【技术干货】木皮在汽车智能内饰表面透光性能研究
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摘要
为满足客户对汽车座舱驾驶性和舒适性需求，汽车内饰研发设计趋向智能化和集成化发展。针对内饰透光表皮材质透光率低及表面图标Ⓐ示不清晰等问题，以木皮在汽车内饰件应用为研究开展相关透光率实验及图标透光研究。结果表明，木皮的透光性能取决于木皮材料、厚度及表面处理技术。在满足木皮表面图案透光性能条件下，木皮表面孔径及孔距需满足尺寸要求。通过透光性能研究为木皮大量应用于汽车智能内饰提供参考。
关键词：木皮 透光率 图标透光 尺寸要求
作者：何平1 戴晓东2 沈朝梁2 余鹏2 张学昌1
1.浙大宁波理工学院机电与能源工程学院 浙江省 宁波市
2.宁波劳伦斯汽车内饰件有限公司 浙江省 宁波市
伴随着科技发展和智能驾驶技术的到来，为满足客户对汽车驾驶性和舒适性的需求，汽车的设计和研发不断朝着一体化和智能化发展[1-2]。汽车内饰设计将成为汽车设计的关键，透光材料装饰也在越来越多地应用到汽车内饰表面中，从而提升优良的人车交互体验[3]。真木材料因其具备的环保、轻量和可塑性强等特点，大量地应用与汽车内饰件中，并从单纯的装饰功能向智能集成方向发展[4]。透光木皮具体效果是指在背部光源的作用下，将设计的图案、文字和LOGO等清晰显示在汽车真木装饰件上。本文针对透光表皮材质透光率低及表面图标显示不清晰等问题，以木皮为研究对象开展相应透光率实验及图标透光研究。
木皮透光率实验研究
实验数据集
本文分别选取黄杨木、枫木、樱桃木、法国梧桐木、柚木、雀眼木和欧椴木等木皮为研究对象，如图1所示。木皮厚度为0.3mm—0.5mm，木皮经过增白化学处理。
实验设备和环境
实验所用设备为KONICAMINOLTA公司生产的型号为CS-2000分光辐射亮度计，使用CS-S10w专业版数据处理软件控制CS-2000进行测量，实现透光率实验数据管理和分析。所有实验都在无外界直接照射光源的密闭室内进行，室内温度保持在25±5℃，室内相对湿度控制在60%以下。
实验结果与分析
透光率实验采用木皮在标准光源作用下的透光能力作为评价指标。具体测量过程为：首先测量光源的亮度Lv值及记录色度坐标x、y值；然后将木皮覆盖住光源，记录亮度Lv1值；最后通过计算得出木皮的透光率。本研究通过设置不同的参数开展多轮实验并对实验结果比较分析。
实验一：喷漆前后色板木皮的透光率测试实验以PC/GF20材料为基材，使用汉高胶水将木皮集成到基材上，喷漆原料为T88棕色油漆。本实验采用90%均匀度标准光源，色度坐标为：X=0.3010，Y=0.3078，针对每种色板木皮分别开展三次测试。喷漆前色板木皮透光率测试结果如表1所示。
图2为色板木皮喷漆前后透光率对比图。从图中可以看出枫木和欧椴木表现出良好的透光性能，但是喷棕色漆后木皮的透光率普遍降低很多，说明棕色油漆不适合作为木皮表面色漆。
实验二：不同色漆对木皮透光率的影响针对实验一色漆对木皮透光率影响较大的情况，实验二重点测试不同色漆对木皮透光率的影响程度。分别从不同色漆自身透光性能、不同色漆混合配比透光性能、不同SiO2含量对色漆透光影响及以欧椴木为例表面涂不同色漆透光率等四个方面进行实验，从而确定表面色漆的选用。
色漆自身透光性能实验
本实验分别选取蓝、黄、红、绿、棕、紫、白和黑等八种颜色油漆各2g，测试结果如表2所示。从测试结果可知，黄色的透光率最高。
不同色漆混合透光性能实验
本实验分别选取红黄混合、红绿混合和绿黄混合色漆各2g，透光率对比图如图3所示。从实验结果可知，透光率高的色浆占比越高，混合后的色浆透光率越高。
不同SiO2含量对色漆透光的影响实验
本实验分别对SiO2含量为3%、5%、7%和9%的亚光面漆进行透光率实验，实验结果如图4所示。从实验结果可知，SiO2含量越高，色漆的透光率越低。
以欧椴木为例表面涂不同色漆的透光率实验
本实验以欧椴木原木及木皮表面涂油性色漆为对象，分别测量木皮表面的透光率，测量结果如表3所示。
从实验结果可知，色漆透光率越高，涂在木皮表面的透光率也越高。
通过木皮透光率实验结果可知：真木材料应选用纹理致密且透光率高的木皮，木皮厚度以0.3mm左右为宜；木皮表面油漆需选用透光率高的浅色油漆。
木皮装饰件标透光研究
随着汽车行业智能化的发展趋势，功能键不仅要求快捷准确发挥各自作用，美观和个性化设计也成为新的需求。智能内饰按键是将设计好的图案在背面光照下显示功能按键的透光效果，清晰准确地显示图案成为装饰件表面研究的重点。本文以木皮装饰件为例研究图案在其表面的透光性能。
图案在木皮表面透光性
木皮试制基本工艺流程为：首先选取符合内饰件表面要求的木皮材料，并将其裁切成厚度为0.3mm左右；然后对其进行注塑并表面涂色漆，封闭处理后涂第一层面漆；最后镭雕出所要求的图案，并打磨处理后涂第二层面漆。木皮工艺处理完成后进行图案透光实验，选取90%均匀度白色光源观测图案的清晰度，如图5所示。从观测结果可知，木皮表面图案显示清晰，可以成型带孤岛的图标，但是由于图标区域存在凹坑，触摸感不强且缺乏美观性。为解决图案区域存在凹坑现象，在镭雕之后增加一道滴胶工序。在将木皮雕穿后采用滴胶的方案填充图标区域，由于图标较小，在填充过程中应确保图标区域被胶填满及不能产生气泡，否则会降低透光率及影响内饰整体舒适性。
木皮表面孔径及孔距要求
考虑到汽车内饰布局及空间的限制，选择较大的孔径或孔距虽然能提升图案的透光性能，但是同时也增加了内饰的空间需求，因此要求合理控制镭雕孔的大小和布局木皮表面镭雕孔的位置，使得既能满足透光要求，也能符合内饰空间布局要求。本文分别从最小孔径和最小孔间距要求两方面来开展实验验证孔径及孔间距验证实验中木皮原材料经过气囊热压、激光打孔和涂面漆等处理。孔径以0.05mm为级差，范围为0.1mm-0.5mm。孔间距以0.05mm为级差，范围为0.2mm-0.5mm。验证结果如图6所示。从结果可知，最小孔径为0.25mm时可以满足图标清晰且光强满足要求，最小间距为0.25mm时木皮注塑不会出现破裂等缺陷。
结论
本文以木皮在汽车内饰件的应用为研究对象，分别从木皮表面的透光性能和图案在木皮表面透光性两方面开展研究。通过木皮表面透光率实验得出，不同的木皮材料表现出透光性能差异较大，应选用透光率高（如欧椴木）的木皮材料作为汽车内饰件表面。从不同色漆对木皮透光率的影响实验可知，木皮表面涂色漆在很大程度上了降低了木皮的透光性能，不同的色漆的透光率也有很大差别，应选用浅色油漆（如黄色漆）作为木皮表面色漆。图案的清晰度对内饰的整体性能起到十分重要的作用，通过对图案在木皮表面透光性能测试可知，要确保图案的清晰度，对木皮的制作工艺及表面孔径和孔距都有要求。通过透光性能研究为木皮大量应用于汽车智能内饰提供参考。
【参考文献】
[1] 谭浩，孙家豪，关岱松，等.智能汽车人机交互发展趋势研究[J].包装工程，2019，40（20）：32-42.
[2] 陈立峰.汽车智能化发展方向及产业供应链重塑[J].汽车维护与修理，2023（11）：1-8.
[3] 殷佩，贾炳乾.透光表皮在汽车装饰件上的应用研究[J].汽车文摘，2021（09）：58-62.
[4] 亨尔.我国木皮产业发展渐趋成熟[J].国际木业，2008（04）：39-41.
[5] 张亮，高思远，杨小勇，等.透光织物在汽车智能内饰表面装饰中的应用研究[J].汽车零部件，2022（09）：24-29.
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