水转印行业生产过程对环境的影响特点及其环保措施

李伟　谭圆芳　罗志洁　刘灵祥　叶春林

【摘 要】水转印工艺是目前国内应用最广的汽车内饰件表面装饰工艺，其成型简单，图案多样，极大地提升了汽车内饰的视觉效果。但水转印工艺对环境、对人体都有极大的伤害，是一种并不环保的工艺。文章对水转印的工艺过程进行了介绍，并论述了几种可以替代水转印工艺的环保工艺。

【关键词】水转印；VOC；环保；免喷涂工艺；IMD；INS；拉丝工艺

【中图分类号】TQ325 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）01-0116-04

0 前言

水转印技术是利用水压将带彩色图案的转印纸/塑料膜进行高分子水解，然后通过水的流动将图案铺平，再转印到产品上的一种印刷方式。水转印的应用范围非常广泛，包括人们熟知的T恤图案、箱包装饰件、台历架、球拍、沙发、茶几、橱柜、吊灯、电子产品（如鼠标、笔记本、电话、遥控器）和汽车内饰件仪表板、扶手、控制盘等各类装饰件。

目前，国内汽车内饰装饰图案大部分都采用水转印工艺图案。汽车内饰产品最早使用水转印技术的是英国劳斯莱斯汽车公司[1]。当时的英国汽车内饰工艺师们以手工制作桃木和真皮内饰件，设计出了一辆具有皇家气派的高级轿车，为水转印技术应用于汽车产品上开创了历史先河。其后，世界其他著名车场如“宾利”“奔驰”“宝马”等纷纷效仿。

为了满足不同消费能力人群对豪华典雅的共性需求，水转印技术被引入汽车内饰设计行业并获得迅猛发展。我国最早是由台湾地区的公司在1987年首先引进水转印技术系统，1994年开始在大陆使用。之后，水转印技术历经萌芽期、发展期与创新器，由一种工艺发展成一种产品，由最初的顶级车选配，发展成为中级车、入门车的标准配置[2]。近年来塑料的大量应用，又进一步带动了基于塑料基材的水转印技术在汽车内饰行业的迅速发展。

水转印图案样式很多，如仿天然木纹、大理石纹、规则线条纹、规则几何纹、云彩纹、花纹、卡通人物、碳纤维效果等。

1 水转印工艺简介

水转印技术有两类，一种是水标转印技术，另一种水披覆转印技术。水标转印技术主要完成文字和写真图案的转印，水披覆转印技术则倾向于在整个产品表面进行完整转印。披覆转印技术（Cubic Transfer）使用一种容易溶解于水中的水性薄膜来承载图文。由于水披覆薄膜张力极佳，很容易缠绕于产品表面形成图文层，产品表面就像喷漆一样得到截然不同的外观[3]，可以披覆在任何形状之工件上，为生产商解决立体产品印刷的问题。曲面披覆亦能在产品表面加上不同纹路，如皮纹、木纹、翡翠纹及云石纹等，同时亦可避色一般版面印花中常见的虚位。并且在印刷流程中，由于产品表面不需与印刷膜接触，可避免损害产品表面及其完整性。

水转印技术是利用传统的印刷方式，将不同的图案、图文印刷于延展性非常好的PVC水溶性薄膜上再于转印阶段分别将印刷膜与产品同步引入水面，并以水为介质，借助于水流动的均匀压力使印刷膜上的图纹在活化剂的作用下迅速溶解、剥离并转印到被印物表面。同时，以活化剂为手段，披覆膜则自动溶解于水，将天然的木纹、石纹、针织纹或设计图纹加工装饰于各种三维造型制品上，续以喷涂方式施予面涂作为保护层，从而实现立体产品的印刷。经印上所需的色彩纹路后，平送于水的表面，利用水压的作用，将色彩纹路图案均匀地转印于产品表面，经清洗及烘干后，再上一层透明的保护涂层，这时产品已呈现出一种截然不同的视觉效果。汽车门开关面板木纹效果如图1所示；汽车仪表板科技纹路效果如图2所示；汽车仪表板碳纤维纹路效果如图3所示。

汽车内饰水转印零件的制作工艺流程如下：基体注塑→表面处理→零件喷底漆→烘干→打磨→水转印→高压水洗→烘干→打磨→清漆→UV固化。注塑零件表面沾有油污、手汗和脱模机等污染物，如果直接喷漆会造成漆膜附着力差，图层易产生龟裂、起泡和脱落等问题，因此涂装前必须进行除油处理，最好使用塑料表面清洗剂，即用水洗的方法彻底清除塑料件表面污染物，可保证制品表面清洁。

2 水转印工艺对环境造成的影响

水转印工艺虽然应用广泛，但对环境产生的影响也是不容忽视的。水转印的原材料、工艺过程、辅助原料、辅助工艺都会产生大量的烷烃、烯烃、芳烃、乙醛或酮类物质，会对人体和环境产生危害。具体危害如下所述。

2.1 水转印制品中的苯、甲苯、二甲苯等挥发有机物（简称VOC）超标

我国于2012年3月1日实施《乘用车内空气质量评价指南》（GB/T27630—2011），该标准用于评价乘用车内的空气质量，规定了车内空气中苯、甲苯、二甲苯等挥发有机物VOC（Volatile Organic Compounds）的浓度要求[4]。世界卫生组织（WHO）对VOC的定义为熔点低于室温而沸点在50～260 ℃的挥发性有机化合物的总称。内饰部件的挥发性有机化合物是影响车内空气质量的主要原因之一，它们主要是烷烃、烯烃、芳烃、乙醛或酮类物质，这些物质的沸点通常在50～260 ℃的范围之内。当气温达到一定高度时，这些挥发性物质就会释放出来。有些会形成雾翳凝结在前挡风玻璃上，从而影响驾驶员的视线；有些则产生令人不舒服的气味，甚至引起人头疼、干咳和过敏等不适反应，从而对乘员的身体造成伤害。以下是汽车内开关面板、右后内拉手框盖板使用水转印工艺后有毒物质和气味的检查结果，表1中显示甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯都超標很大，气味等级也没满足要求。

2.2 原材料本身含有的有害物质对环境造成的影响

水转印饰件表面的图案是油墨印刷制成。油墨中包括主要成分和辅助成分，它们均匀地混合并经反复轧制而成一种黏性胶状流体。由颜料、连接料和助剂等组成[5]。通常将曲面披覆转印膜上的图文设计成不具有具体造型，变形后也不影响观赏的重复图案。水转印膜通常使用凹版印刷机，能够获得很高的伸长率和较低的印刷成本，同时凹版印刷机具有精确的张力自动控制系统，一次可印刷出4～8种颜色，套印准确度较高。凹印水披覆转印膜使用水转印油墨，与传统油墨相比，水转印油墨耐水性好，干燥方式为挥发性干燥。凹版印刷油墨是用挥发型溶剂为连接料的，所用的连接料是对人体有危害的苯、二甲苯。因此，工件上的转印膜的干燥程度是影响其散发性能的重要因素。

转印膜覆盖在水上时，需要用活化剂溶解。活化剂是由二甲苯、乙二醇乙醚醋酿酯、甲基异丁基甲酮、丁酯等化学溶剂组成的，活化剂喷洒于PVC水溶性薄膜上时所散發的气味，会对操作者和空气、水都造成极大的污染和伤害。

2.3 高压水洗造成的水污染

水洗是水转印零件低散发的最重要的工序，较好的散发性的水转印零件通杂印后需要至少5道水洗工序，并且均使用去离子水，每道水洗的时间应根据零件的复杂程度调整，但必须保证5道水洗后的工件表面无污染残留，可以通过测定第五道水洗的洗前和洗后电导率来评价有无残留，如果洗前和洗后的电导率基本一致，说明工件表面已清洗干净。为保证零件表面的整洁性，冲洗用的水不能重复利用。不但是高压水洗的用水，为了保持整洁性，溶解薄膜的水也不能重复利用，只能作为废水排放掉。而排放的废水中包含了大量的去离子水、活性剂、PVC薄膜等多种化学元素，会对土壤、地下水、湖泊和江河等造成严重的环境污染。

2.4 水转印生产过程对人的伤害

虽然水转印技术在我国已经普及，但由于机械设备昂贵，所以大多数公司依然是采用工人手工操作的方式进行水转印生产。在薄膜活化之后，工人手持零件，以45°斜角方式拿着零件入水，在转印膜转移到零件上后迅速将零件从水中拉出（如图4所示）。

为保证零件的合格率，生产过程都是不戴手套或其他防护用具的，人体皮肤直接接触这些烷烃、烯烃、芳烃、乙醛或酮类有害化学物质，长期接触会引起各类皮肤疾病及头疼、干咳和过敏等不适反应，对操作工人的身体造成伤害。

2.5 水转印前后的油漆过程对环境的危害

在零件开始水转印之前，需要先上一道底漆，保证水转印膜的附着性。在高压水洗之后，还需要上一道漆，增加零件表面的耐刮擦性、耐老化性、耐湿热循环性。但油漆本身对环境和对人体的伤害都是显而易见的。据研究，长期从事喷漆及相关工艺的人，眼手协调能力、视觉运动速度、心理运动稳定度均会降低[6]。而涂料中含有的苯则是一种剧毒溶剂，是威胁人类健康的化学物质之一。同时，喷漆过程中产生的废水、废气等，会对土壤、水、空气等造成严重的危害[7]。

3 解决水转印污染的替代工艺

3.1 免喷涂工艺

免喷涂材料也叫带色注塑材料，是在原有的塑料粒子中加入矿物、增韧剂、特制银粉及各种助剂并经双螺杆挤出机熔融共混而成的一种改性材料。顾名思义就是不需要喷漆即可达到高亮的效果。免喷涂技术相比喷漆，具备注塑成品率高、精简生产环节等优势，产品美观，对环境的污染小，也减少了能源的消耗。作为一项新兴技术，已经逐步开始应用在汽车内外饰上。

免喷涂工艺可以实现喷漆效果，以及珠光效果、高亮黑、钢琴烤漆黑、闪烁珠光效果、半透闪烁效果和半透效果。免喷涂材料可用聚丙烯材料添加金属粉、铝粉，最终产品有着金属光泽。添加铝粉后的材料刚性增加，韧性降低，密度上升，重量增加。也可以用特殊色彩的树脂直接注塑成型。色彩鲜艳，表面光泽度高，容易成型，不脱漆。但是，免喷涂零件对模具型腔的光洁度要求非常高，流道设计要根据不同的原材料的流动速率不同来做调整。

3.2 模内装饰IMD、INS工艺

IMD是英文In-Mold Decoration的首字母缩写，翻译成中文是模内装饰镶嵌及转印技术，简称模内装饰技术[8]。它是把薄膜放在模具中，利用模具的温度和压力，通过注塑一次完成产品外观的装饰。汽车领域常用的是IMD（In-Mold Decoration）和INS（Film Insert Molding）工艺。

IMD：带有外观效果的IMD薄膜（圈材）被安装在输膜机上，而输膜机则固定在注塑机上，在注塑开模时，让薄膜输进模具中间，合模后注射胶料，让薄膜贴覆在模具上的同时，与胶料成型。流程为薄膜输送→薄膜定位，取模件→注塑成型→后处理，清理飞边。

INS：将带有外观效果的INS薄膜预先吸塑/高压成型，把多余的膜边冲切，再把冲切好的薄膜壳片放置在注塑模具内进行注塑。流程为薄膜加热→高压空气成型（或者吸塑成型）→刀模裁切→已成型薄膜壳片放入模腔→合模，注塑成型→开模，完成总成件。

这2种工艺生产出来的零件都是不需要经过喷漆、水洗、活化等工序，薄膜直接在注塑过程中转印到产品上，一次成型。生产过程和产品本身都没有污染，塑料与薄膜下脚料可以回收再利用。IMD、INS薄膜本身就有很强的耐磨、耐刮擦、耐老化性，不需要再喷涂油漆即可达到汽车内饰件的使用要求。

INS和IMD工艺产品经过有毒物质和气味的测试，结果都满足现行国标《乘用车内空气质量评价指南》（GB/T27630—2011）。某产品使用IMD和INS工艺加工的测试结果（见表2）。

3.3 拉丝工艺

拉丝工艺是一种金属加工工艺。在金属压力加工中，在外力作用下使金属强行通过模具，金属横截面积被压缩，并获得所要求的横截面积形状和尺寸。表面的纹理呈直线状，可以提高表面质量，遮掩表面轻微划痕。拉丝效果本身也是看起来非常高档的图案，此类产品有金拉丝、银拉丝、雪花砂、喷砂表面，能将金、银色等在其他板材类难以表现的重金属感得以充分体现。金、银乃富贵色，也是身份与地位的象征。金、银拉丝饰面金属板采用的主要金属材质可分为铝、铜与不锈钢三大类，以其原金属形态的质感、光泽与特性，加以雾面、镜面、立体、浮雕和特殊的木皮金属镂空面等各种不同的表面处理。并且，拉丝还可以呈现3D立体效果，具有触感，这是水转印效果没办法达到的（如图5所示）。

4 结论及展望

随着人们对环境和健康的关注，传统水转印带来的环保问题势必越来越不被市场所接受。除导致环境问题之外，水转印本身由于工序多，所以不良品率也非常高。此外，由于零件是被全部浸入水中，所以内表面也会被转印到，影响制品美观。转印过程中，非常容易出现花纹失真、变形等问题，因此不规则纹理木纹等适用范围较高，但是规则纹理变形失真导致合格率低、成本上升。水转印工艺虽然在很长一段时间内都还作为汽车内饰纹理的主要工艺，但由于各种局限性，终将会逐步被其他环保型工艺所替代。

参 考 文 献

[1]李晓娟.基于水转印技术的汽车内饰设计研究[D].株洲：湖南工业大学，2008.

[2]杨爱明.汽车造型设计的系统性原则与未来汽车的发展[J].郑州轻工学院学报，2003（12）：69.

[3]邹洋，张彦粉.水转印原理及工艺流程[J].丝网印刷，2009（6）.

[4]谷晓杰.汽车内饰件水转印散发性能控制与改善[J].丝网印刷，2014（6）.

[5]沈宏玲，程志君.汽车内饰件水转印表面涂装技术探讨[J].涂料技术与文摘，2014（3）.

[6]赵晓萍，娄乐忠，云丽杰.喷漆作业对工人神经行为的影响[J].中国卫生工程学，2003（2）.

[7]张瑞军，张敏.工业喷漆的环境污染研究[J].科技与创新，2014（22）.

[8]廖威.绿色环保——IMD技术在汽车领域“大有可为”[J].技术新视野，2010（3）.

[责任编辑：陈泽琦]