РАССЕИВАТЕЛЬ ФАРЫ ИЗ ПОЛИКАРБОНАТА С ВНЕДРЕННОЙ ПЛЕНКОЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТЬ К ЦАРАПАНИЮ И УФ-ЗАЩИТУ, И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО РАССЕИВАТЕЛЯ
DIFFUSER OF POLYCARBONATE HEAD LAMP WITH EMBEDDED FILM WHICH PROVIDES SCRATCH RESISTANCE AND UV PROTECTION, AND METHOD OF MAKING SUCH DIFFUSER

Эта заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США под порядковым № 62/086965, поданной 3 декабря 2014 года, полное раскрытие которой включено сюда посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Этот документ в целом относится к области оборудования транспортных средств, более конкретно, к рассеивателю из поликарбоната с внедренным твердым покрытием, который является менее дорогостоящим для производства и обеспечивает лучшие рабочие характеристики, в том числе, в частности, лучшую устойчивость к разрушению ультрафиолетовым светом (УФ) со временем, с тем, чтобы оставаться прозрачным для свободного прохождения света в течение срока службы транспортного средства.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ
[0002] В настоящее время рассеиватели фар формуются из оптически прозрачного поликарбоната. Для того, чтобы защищать рассеиватели фар от разрушения при воздействии атмосферных условий, как с абразивным износом, так и ультрафиолетом (УФ), на переднюю поверхность фары наносят прозрачное твердое покрытие из диоксида кремния и анти УФ-добавки. Рассеиватели фар из поликарбоната с нанесенным твердым покрытием из диоксида кремния обеспечивают превосходную устойчивость к царапинам и превосходные ударные рабочие характеристики. Однако рассеиватели фар из поликарбоната с нанесенным твердым покрытием из диоксида кремния страдают рядом недостатков.
[0003] Более конкретно, процесс покрытия твердым покрытием из диоксида кремния является очень дорогим и для реализации обычно требует больших расходов на производственные мощности. Дополнительно, подвергание воздействию УФ-излучения из лучей солнца разрушает как покрытие, так и поликарбонатную подложку основы фары. Современная соответствующая состоянию уровня техники УФ-защита сохраняется до 3000 часов повышенного воздействия атмосферных условий. Однако следует принять во внимание, что многие транспортные средства, в том числе, например, те в зонах солнечного пояса Соединенных Штатов, которые подвергаются воздействию существенного УФ-излучения, которое, со временем, разрушает подложку, приводя к пожелтению и помутнению, что снижает рабочие характеристики фары. Дополнительно, по мере того, как УФ-лучи солнца разрушают подложку, твердое покрытие из диоксида кремния может отслаиваться от поликарбонатной подложки, ускоряя разрушение данной подложки. Это также приводит к ухудшению ударных рабочих характеристик рассеивателя. Кроме того дополнительно, процесс нанесения твердого покрытия зависит от летучих органических соединений (ЛОС), которые являются экологической проблемой.
[0004] Этот документ относится к новому и усовершенствованному способу, который обеспечивает аналогичную или улучшенную устойчивость к царапанию и значительно лучшие рабочие характеристики при ультрафиолетовом свете, чем созданы в современных рассеивателях фар из поликарбоната. Как результат, в течение срока службы транспортного средства могут лучше поддерживаться устойчивость к ударам и прозрачность. Дополнительно, способ, используемый для обеспечения этих улучшенных рабочих характеристик, является более дешевым, чем в процессе по предшествующему уровню техники, и не выпускает ЛОС в атмосферу, как упомянутый процесс.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] В соответствии с описанными здесь целями и преимуществами обеспечен рассеиватель фары. Рассеиватель фары содержит поликарбонатную подложку и внедренную защитную пленку, покрывающую по меньшей мере одну поверхность упомянутой поликарбонатной подложки.
[0006] В одном возможном варианте осуществления внедренная защитная пленка включает в себя агент устойчивости к царапанию и УФ-ингибитор. В одном возможном варианте осуществления упомянутый агент устойчивости к царапанию основан на силиконе. В одном возможном варианте осуществления агент устойчивости к царапанию выбран из группы материалов, состоящей из винил(моно-, ди- и триалкоксисиланов), фенил(моно-, ди- и триалкоксисиланов), дифенилдиалкоксисиланов, винилтриалкоксисиланов и других молекул на основе силикона и их смесей.
[0007] В одном возможном варианте осуществления упомянутый УФ-ингибитор выбран из группы материалов, состоящей из бензофенона, бензотриазола и их смесей. Еще дополнительно, в одном возможном варианте осуществления упомянутая внедренная защитная пленка дополнительно включает в себя УФ-стабилизатор. В одном возможном варианте осуществления упомянутый УФ-стабилизатор может быть светостабилизатором на основе стерически затрудненных аминов.
[0008] Еще дополнительно, поликарбонатная подложка в любом варианте осуществления может включать в себя множество пор. Дополнительно, упомянутый агент устойчивости к царапанию может содержать молекулы на основе силикона, имеющие относительно большие головные части и относительно узкие хвостовые части, при этом упомянутые головные части лежат на поверхности упомянутой подложки, перекрывая упомянутые поры, а упомянутые хвостовые части проникают в упомянутые поры и действуют как якорь для упомянутых головных частей.
[0009] В соответствии с дополнительным аспектом обеспечен способ изготовления рассеивателя фары из поликарбоната с  внедренной пленкой, обеспечивающей устойчивость к царапанию и УФ-защиту. Этот способ может быть описан как содержащий этапы формования подложки упомянутого рассеивателя фары из поликарбонатного материала, очистки упомянутой поликарбонатной подложки после формования и внедрения в поверхность поликарбонатной подложки защитной пленки с образованием рассеивателей фары из поликарбоната с внедрениями. После этого следует промывка и сушка упомянутых рассеивателей.
[0010] В одном возможном варианте осуществления способ дополнительно включает в себя увеличение толщины упомянутой защитной пленки после внедрения. В одном возможном варианте осуществления это выполняется химически усиленным физическим осаждением из паровой фазы.
[0011] В одном возможном варианте осуществления способ включает в себя введение в упомянутую защитную пленку агента устойчивости к царапанию и УФ-ингибитора. Упомянутый агент устойчивости к царапанию может быть выбран из группы материалов, состоящей из винил(моно-, ди- и триалкоксисиланов), фенил(моно-, ди- и триалкоксисиланов), дифенилдиалкоксисиланов, винилтриметоксисиланов, других молекул на основе силикона и их смесей. Дополнительно, способ может включать в себя выбор УФ-ингибиторов из группы материалов, состоящей из бензофенона, бензотриазола, гидроксифенилтриазина и других соединений УФ-ингибиторов, и их смесей. Дополнительно, способ может включать в себя введение в упомянутую защитную пленку одного или более УФ-стабилизаторов.
[0012] В одном возможном варианте осуществления способ включает в себя охлаждение подложки упомянутого рассеивателя фары после формования и перед очисткой до температуры между 65°C и комнатной температурой. Дополнительно, способ включает в себя внедрение посредством погружения упомянутой подложки в бак для внедрения, содержащий ванну с раствором для внедрения, на период времени между 10-60 секундами при температуре между 65-90°C с тем, чтобы раскрыть поры в упомянутой подложке для обеспечения поверхностного внедрения упомянутой защитной пленки в упомянутую подложку. В одном возможном варианте осуществления агент устойчивости к царапанию и УФ-ингибитор внедряют за единственный этап. В еще одном возможном варианте осуществления агент устойчивости к царапанию и УФ-ингибитор внедряют за множественные этапы в целях наращивания требуемой толщины твердого покрытия. В дополнение способ может включать в себя этап выполнения испытания на устойчивость к царапанию для выбора рассеивателей с внедрениями и регулирования концентрации добавок в упомянутой ванне с раствором для внедрения по мере необходимости до тех пор, пока не будут достигнуты требуемые результаты.
[0013] В последующем описании показаны и описаны несколько предпочтительных вариантов осуществления рассеивателя фары. Как следует осознавать, рассеиватель фары допускает другие, иные варианты осуществления, и некоторые его детали допускают модификацию в различных очевидных аспектах, все без отступления от рассеивателя фары, который описан в последующей формуле изобретения. Соответственно, чертежи и описание следует рассматривать как иллюстративные по природе, а не как ограничительные.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
[0014] Фигура прилагаемого чертежа, включенная сюда и образующая часть описания изобретения, иллюстрирует несколько аспектов рассеивателя фары с внедрениями и, вместе с описанием, служит для пояснения его определенных принципов.
[0015] Фиг. 1 - схематическое представление рассеивателя из поликарбоната с внедренным защитным покрытием.
[0016] Теперь будет выполнена ссылка в подробностях на настоящие предпочтительные варианты осуществления рассеивателя фары, пример которого проиллюстрирован на фигуре прилагаемого чертежа.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0017] Теперь будет выполнена ссылка на фиг. 1, иллюстрирующую рассеиватель 10 фары. Такой рассеиватель 10 фары содержит поликарбонатную подложку 12 и внедренную защитную пленку 14, покрывающую по меньшей мере одну поверхность (то есть переднюю поверхность) упомянутой поликарбонатной подложки, и необязательное наращивание с помощью усиленного плазмой ХОПФ (усиленного плазмой химического осаждения из паровой фазы).
[0018] В одном варианте осуществления внедренная защитная пленка 14 включает в себя агент устойчивости к царапанию и УФ-ингибитор. В одном возможном варианте осуществления агент устойчивости к царапанию основан на силиконе. Такой агент устойчивости к царапанию может быть выбран из группы материалов, состоящей из винил(моно-, ди- и триалкоксисиланов), фенил(моно-, ди- и триалкоксисиланов), дифенилдиалкоксисиланов, винилтриметоксисиланов и других молекул на основе силикона и их смесей.
[0019] В одном варианте осуществления УФ-ингибитор выбирают из группы материалов, состоящей из бензофенона, бензотриазола или других соединений, подобных гидроксифенилтриазинам, и их смесей. Дополнительно, в одном возможном варианте осуществления внедренная защитная пленка дополнительно включает в себя один или более УФ-стабилизаторов. УФ-стабилизатор может принимать форму светостабилизатора на основе стерически затрудненных аминов.
[0020] Как проиллюстрировано на фиг. 1, в любом из вариантов осуществления поликарбонатная подложка 12 включает в себя множество пор 16. В одном возможном варианте осуществления агент устойчивости к царапанию содержит молекулы на основе силикона, имеющие относительно большие головные части 18 и относительно узкие хвостовые части 20, при этом головные части лежат на поверхности подложки 12, перекрывая поры 16, с тем, чтобы обеспечивать твердое устойчивое к ударам защитное покрытие, в то время как хвостовые части 20 проникают в поры и действуют как якорь для головных частей. Преимущественно, эта структура обеспечивает химическую связь между внедренной защитной пленкой 14 и поликарбонатной подложкой 12, которая (a) крайне превосходна для и (b) устойчива к характерной особенности отслаивания механически связанных твердых покрытий, предусмотренных на рассеивателях фар, выполненных в соответствии со способами, известными в данной области техники. Она также служит для герметизации в УФ-ингибиторе 22, который проник и был осажден глубоко в других порах 16.
[0021] В соответствии с дополнительным аспектом предусмотрен способ изготовления рассеивателя 10 фары из поликарбоната, имеющего поликарбонатную подложку 12 и внедренную пленку 14, обеспечивающую устойчивость к царапанию и УФ-защиту. Этот способ в общих чертах может быть описан как содержащий этапы формования подложки 12 рассеивателя фары из поликарбонатного материала, очистки поликарбонатной подложки после формования, внедрения в поверхность поликарбонатной подложки защитной пленки 14 и добавления необязательного слоя 23, полученного с помощью усиленного плазмой ХОПФ с образованием рассеивателя 10 фары с внедрениями, промывания рассеивателя и сушки рассеивателя. Способ также может включать в себя введение агента устойчивости к царапанию и УФ-ингибитора в защитную пленку 14. Дополнительно способ может включать в себя выбор агента устойчивости к царапанию из группы материалов, состоящей из винил(моно-, ди- и триалкоксисиланов), фенил(моно-, ди- и триалкоксисиланов), дифенилдиалкоксисиланов, винилтриметоксисиланов и других молекул на основе силикона и их смесей.
[0022] В дополнение способ может включать в себя выбор УФ-ингибитора из группы материалов, состоящей из бензофенона, бензотриазола, других соединений, подобных гидроксифенилтриазинам, и их смесей. Дополнительно, способ может включать в себя введение в защитную пленку 14 УФ-стабилизатора.
[0023] Еще более конкретно, способ может включать в себя охлаждение подложки 12 рассеивателя фары после формования и перед очисткой до температуры между 65°C и комнатной температурой. Дополнительно этап внедрения может включать в себя погружение подложки 12 в бак для внедрения, включающий в себя ванну с раствором для внедрения, на период времени между 10 и 60 секундами при температуре между 65 и 90°C, с тем, чтобы раскрыть поры 16 в подложке, чтобы обеспечить поверхностное внедрение защитной пленки 13 в подложку. В одном возможном варианте осуществления агент устойчивости к царапанию и УФ-ингибитор внедряют за единственный этап. В еще одном возможном варианте осуществления агент устойчивости к царапанию и УФ-ингибитор внедряют за множественные этапы. В еще одном варианте осуществления способ включает в себя выполнение испытания на устойчивость к царапанию для выбранных рассеивателей с внедрениями и регулировку концентраций добавок в ванне с раствором для внедрения, которые требуются до тех пор, пока не будут достигнуты требуемые результаты.
[0024] Еще один вариант осуществления состоит в увеличении глубины слоя диоксида кремния посредством использования дополнительного процесса осаждения, такого как усиленного плазмой ХОПФ или другого процесса осаждения.
[0025] В еще одном варианте осуществления толщина внедренной пленки может быть дополнительно увеличена посредством надлежащего физического или химического преобразования, или того и другого. Возможный путь достижения этого представляет собой химически усиленное физическое осаждение из паровой фазы (химически усиленное ФОПФ). В этой технологии поликарбонат с внедрениями размещают внутри камеры, где диоксид кремния и связанные с ним соединения (предшественники) на основе кремния ионизируются и испаряются в низком вакууме при умеренных или почти окружающих температурах, и парам предоставляется возможность оседать и конденсироваться на поликарбонате с внедрениями. Конечными толщинами твердого покрытия управляют посредством выбора типа предшественника и времени/температуры/давления разрежения в камере, воздействию которых подвергается поликарбонат. В одном возможном варианте осуществления толщина внедренной защитной пленки составляет между 1 и 10 микронами. В другом возможном варианте осуществления защитная пленка имеет толщину около 7 микрон. Когда для увеличения толщины защитной пленки используется химически усиленное ФОПФ, внедренная поверхность диоксида кремния восприимчива к химическому связыванию и физическому связыванию с испаряемым оксидом кремния и связанными с ним соединениями на основе кремния с обеспечением твердого, устойчивого к царапанию слоя.
[0026] В одном возможном варианте осуществления поликарбонатная подложка рассеивателя фары может выниматься из формовочной оснастки с использованием подвесного конвейерного транспорта. Затем формованный рассеиватель может охлаждаться до температуры между 65°C и комнатной температурой посредством циркуляции воздуха или другого средства перед очисткой. Очистка может завершаться погружением рассеивателя 10 в бак, наполненный дистиллированной деионизированной водой, на 10-30 секунд. Такая вода поддерживается где-нибудь от комнатной температуры до 65°C.
[0027] После очистки рассеиватель погружают в бак для внедрения, содержащий в себе ванну с раствором для внедрения, на 10-60 секунд, при этом ванна поддерживается при 65-90°C. Ванна раскрывает поры 16 в поверхности подложки 12, чтобы обеспечить поверхностное внедрение добавок в растворе для внедрения на глубину 0,1-10 мкм или более, как требуется.
[0028] Если агент устойчивости к царапанию и УФ-ингибитор внедряют за единственный этап, ванна с раствором для внедрения включает в себя водную смесь поверхностно-активных веществ, в том числе ионных и неионных ПАВ (эмульсификаторов). Эти поверхностно-активные вещества (ПАВ) содержат в себе две или более несмешивающихся жидкости, твердые вещества и смеси в суспензии. Для удовлетворительных рабочих характеристик носителя важной является надлежащая эмульсификация. Эмульсификаторы могут быть ионными (анионными, катионными и амфотерными) и неионными.
[0029] Стеарат натрия (мыло) - пример неионного ПАВ.
[0030] Триметилгексадециловый бромид аммония - пример катионного ПАВ.
[0031] Амидопропилбентаин жирных кислот кокосового масла - пример амфотерного ПАВ; и
[0032] Полиэтилен-этоксилат - пример неионного ПАВ.
[0033] Дополнительные химикаты в ванне с раствором для внедрения дополнительно могут включать в себя этиловый спирт, другие растворители, диспергаторы, пластификаторы и выравнивающие агенты. Если агент устойчивости к царапанию и УФ-ингибитор внедряют за единственный этап, ванна с раствором для внедрения дополнительно может включать в себя материалы твердого покрытия, основанные на составе твердого покрытия и составе УФ-защиты, описанные ниже. В случае внедрения агента устойчивости к царапанию и УФ-ингибитора за множественные этапы, первая ванна для внедрения включала бы в себя или состав твердого покрытия, или состав УФ-защиты, а вторая ванна для внедрения включала бы в себя другой из состава твердого покрытия или состава УФ-защиты.
[0034] Для целей этого документа состав твердого покрытия может быть описан как содержащий ряд молекул на основе силикона, которые пригодны для внедрения твердого покрытия рассеивателя 12 из поликарбоната. Как отмечено ранее, таковые могут включать в себя винил(моно-, ди- и триалкоксисиланы), фенил(моно-, ди- и триалкоксисиланы), дифенилдиалкоксисиланы, винилтриметоксисилан, другие молекулы на основе силикона и их смеси. Такие молекулы имеют органические хвостовые части 20 в виде длинных цепей, которые способны проникать в поры 16 поликарбоната и действовать как места химического якоря.
[0035] Для целей этого документа состав УФ-защиты может быть описан как включающий в себя поглотители УФ-излучения на основе сопряженных соединений (содержащих двойные связи), которые поглощают УФ-излучение и повторно излучают его в инфракрасном диапазоне с более низкой энергией. Таковые включают в себя бензофеноны и бензотриазолы. Дополнительно, УФ-защита может включать в себя УФ-стабилизаторы. Одними из наиболее эффективных и важных стабилизаторов являются светостабилизаторы на основе стерически затрудненных аминов (HALS). Вместо просто поглощения энергии света, эти стабилизаторы работают, прерывая процесс фотодеструкции до того, как он войдет в стадию разрушения. Используемые механизмы включают в себя «захват свободных радикалов», «разложение пероксидов», а также поглощение энергии.
[0036] За исключением воды и спирта, концентрации различных химикатов могут находиться в диапазоне от 0,01% до 10%, каждый по весу или объему. Концентрации воды и спирта могут находиться в диапазоне от 10 до 90% по объему.
[0037] Промывание рассеивателя после внедрения может содержать погружение рассеивателя 10 во второй промывочный бак с дистиллированной ионизированной водой на 10-30 секунд, которая имеет температуру где-нибудь от комнатной температуры до 65°C. Затем рассеиватель 10 вынимают из бака и сушат воздухом, например, посредством сушильного вентилятора. После выполнения любого необходимого испытания на устойчивость к царапанию на выбранном испытательном образце, остальные рассеиватели 10 в группе рассеивателей, производимые совместно, упаковывают для отгрузки. Как следует принять во внимание, все этапы могут выполняться посредством использования роботизированной системы с точным протоколом времени и последовательности действий. Дополнительно, должно быть принято во внимание, что рассеиватели 10 фары могут подвергаться внедрению на месте формования или на удаленной установке в любое время после формования.
[0038] Вышеизложенное было представлено в целях иллюстрации и описания. Оно не предназначено быть исчерпывающим или ограничивать варианты осуществления точной раскрытой формой. В свете вышеприведенных учений возможны очевидные модификации и варианты. Все такие модификации и варианты находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения при интерпретации в соответствии с широтой, на которую им дано право явно, легально и справедливо.