汽车电子显示元件必须得到高质量的显示面板的保护（图片来自GfO Gesellschaft für Oberflächentechnik）

只有采用成本高昂的涂层工艺，才能为注塑成型的高级塑料显示面板带来明亮且防刮擦的表面质量。德国南部的一家制造商采用常压等离子技术对这些部件进行预处理，极大地改善了材料表面的粘接能力，使带有涂层的外表更加完美。

无论是车载收音机或车用电脑、移动电话、袖珍计算器，还是笔记本电脑，对于这些会产生振动或需要移动的电子产品而言，其显示器的连接是通过热贴合的柔性薄膜线路来实现的。这种薄膜线路能够灵活地将PCB连接到显示器的连接触点上，显示器往往是由两层薄薄的玻璃板构成。借助于LCDs以及其他类型的显示器，在过去的20多年里，汽车仪表盘已经得到了极大进步。现在的仪表盘就像是在飞机驾驶室中使用的一样，其内部的一些敏感元件，需要由一层非常薄的塑料前玻璃视窗进行保护，这就是显示面板。

一家领先的专业生产精细塑料制品的公司，即位于德国Schwäbisch-Gmünd的Gesellschaft für Oberflächentechnik公司（以下简称“GfO公司”）早在3年前就计划引进一种名为“Selectacoat” 的新型喷涂工艺。针对该工艺，需要构建一个新的加工单元，用以对塑料显示面板进行喷涂。按照这项计划，整个喷漆过程是在洁净室中完成的，并在全自动化的、环境友好的条件下高效进行。

图1 在GfO的第一洁净室中，这些工件被人工放入并汇集在一起。在第二洁净室中（右），这些显示面板需要接受喷涂前的常压等离子在线预处理（图片来自GfO Gesellschaft für Oberflächentechnik）

主要问题：

采用哪种预处理方法？

其中的一个主要问题是，需要采用哪种预处理方法？因为制造商必须在喷涂前对塑料部件进行彻底的清洁和活化，否则他无法保证涂料能够很好地粘附到部件表面上，以及喷涂后的表面能够长时间地保持完好。

图2 旋转喷枪可以无接触地对面板的整个塑料表面进行预处理，其发射出的常压等离子体以接近声音的速度轰击到表面上，但不会对材料造成任何的热损伤（图片来自Plasmatreat）

为了满足在线处理的要求，需要采用一种再现性好、处理质量高以及全自动化的预处理技术来取代采用酒精和软布的手工预处理方式。有几项技术因为处理成本较高而没有得到认可，同样遭到否定的还包括低压（真空箱）等离子工艺，因为该技术只适用于批次生产模式，而不适合在线生产所要求的连续处理模式。最终，GfO公司在Plasmatreat公司找到了解决方案，这家位于德国Steinhagen的公司是Openair常压等离子技术的开发者。

图3 用于空调系统的彩色显示面板经常压等离子处理后，获得了极纯净的光学表面，同时确保了防刮擦涂层牢固地粘附在显示板的表面上（图片来自GfO Gesellschaft für Oberflächentechnik）

解决方案：在线等离子处理

早于1995年就获得了专利的这种等离子处理技术，目前已在全球几乎所有行业的材料表面预处理中得到了应用。该技术环境友好，无需使用低压等离子处理工艺中常用的高成本的真空箱，在常压条件下即可进行操作。该技术的独有特性是，由喷枪发射的等离子体束是电中性的，这使其应用范围得到极大的扩展，使用起来也非常方便。由于从喷枪中发射出的等离子体束的强度非常高，因此其处理速度可以达到每分钟几百米。在处理过程中，塑料表面的温度改变通常低于30℃。该预处理系统以其产生的多重效应而表现出色：它可通过选择性的氧化处理而活化表面，从而使表面张力成倍地增长，经处理后的很多塑料材料的表面能高于72mN/m。

新的表面特性

“除了其他优势外，我们的等离子技术以其高效的活化能力，使用户能够构筑一个具有全新特性的表面。” Plasmatreat集团的CEO Christian Buske先生说，“该工艺使那些以前根本不能粘接的基底材料变得可以粘接。水性粘接剂，或者是常用的紫外固化粘接剂等，均能够粘接到诸如非极性塑料等难以粘接的表面上。即使是那些被认为是不相容的塑料，现在也能得到很好的粘接。处理质量是完全一致的，工艺参数完全能够得到再现，这可通过对处理过程的监控而得到证实。”

图4 经等离子处理后得到精细清洁和强效活化的塑料部件，随后进入喷涂单元接受防刮擦涂层处理（图片来自GfO Gesellschaft für Oberflächentechnik）

显示面板——功能及生产

无论是透明的还是彩色的，这种由PC或PMMA材料制成的小型平面塑料视窗，其背后是极其复杂的信息处理单元，包括：显示可视化信息的显示器、几十个控制信号光源以及导航和通信系统等。这种嵌入式的前显示面板是通过胶粘剂永久地固定在外壳上的。一方面，该显示面板可保护精细的功能元件免遭人为破坏，以及防止污垢、湿气和灰尘等的渗入。另一方面，当需要修理时，它允许从外壳的背面毫无障碍地取下显示部件。

这种显示面板的不足之处是，由于聚碳酸酯材料容易受到刮伤，因此，受光线入射角度的影响，会导致不受欢迎的反射现象，从而为阅读信息带来障碍。为了避免这一问题，GfO公司使用了一种防刮擦涂层，除了可防刮擦外，该涂层还可耐受洗涤剂等化学物质的影响，并为彩色部件带来极富光泽的表面。

在注塑成型部件上施加涂层，通常要求其表面要达到极高的洁净度，然而，当暴露在空气中时，则很难避免表面附着尘埃。因此，必须对组件进行预处理。

图5 通过将等离子预处理单元集成到喷涂生产线中，不仅实现了整个生产工艺的全自动化操作，而且提高了生产的工艺可再现性和环保性（图片来自GfO Gesellschaft für Oberflächentechnik）

最佳地集成到工艺流程中

GfO公司的喷涂工艺是在两个洁净室中完成的，其中的一个洁净室置于另一个洁净室的内部。安装在外层洁净室中的设施包括：用于运送空的产品周转箱的传送系统、人工插入嵌件及去除毛边工作站，以及依靠图形识别的自动化控制系统。而自动化的喷涂工艺本身则是在第二洁净室中完成的，该洁净室具有相当高的洁净室等级。

在最初的预清洁中，先可以初步除掉部件上的尘土。之后，即可实施常压等离子预处理工艺。一种专门设计用于部件整体表面处理的旋转喷枪,将速度接近声速的等离子体喷射到需要处理的部件表面上，随后，这些得到精细洁净和高效活化的塑料部件立刻被送到喷涂工位，进行耐刮擦涂层的喷涂。然后经过流平或预烤,使涂层中的残留应力得到释放。基于等离子处理后获得的高表面张力，使得施加的涂层能够形成均匀一致的薄膜。最后,在该显示面板离开内部洁净室并被送去做最终的质量检测前，还需要对涂层进行紫外固化。

图6 在不同的距离和速度条件下，经等离子预处理后的非极性塑料表面的表面能情况。经处理后提高了表面极性并使表面张力提高到72mN/m以上，从而扩大了加工工艺窗口（图片来自Plasmatreat）

简单的开始

在经过8周的试验后，GfO公司决定，构建新的生产设施从购买Plasmatreat的技术开始。2007年1月，该批量化的生产设施投入生产。在这条生产线上，仅用于汽车行业的塑料面板每年就有数千件需要经过等离子预处理并施加防刮擦涂层。在此基础上，还要增加大量的用于其他行业的显示面板，如医疗设备、白色家电、航空和电子行业中使用的显示面板。

总结

作为使用新的预处理工艺的结果，GfO公司的经理们得出的结论是，不合格品得到显著降低，生产速度得到极大提高，并实现了更大的经济效益。除了新的喷涂工艺外，采用常压等离子的预处理工艺对此贡献巨大。该工艺取代了早期使用的化学处理法，其处理方式还使车间的生产环境得到了改善。必要的灵活性也是该工艺受到重视的一个原因：它能够确定每个产品独特的生产参数，包括间距、能量和速度等，而针对这些参数，只有等离子喷枪才能够精确地定义出恰当的操作点。让GfO公司选择该技术的另一个原因是，Openair系统非常容易维护保养。该公司的销售经理Norbert Weiss说：“这种常压等离子系统操作简单，而且能够持续高效运行。”

关于作者：Inès A. Melamies是德国Bad Honnef的一名自由记者；Peter Langhof是德国Plasmatreat公司的电子产品市场经理。