Eisenmann
艾森曼/ 陈跃虎,叶俊德
在全球节能减排的大背景下，汽车行业目前也面临比较严峻的新形势。汽车的轻量化则是节能减排最直接有效的措施。从汽车行业发展的需求来看，车用塑料市场前景广阔，而作为全球塑件涂装行业的领先者—艾森曼公司同样也面临着新的挑战和机遇。
聚碳酸酯（简称PC），近来由于其高抗冲击强度、耐候性佳、耐疲劳性佳、高强度及弹性系数等特点逐渐应用于汽车的柱板和前后盖板等外饰件中。但PC材料注塑成型过程中，由于材料分子链上具有苯环加上注射模具腔内的温度不均衡，使得工件成型和冷却速度不一致，导致工件产生不均匀结晶、取向和收缩，由此产生内应力。由于内应力的作用，PC基材在使用或贮存时性能发生变化，出现变形或裂纹等现象，从而造成工件在喷涂油漆之后出现各种涂装不良，为了避免出现各种涂装不良，需要对注塑后的工件立刻进行内应力退火处理。
IR灯退火工艺选用：
PC件的内应力产生主要是因为成型和冷却温度速度不一致，热处理退火工艺基本原理就是将PC件升温到一定温度（通常低于热变形20℃左右），再缓慢冷却到室温，由于材料的黏粘弹性使得原有的应力得以松弛，进而减少残余应力。内应力热处理消除方式目前有热风循环处理和红外加热处理两种，因IR灯具有能耗低、占地面积小、控制反应速度快等特点，所以艾森曼决定采用IR灯去应力退火工艺。
IR灯波长选用：
因加热元件的温度不同，红外辐射器在不同波长时传递的辐射也不相同，所以为产品选择合适的辐射器非常重要。通过PC材料红外吸收波数的峰值(表1) [1]对应辐射器光谱曲线（图1）可以看出PC材料适合选用中波红外线辐射。
表1 PC材料红外吸收峰的归属
波数/CM-1 归属
3740~3600 酚类的 O-H 伸缩振动或水
3160~3057 芳环的 C-H 伸缩振动
3015 , 1305 甲烷的 C-H 伸缩振动和变形振动
2970~2885 甲基或亚甲基的 C-H 伸缩振动
1774 碳酸酯基团的 C＝O 伸缩振动
1605 , 1506 芳环的伸缩振动和骨架振动
1387 , 1365 亚异丙基的 C-H 变形振动
1240 , 1174 芳香醾的 C-O 伸缩振动
830 , 750 芳环的 C-H 变形振动
IR灯退火工艺测试：
内应力退火工艺关键参数是热处理温度和热处理时间，我们根据客户工件原料和油漆特性，积极与客户涂料供应商、IR灯管供应商讨论研究可行性方案，并进行多次测试。
1.测试样品：
选用某厂家汽车的柱板，材质：PC，尺寸：433X102X36mm
2.测试地点：
上海某特种光源集团实验室
3.测试设备：
中波IR灯灯管整套测试设备和配套的测试软件
4.测试环境：
夏天，实验室室内温度25℃，相对湿度50%
5.测试方法：
首先需要测试确认工件热变形温度临界值，
再监测工件表面温度（低于热变形20℃左右）随着升温时间、持稳时间和缓慢降温时间的曲线变化。
并对每次测试产品编号、化学应力检测、产品观察。
6.工件应力检测方法：
将工件制品浸入四氯化碳溶剂中，以工件表面发生开裂破坏所需要的时间来判断应力得大小，时间越长则应力越小。如浸入溶剂内5-15秒就开裂，说明应力很大，如浸入溶剂内2分钟以上还未出现裂纹，说明内应力很小。
结果：
测试发现工件表面升温到135~140℃时产品表面局部出现明显变形，经多次比较后决定退火温度控制在120℃
测试过程中发现升温时间短的状况下工件表面和背部温差大，多次测试内应力消除未取得最佳效果，决定将升温时间控制在2分钟。
工件持温之后，冷却时如工件表面温度剧降，经过内应力测试工件表面出现开裂现象。所以需要在冷却段内做相应处理确保工件缓慢冷却。
经过多次测试，将工件消除内应力退火温度设定为120℃，控制升温时间2分钟，持温5分钟，工件表面温度在10分钟内缓慢降温到40℃时，内应力消除检测取得很好效果。工件升温和持温曲线见图2.
测试确定灯管距工件表面300mm，灯管分布间距150mm，升温段IR灯灯管单位分布功率1.2kw/m2，持温段IR灯灯管单位分布功率0.6kw/m2，缓慢冷却区内适当分布灯管 。
IR灯退火工艺实际应用：
根据前期测试得出的基本数据，艾森曼精心设计了一款退火炉并在调试过程中不断测试改进，目前经过退火炉退火的产品合格率完全达到要求。工件退火表面温度曲线（图3）与理论设计温度曲线相符合。
结论：在当今节能减排的背景下，PC件的IR灯热处理退火工艺是一个比较好的选择，而由于PC材质的产品多样化，热处理的温度和时间控制是非常关键因数，目前国内没有相关完善理论基础的情况下，通过前期实验室测试确定各项工艺参数显得尤为重要。艾森曼为客户提供的不仅仅是高质量和高可靠性的涂装设备，更是一整套完善的技术解决方案，帮助客户提升在汽车行业新趋势下的技术优势和市场竞争力。
参考文献：
[1]Artham T, Mohanalakshmi N ,Paragi-Vedanthi P P,et al. Mechanistic investigations of lipase-catalyzed degradation of polycarbonate in organic solvents[J].Enzyme and Microbial Technology,2011,48:71-79
