光泽往往与高级感、美感紧密相关联。比如宝石的设计、金属抛光、塑料制品表面修饰等多个领域，光泽永远是提升品质感和吸引力的灵魂所在。
对一个人来说，当其展现出一种非常出色的状态时，也往往被比作“高光时刻”。
近年来，汽车内外饰、家电、电子产品类塑料制品，也越来越注重美学的结合，其中高光钢琴黑越来越受到欢迎。
为了得到高光钢琴黑的质感，塑料制件需要在表面喷涂钢琴黑油漆来实现，一般需要经过电镀、喷漆、打磨等多道工艺才能实现。由于生产工艺效率较低、成本较高，同时油漆中含有大量有机溶剂，严重污染环境和伤害工人的身体健康而被质疑。针对这个问题，高分子材料领域的科学家们经过多年的研究，终于发明一种既容易生产又好看的材料解决方案--高光免喷涂塑料。这种塑料只需通过注塑成型一步法，即可生产出高光钢琴黑产品的材料。这一材料的应用大大提高了下游生产效率和良品率，既降低成本，同时也避免了喷漆对环境造成的二次制造污染。近年来，这类材料尤其备受汽车主机厂青睐。
01
怎样才能做到免喷涂高光钢琴黑
免喷涂高光钢琴黑效果的实现主要与材料基材和零件模具相关。
基材
当一束光到达塑料表面时，一部分光发生了反射，另一部分光折射进入塑料内部，遇到色粉、基材、助剂等会发生吸收、反射、散射等现象，其中选择性地吸收和反射产生了观察者眼中的颜色。如下图所示。散射过程的发生是由于光在基体材料中传播时，遇到与基体折射率差异较大的第二相时，传播方向发生了改变。折射率差异越大，散射现象越明显。散射会导致材料表面发白。因此如果要获得一个高光黑效果的材料，光线在基材内部的散射现象越少越好。透明基材光线散射现象很少，因此透明的基材是钢琴黑效果获得的前提。结晶性材料，如脂肪族PA、PP等，由于存在折射率不同的结晶区和无定型区，散射现象明显，因此不能作为钢琴黑优选的基材。单一无定型基材，如PMMA、PC、SAN、PS 等都是透明材料，因此都可以通过一定的染色技术获得钢琴黑的效果。
如果是两相以上的塑料合金，实现透明有2种途径: (1) 实现两相的分子级相容，获得一个折射率均一的基体；(2) 使分散相的尺寸小于可见光波长的一半，实现光的衍射，从而获得透明基体。PMMA/ASA 合金材料就是通过这种手段实现的。大部分添加剂都会增加散射现象的发生，因此添加量有限。
色粉
基材的透明性是获得钢琴黑效果的前提，但通过在透明基材中加入炭黑并不一定能获得钢琴黑的效果。粉末状态的炭黑聚集体粒径大约为0.2~0.5 μm，如果炭黑的分散程度不好，材料的黑度一般，只有将炭黑高度分散在基体中，才能获得高黑度的材料。钢琴黑效果的实现需要将炭黑色粉均匀地分散在透明基材中，分散相粒径达20~80nm。
模具
基材确定后，零件的模具设计对于实现高光黑外观至关重要，首先是模具钢材的选择，模具钢材必须使用适合于镜面抛光的硬度较高的钢材，如2711、2343ESR、SMV3W等，传统钢材如P20很难抛到镜面效果，其次是模具抛光度，表1是针对不同种高光黑材料模具抛光度和光泽度的对应关系。从表1可以看出，抛光度越高，对应零件光泽度越高。而不同抛光度呈现的零件外观图片更加直观地体现了模具抛光度的重要性，一般要求注塑高光黑零件抛光后模具表面粗糙度要求在Ra1 μm以下。
表 1. 光泽度与模具抛光度的对应关系
不同抛光度模具效果图
高流动的材料复制模具能力较高，通过提高模具温度，可使材料获得更好的复制模具能力。如果采用即冷即热模具，对于获得高光效果更加有利。
02
不同种类免喷涂高光黑材料的特点
汽车外饰免喷涂高光黑材料以PMMA、增韧PMMA、PMMA/ASA合金、ASA、共聚耐候PC为主。这几类材料各有其优劣势，下面就目前性能为市场第一梯队的材料，从外观、机械性能、耐候性能、加工性能等方面进行比较。
外观
高光钢琴黑材料最重要的性能便是外观，外观包括光泽度和黑度等，表2总结了不同材料的外观对比，L值反映了材料的黑度，L值越小外观越黑，而L(SCI)与镜面光有关，不同折射率的材料镜面反射量不同，因此L(SCE)与真实肉眼观察结果更为接近，从 L(SCE)结果看，黑度效果最好的是PMMA、PMMA / ASA和增韧PMMA，PC的黑度仅次于PMMA类材料，而ASA材料的钢琴黑效果最差，这是因为钢琴黑的实现机理是基材透明和黑色色粉实现高度分散，而ASA材料难以实现透明，视觉效果与L值对应。光泽度与材料的折射率有线性关系，PC 的折射率达到1.58以上，因此光泽度是最高的，第二是 ASA材料(折射率在1.57左右)，PMMA由于折射率仅为1.49，光泽度最低。但是这几类材料的光泽度通过肉眼很难分辨高低。
表2. 各高光钢琴黑材料外观对比
注：SCI 为包含镜面光，SCE为排除镜面光。
力学性能
表 3罗列了材料的基本物性。纯PMMA刚性较高，但是韧性最差；增韧PMMA 是通过亚克力橡胶进行增韧，然而这种橡胶的增韧效率一般比较低，冲击性能同其他材料比还有一定的差距，可用在韧性要求低的位置；PMMA / ASA综合了PMMA和ASA两者的性能，常温和低温韧性优异，耐热中等; 高光ASA的综合性能较均衡；高光PC的综合机械性能最好，具有优异的韧性和耐热性能。
表3. 高光钢琴黑材料机械性能对比
耐候性能
汽车外饰对材料的耐候性能要求非常高，如表4所示比较了这几款材料的耐候性能，ΔE 值越大，灰度值(AATCC)越小，耐候性能越差。试验结果显示高光ASA的耐候性能最差，而PMMA 类材料以及改性的PC耐候性能非常好，满足汽车外饰的2500 kJ耐候性要求。
表4. 高光钢琴黑材料耐候性能对比
加工性能
如上所述，钢琴黑材料实现高光的效果需要通过一个合适的工艺以及一个高光的模具，材料本身的加工性能，包括流动性、脱模性、加工窗口等，也对高光效果的获得至关重要。表5对比了这几类材料的加工性能，PC需要最高的成型温度(270℃以上)，其成型周期较长；其它4类材料的成型温度相当，而纯PMMA的收缩率较小，脱模性能不好，且容易产生表面划伤，需要增加脱模斜度来改善；韧PMMA的流动性不好，成型性能不如PMMA和PMMA/ASA合金；ASA的流动性能最好，因此加工性能最优。
表5. 高光钢琴黑材料成型参数对比
03
结语
综合比较了几种免喷涂钢琴黑材料的各项性能，以PMMA材料为基准，从外观看，除ASA材料，其他几种材料均能实现高光钢琴黑的外观；PMMA和增韧PMMA 的韧性偏低，不适宜应用在高冲击要求的地方，PC材料具有很好的物理性能，但因价格因素限制了其只能应用于高端车型，ASA材料的外观，耐候性能，耐刮擦性能都不及其他几种材料，但其优良的加工性能和成本优势在一些低成本车型上有一定的应用；PMMA / ASA 材料的各项性能均衡，成本较PC和增韧PMMA有较大优势，可作为低成本高光黑方案应用于汽车外饰零件。表6总结了几种材料的优缺点，及应用推荐。
表6. 高光钢琴黑材料优缺点及应用推荐
说了这么多，想必大家也可以体会到环保、美观的高光免漆材料的成功制作背后需要非常多高分子化学专业知识、物理知识以及加工专业技术，其中有非常多的助剂起到了四两拨千斤的作用。而增韧剂/高胶粉作为这些塑料中使用量最大的一类助剂，其设计、选型、使用方法非常关键。
盛诺新材料是龙盛集团旗下的新材料板块。在创新性的专利基础上，开发了适用于高光免漆塑料的ASA增韧剂。当然我们也有通用级的增韧剂产品，可用于ASA、PMMA/ASA、PC/ASA等材料。我们还有专业的技术团队可以给您全方面的服务。如有任何需求和疑问，请扫以下二维码联系该产品业务经理或技术服务经理。
—END—
注：部分文字及图片来源于网络，仅供学习、交流使用，版权归原作者所有。文献引用于上海汽车 2018. 03《外饰免喷涂高光钢琴黑材料的特点及应用》。
扫|码|关|注