)，直接實現(xiàn)理想外觀效果。結(jié)合實際應(yīng)用案例，對汽車內(nèi)外飾復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的免噴涂工藝進(jìn)行分析，為汽車制造提供新的研究方向和實踐路徑。

關(guān)鍵詞：汽車內(nèi)外飾；結(jié)構(gòu)零件；免噴涂工藝；汽車制造

中圖分類號：U466" 收稿日期：2024-12-19

DOI：1019999/jcnki1004-0226202502029

1 前言

近年來，隨著環(huán)保法規(guī)的推進(jìn)和消費者對汽車內(nèi)外飾件高質(zhì)量外觀的需求增加，免噴涂工藝在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用得到了快速發(fā)展。傳統(tǒng)噴涂工藝存在工序復(fù)雜、污染嚴(yán)重、成本高等問題，而免噴涂工藝通過直接注塑實現(xiàn)零件表面高光澤、金屬質(zhì)感或啞光效果，不僅符合環(huán)保要求，還顯著降低了生產(chǎn)成本。本文旨在探討復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件免噴涂工藝的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用策略。

2 免噴涂工藝概述

21 免噴涂技術(shù)原理

免噴涂技術(shù)的核心原理是在樹脂基材中添加特殊的顏料或金屬粉，通過注塑、擠出或模壓等成形工藝，使零件在成形時即具備優(yōu)異的外觀效果。傳統(tǒng)噴涂工藝需要后續(xù)涂層處理以實現(xiàn)外觀要求，不僅增加了加工步驟和成本，還會帶來環(huán)境污染問題，如有機揮發(fā)物（VOC）排放。相比之下，免噴涂工藝能夠在一次成形過程中直接獲得高光澤、金屬質(zhì)感或啞光等效果，省去了噴漆、電鍍等工序。這種方式不僅簡化了制造流程，顯著提高了生產(chǎn)效率，同時滿足了現(xiàn)代汽車制造中綠色環(huán)保和高效生產(chǎn)的要求。

22 材料分類及特點

221 高光澤材料

高光澤免噴涂材料主要用于經(jīng)常暴露于嚴(yán)苛環(huán)境的汽車零件，如前格柵、立柱外飾板和后視鏡外殼等（見圖1）。這類材料包括高光ASA、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）以及PMMA/ASA合金等。除了具有高光澤度（光澤度大于60°）和卓越的耐候性，這些材料還需滿足更高的耐化學(xué)性要求，以抵抗常見汽車清潔劑和酸雨的侵蝕。此外，材料的機械性能需要承受極端溫度下的低溫沖擊和高溫負(fù)載，特別是在寒冷地區(qū)或夏季暴曬的條件下保持穩(wěn)定性。高光材料通常通過急冷急熱的模溫技術(shù)進(jìn)行成形，以進(jìn)一步提升表面光澤和紋理的均勻性[1]。

222 金屬效果材料

金屬效果材料通過在樹脂基材中添加特定形狀和顆粒大小的金屬顏料（如鋁粉）來實現(xiàn)類金屬的外觀質(zhì)感。常見的金屬效果材料主要應(yīng)用于汽車裝飾件如側(cè)裙、儀表裝飾條、中控面板和保險杠裝飾板等。

金屬粉的形貌和分布對最終的外觀效果有顯著影響。傳統(tǒng)片狀金屬粉雖然可以產(chǎn)生較強的金屬反光效果，但在注塑過程中容易引起流痕和熔接線等表面缺陷。為此，優(yōu)化后的球形金屬粉在分布均勻性和光澤穩(wěn)定性方面表現(xiàn)更佳，顯著減少了表面瑕疵。

此外，金屬效果材料還需克服熱穩(wěn)定性和模具流動性的挑戰(zhàn)，通過添加分散劑和改性助劑，可進(jìn)一步提升其工藝適應(yīng)性和最終成品的視覺效果。

223 啞光效果材料

啞光免噴涂材料主要用于汽車內(nèi)飾件，如遮陽板、門板上裝、手套箱蓋板和轉(zhuǎn)向柱外殼等。這類材料的獨特之處在于其低光澤表面能夠有效減少光反射，降低駕駛員的視覺疲勞，提升駕駛安全性。啞光效果的實現(xiàn)通常依賴于材料配方中混入一定比例的不相容組分（如低光澤ABS、PC/ABS合金等），或者通過添加特殊的消光劑和表面皮紋處理來增強光澤擴散效果。相比于高光材料和金屬效果材料，啞光材料更注重觸感柔和性與細(xì)膩質(zhì)感，其設(shè)計風(fēng)格強調(diào)內(nèi)飾的高雅與實用[2]。

3 免噴涂工藝在汽車內(nèi)外飾復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的問題

汽車的內(nèi)外飾復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件是免噴涂工藝應(yīng)用的重要領(lǐng)域。這類零件通常具備孔洞、多曲面或多功能設(shè)計，其成形工藝和外觀質(zhì)量對技術(shù)提出了更高要求。傳統(tǒng)的噴涂或電鍍工藝雖然能夠掩蓋表面缺陷，但因其工序繁瑣、成本高昂且污染環(huán)境，在環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格的背景下已不再適宜。相比之下，免噴涂工藝因簡化了制造流程，既降低了成本又減少了污染，在汽車制造中展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。然而，免噴涂工藝的應(yīng)用目前主要集中于簡單平面零件（如門把手、保險杠裝飾板）和高光澤裝飾件（如前格柵），在更復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件中的推廣仍然面臨挑戰(zhàn)。

帶孔狀或多曲面零件的免噴涂成形存在幾點關(guān)鍵問題：a.熔接線的形成是突出難題，材料在孔洞或復(fù)雜結(jié)構(gòu)周圍的流動匯合會出現(xiàn)明顯的熔接痕跡，直接影響外觀質(zhì)量。b.流痕和氣紋問題較為常見，特別是在金屬顏料分布不均的情況下，容易導(dǎo)致表面光澤不一致。c.復(fù)雜成形需求對工藝控制的精準(zhǔn)性提出了更高要求。例如，具有通風(fēng)孔和支撐結(jié)構(gòu)的多功能設(shè)計，需要在注塑過程中精確控制材料流動路徑和溫度分布，以避免表面缺陷和結(jié)構(gòu)變形[2]。

4 汽車內(nèi)外飾結(jié)構(gòu)免噴涂工藝的應(yīng)用策略

41 材料選擇與改進(jìn)

免噴涂材料的選擇是確保最終零件具備優(yōu)異外觀效果的第一步。材料不僅要滿足高光澤、金屬質(zhì)感或啞光效果的外觀需求，還必須具備良好的加工性能和長期使用的耐久性。例如，用于高光澤零件的材料需具有高分子量和良好的分散性，以保證表面光潔度和均勻光澤；金屬效果材料則需通過添加金屬顏料（如鋁粉、銅粉）來實現(xiàn)類金屬的質(zhì)感。然而，金屬顏料的形狀和顆粒大小直接影響其分布均勻性和流動性能，這成為優(yōu)化材料性能的關(guān)鍵技術(shù)難點。此外，免噴涂材料需與基材高度兼容，以避免顏料在注塑過程中的沉降和分離現(xiàn)象。

為了解決流痕和熔接線等表面缺陷，常通過優(yōu)化材料的熔融指數(shù)（MFI）來提高其流動性和填充性能。具體來說，將MFI從傳統(tǒng)的10～19 g/10 min提升至35～41 g/10 min，可以顯著改善材料的填充能力，使其在模腔內(nèi)流動更均勻，從而減少熔接線的形成。這一改進(jìn)不僅優(yōu)化了材料在復(fù)雜模具中的表現(xiàn)，還為實現(xiàn)A級表面外觀提供了基礎(chǔ)支持。此外，金屬粉的形狀優(yōu)化（如由傳統(tǒng)片狀改為球形）也是重要的技術(shù)改進(jìn)。片狀金屬粉在注塑過程中容易翻轉(zhuǎn)和堆積，導(dǎo)致光澤不均勻和流痕；而球形粉末由于流動性更佳，可在模腔內(nèi)均勻分布，從而有效減少這些問題，提高零件表面的光澤一致性。

對于提升耐候性和耐刮擦性能的方面，需要添加耐候助劑和耐刮擦劑。耐候助劑可增強材料在紫外線照射下的穩(wěn)定性，延緩色彩和光澤的衰減，適用于長期暴露在陽光下的外飾件。耐刮擦劑通過在材料表面形成一層微米級保護膜，能夠顯著提高零件的抗磨損能力。這些助劑的添加需與材料基體高度兼容，才能在不影響外觀的同時確保機械性能。通過這些改性措施，免噴涂材料能夠在復(fù)雜多變的使用條件下保持優(yōu)異的外觀質(zhì)量和結(jié)構(gòu)完整性，為汽車內(nèi)外飾零件的耐久使用提供支持[3]。

42 模具設(shè)計與熱流道優(yōu)化

模具的設(shè)計對免噴涂工藝的成功至關(guān)重要，尤其是在制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件時，模具性能的優(yōu)劣直接決定了零件的表面質(zhì)量和成形效率。首先，模具表面必須達(dá)到高光鏡面效果，以確保零件成形后具有A級的外觀質(zhì)量。實現(xiàn)這一效果需要使用高性能模具材料，如12343 ESR、H13等具備高硬度和耐磨性能的鋼材，并經(jīng)過多階段精密拋光，達(dá)到至少1 000目以上的鏡面精度。此外，高光模具表面通常需進(jìn)行特殊涂層處理，例如，鍍鎳或PVD涂層，以減少材料流動過程中的摩擦力，提高材料在模具表面的滑移性，從而進(jìn)一步優(yōu)化零件表面的光潔度和流線均勻性[4]。

在成形復(fù)雜零件（如帶孔、彎曲或多曲面結(jié)構(gòu)）時，熔接線問題最為常見，這通常是由材料流動匯合時的溫差引起的。為解決這一問題，采用獨立模溫控制系統(tǒng)的針閥熱流道技術(shù)是一種有效方法。該技術(shù)通過在模具內(nèi)設(shè)置多個進(jìn)膠點，并對每個進(jìn)膠點的溫度和注射時序進(jìn)行獨立控制，使材料在匯合區(qū)域的溫差始終控制在10 ℃以內(nèi)，從而顯著減少熔接線的形成。實驗表明，經(jīng)過優(yōu)化的針閥系統(tǒng)能夠使熔接線肉眼不可見，達(dá)到A級表面要求，這一技術(shù)已在多項復(fù)雜零件的成形中取得成功應(yīng)用。

此外，熱流道系統(tǒng)的設(shè)計需要結(jié)合模流分析工具進(jìn)行詳細(xì)的模擬和優(yōu)化。通過模流分析，可以確定最優(yōu)的進(jìn)膠點布置和流道形狀，從而在模腔內(nèi)實現(xiàn)材料的均勻分布。例如，對于多孔或多曲面的復(fù)雜零件，通常采用三點或五點針閥式進(jìn)膠設(shè)計（圖2、圖3），通過多點進(jìn)膠降低材料在模腔內(nèi)的流動阻力，均勻分布材料流動路徑，避免因單點注塑造成的流痕、氣紋和光澤不均等缺陷。

除此之外，調(diào)整進(jìn)膠時序和注射壓力也是優(yōu)化工藝的重要途徑。合理的進(jìn)膠時序能夠確保材料在關(guān)鍵區(qū)域充分填充，而精確控制注射壓力可以進(jìn)一步改善材料的流動性能和模腔的充滿度，使零件表面更加平整光滑，滿足高質(zhì)量外觀要求。通過以上優(yōu)化設(shè)計，模具能夠在復(fù)雜零件的免噴涂工藝中發(fā)揮最大效能，從而顯著提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

43 高光注塑工藝的實現(xiàn)

高光注塑工藝是免噴涂工藝中實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)外觀效果的核心技術(shù)，其關(guān)鍵在于模具溫度的精準(zhǔn)控制和注塑參數(shù)的科學(xué)優(yōu)化。通常，高光注塑要求模具在注塑前被加熱至較高溫度（如90 ℃、95 ℃或100 ℃），從而減少材料的冷卻速率。這一高溫環(huán)境能夠顯著增強材料的流動性能和模腔填充能力，確保表面光滑無瑕。實驗研究表明，當(dāng)模具溫度低于90 ℃時，零件表面容易出現(xiàn)熔接線和銀絲等缺陷；當(dāng)模具溫度達(dá)到95 ℃及以上時，這些問題能夠被顯著緩解甚至完全消除。這表明模具溫度的控制直接決定了成形零件的表面質(zhì)量。

在高光注塑工藝中，注塑機的各項工藝參數(shù)也需進(jìn)行精確設(shè)定，以確保成形效果的穩(wěn)定性和優(yōu)質(zhì)性。

a.注塑壓力。適當(dāng)較高的注塑壓力能夠確保材料快速充滿模腔，有助于減少流痕和填充不均的情況。但過高的壓力可能導(dǎo)致零件翹曲或內(nèi)部應(yīng)力增大，甚至損傷零件的細(xì)節(jié)部分。

b.注塑速度。高速注塑有助于提高材料在模腔內(nèi)的均勻分布，從而避免局部流動不穩(wěn)定。但注塑速度過快可能引發(fā)剪切應(yīng)力過大，導(dǎo)致表面缺陷或內(nèi)部缺陷增加。

c.保壓時間。合理的保壓時間能夠降低材料收縮率，確保零件的尺寸精度和表面平整度。一般情況下，保壓時間需根據(jù)零件厚度和材料特性進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳效果。

d.冷卻過程中的時間控制和背壓調(diào)節(jié)同樣至關(guān)重要。冷卻時間過短會導(dǎo)致零件表面光澤下降或出現(xiàn)收縮痕，而適當(dāng)?shù)睦鋮s速率可以確保零件在冷卻過程中保持均勻的外觀質(zhì)量。例如，典型的冷卻時間通常設(shè)置為25 s左右，同時結(jié)合注塑后模溫逐步降低的工藝調(diào)整，可以有效避免零件變形和光澤不均的問題。高光注塑工藝的這一特點，使其尤其適用于對外觀要求較高的汽車內(nèi)外飾零件，如前格柵、儀表板裝飾件等。

高光注塑還需借助模流分析對工藝參數(shù)進(jìn)行仿真優(yōu)化，以對潛在的成形缺陷進(jìn)行提前預(yù)測。例如，在成形帶孔或多曲面的復(fù)雜零件時，模流分析可用來模擬材料的流動路徑、溫度分布和壓力分布，通過對這些數(shù)據(jù)的多次迭代優(yōu)化，找到最佳的參數(shù)組合。這種精細(xì)化的工藝控制不僅提高了零件的表面質(zhì)量，還顯著減少了廢品率，降低了后續(xù)修復(fù)的工作量和成本。通過這一科學(xué)而系統(tǒng)的優(yōu)化過程，高光注塑工藝能夠滿足免噴涂零件對外觀質(zhì)量和功能性的雙重要求，助力汽車制造工藝的進(jìn)一步提升。

5 案例分析

保險杠下護板作為一款裝飾性零件，需要具備高光澤和金屬質(zhì)感，同時滿足環(huán)保和成本控制需求。該項目采用改性聚丙烯（PP）基材，內(nèi)含球形鋁粉以實現(xiàn)均勻的金屬質(zhì)感，并通過急冷急熱模溫技術(shù)確保表面光澤一致性。模具方面，采用鏡面拋光和獨立模溫控制系統(tǒng)，在注塑時優(yōu)化進(jìn)膠位置和時序，顯著減少了流痕和熔接線。結(jié)合模流分析，重新規(guī)劃注射點和流道布置，有效解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如狗窩和筋位）對材料流動的阻礙。此外，球形鋁粉的改進(jìn)提升了材料流動性和分布均勻性，使得外觀質(zhì)量達(dá)到噴涂工藝的同等水平，同時具備更高的抗刮擦性能。最終，該工藝不僅簡化了制造流程，降低了VOC排放和生產(chǎn)成本，還通過材料的可回收性實現(xiàn)了環(huán)保和經(jīng)濟效益的雙贏，產(chǎn)品整體成本下降20%～30%。

6 結(jié)語

免噴涂工藝作為綠色制造的典范，為汽車內(nèi)外飾零件的生產(chǎn)帶來了全新的解決方案。通過材料、模具和工藝的綜合優(yōu)化，該技術(shù)不僅實現(xiàn)了高品質(zhì)的外觀效果，還有效降低了成本和環(huán)境負(fù)擔(dān)。尤其是在復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件中的成功應(yīng)用，展現(xiàn)了免噴涂工藝在應(yīng)對高精度外觀需求和環(huán)保挑戰(zhàn)中的巨大潛力。未來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟和推廣，免噴涂工藝有望在更廣泛的汽車零部件制造中發(fā)揮重要作用，為汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

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[3]潘楊玲汽車內(nèi)外飾開發(fā)設(shè)計中環(huán)保材料和綠色工藝分析[J]汽車測試報告，2023（20）：31-33

[4]張旺星復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件免噴涂工藝的研究應(yīng)用[J]時代汽車，2024（2）：138-140

作者簡介：

張健，男，1986年生，高級工程師，研究方向為汽車內(nèi)外飾零件外觀/材料開發(fā)及認(rèn)可。