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感官性能使塑料和橡胶更具吸引力

时间: 2011-06-26 21:17 来源: 作者: Michel Biron &n 点击:
过去,通常根据材料的硬度、耐用性、成本以及其他的直接功能性来决定材料的使用者/零件的接触面。但是大约到最近的时候,出现了新的设计概念。这种新的设计概念是指根据二级或间接目标对产品进行设计。而二级或间接目标包括:引人的市场特色,新的安全观念,或者更一般地,根据使用者或环境与塑料零件或包含塑料零件的系统之间的相互作用来对产品进行设计。一些例子就是依据人们最为熟知的感官满意度或使用者的感觉以达到设定目标的。这种方法是提高所有设备的性能和吸引力的最新出现的以及最具有前景的方法。在这些例子当中,一个成熟的例子是“The Rinspeed Senso with zenMotion”,这款概念车可以根据驾驶人员的情绪作出相应的反应。

具有五官感觉及其他感觉性能的新型塑料

五官感觉可以促进购买推动力的产生,并且会对顾客们已经考虑过的购买行为进行影响。塑料非常适合用来制造满足五官感觉要求并具有吸引力的产品。塑料对于五官感觉的要求如下图“满足五官感觉的塑料”所示。


图1: 满足五官感觉的塑料

聚合物有助于设计师们设计出满足五官感觉和另一个更为一般的个人要求――舒适度:

·美学性,形状、颜色、消光/光泽平衡、透明性/不透明性、表面外观可以在一个很大的范围内发生变化。

·聚合物的触摸感可以分为类的、金属或仿布类的、木质类的、以及皮革类的。目前,柔软型的触摸感非常流行。

·声音可以通过使用塑料(尤其是发泡塑料)、橡胶以及高负载化合物而消去。汽车设计者们广泛使用聚合物作为NVH材料。

·材料的气味是一个重要的问题,这个问题可以通过恰当地选择塑料和专用添加剂而对气味进行调整。

·材料的味道是包装行业的一个主要问题。在包装行业中,要求材料是没有味道的。而在一些较为罕见的应用中,可以加入特定的添加剂以获得特有的味道。

·舒适度则因不同的个人而各不相同。例如,汽车舒适度是由内部的总体环境、光线、座位设计及其特色、音响环境、气味、驾驶灵活性、温度等等一系列细微的因素所决定的。

通过对塑料及其使用潜能的充分开发,塑料和相应的复合材料可以很好的满足下述要求:

·设计的自由性:可以实现零部件的所有形状和尺寸的设计,这是使用金属或木质材料所无法做到的。例如,借此可以对汽车车身形状提出可靠性、舒适度、高雅性、快速性、坚固性、创意性的要求。

·颜色可以用于强化人们对产品形状的印象。可以根据客户的要求采用相应的颜色,从而将客户的产品与相关的竞争产品区分开来,同时可以引起人们对产品的发展前景的关注。包装行业、汽车行业以及建筑行业都在广泛利用这些巨大的可能性。

·最具吸引力的表面装饰处理等级可以分为A级光滑(车身及仪表面板)、不光滑、粗糙等各种等级。

·即使单一的聚合物无法达到人们所期望的所有功能特性。但是因为将两种或两种以上的聚合物共加工是容易进行的,因此可以通过共加工的方法将生产线进行简化,使得产品表面更为平滑并且没有突出的铆钉或焊接痕迹,从而有利于提高美学品质,并且获得更好的气动优化和流体力学优化性能。包括汽车、家用电器、靴鞋部门等在内的许多行业,都在使用单片机双色或其他多色零件。

·材料的韧性、美学性以及其他感官性能可以使得产品具有舒适的触摸感、减震性、以及对震动和噪音的吸收性。泡沫材料就被广泛应用于包装、基床、坐席、加热和音响绝缘材料中。

·通过使用大量的着色或型内装饰的方法,以生产木制品、金属制品、纺织品、石制品或其他传统材料的仿制品,从而可能除去或者减少终饰工作。

塑料及其复合材料――具有顶级的美学性能

美学是形状、颜色、以及表面形貌的一种复杂的平衡。

式样

塑料和复合材料可以提供:

·自由的设计:可以实现所有形状和尺寸的零部件的设计,这是使用金属或木质材料所无法做到的。
·适应性:凭借加工方法的多样性可以实现从产品原型的生产直到产品的大批量生产。尤其是新出现的电子生产加工方法可以用来生产一种或多种零件;举例来讲,手糊成型、浇铸、RIM、热塑成型等方法适用于生产特定的产品。
·由于用于塑料生产的工具的替换或者对这些工具进行修正,要比相应用于金属的工具简单,因而可以更频繁地对生产线进行更新。

色彩及光学性质

人们所感知的色彩并不是色彩本身所具有的性质,而是由光照及其他很多特征所决定的,例如:

·不透明性/透明性二者的平衡
·适当的阴影
·金属颜料的添加。例如,铝粉颜料可以用来使许多类型的聚合物具有美学性和功能性。现在有很多不同级别的铝粉颜料,每类颜料都可以提供截然不同的视觉效果或功能属性。
·适宜的光泽/哑光平衡
·T零件的表面形貌
·在塑料中所使用的加固部分。有时使用碳纤维或芳纶纤维来对塑料进行强化,从而使得塑料具有高科技的、现代的新颖外形。

由于使用这些颜料所得到的结果可以是多种多样的。因而在图“包装中的铝粉颜料”和“铝粉颜料的特殊色彩效果”中,展示了彩色薄铝片和已处理过的薄铝片的加入所产生的效果(Silberline)。


图 2: 包装中的铝粉颜料


图 3: 铝粉颜料的特殊色彩效果

由于铝粉颜料的染色和表面处理工艺的不同,以及形状、尺寸、表面形貌的不同,使得获得的相应的金属效果也各不相同。具体的金属效果可以在我们的网址“特殊效果图库”中看到。举例而言,可以得到如下的金属效果:

·闪光效应,产品表面在具有明亮的金属外观的同时,也具有粗的晶粒的闪光效果。低浓度的金属颜料可以在保持一些聚合物的透明性的同时,通过闪光效应的增加以提高物体的三维外观效果。透明颜料或染料可以为产品添加颜色,从而获得更具吸引力的闪光效应。

·高闪效果,这是一种通过在聚合物中使用铝粉颜料所得到的传统金属效果。这种效果会使产品有着强烈的金属光泽,并且常常可以看到明显的晶粒。将不同浓度的金属颜料与透明或不透明的彩色颜料一起使用,可以在很宽的光谱范围内产生截然不同的金属光泽和闪光效果。

·Metallescent效应,可以获得一种具有温和扩散效果的半透明金属外观,这种效果与使用珍珠颜料所得到的效果类似。只有将极低浓度的适量铝粉颜料与透明着色剂一起使用,才可以研发出这种Metallescent效果。

·微闪效应,这种效果是由所使用的铝粉颜料的球形形状和抛光表面所产生的。这种效果给人的感觉是:光泽微光闪闪,像瀑布一样一泻而下。这种效果可以产生来自聚合物表面底层的闪光反射,可以使得透明的聚合物看起来像是具有“深度”一样。当使用透明的着色剂,并且在明亮的光线下进行观察时,就可以看到非常生动的这种效果。

·液态金属效果,这是一种明亮的金属效果,可以产生诸如拉丝铝箔或抛光钢铁的纯金属外观。这种效果的特征是:有着光滑的液态金属光泽并且晶粒数量是在可控范围内或者都没有晶粒。这种液态金属外观还可以产生类似于阳极氧化铝的外观效果。

除了通过向化合物中添加着色剂和颜料以外,还可以通过如下的方法使化合物具有颜色:

·用另一种有色的或者印刷好的聚合物连续膜进行包装,例如,膜内装饰技术(In Mould Decoration-IMD)或薄膜内嵌模压(Film Insert Moulding, FIM)。
·镀金属法,
·油漆,
·多层薄片热塑成型,
·染料升华,
·印刷……

色彩颜料属于化学物质,必须满足通用和特定的规则以及安全标准。设计者必须注意聚合物进行着色处理的温度适宜性和着色所需要的媒介。

触摸感

触摸感可以分为橡胶类、金属或仿布类、木制品类、皮革类。现在柔软及超软型热塑性弹性体(thermoplastic elastomers,TPEs)的使用使温和柔软的触摸感尤其流行。

具体包括如下的一些应用:

·用于厨房用具、家用器皿等的具有柔软触摸感的旋钮、把手、手柄
·手工工具和电力工具,工业、草坪和花园设备等中的把手、底脚以及防滑表面
·移动电话、游戏控制台、鼠标、MP3播放器以及其他电子/通信设备中的支撑脚、碰撞部分的包覆物、软触手柄
·用于个人护理应用及顾客商品的把手、软触按钮和面板、键区、以及铅笔握柄等等
·用于汽车内部的软触面板、杯柄、控制台和塔板线、仪器面板包覆物、臂靠和方向盘、柱子等等
·用于运动和休闲等产品中的软触部分

所有的热塑性弹性体TPEs-苯乙烯类、TPO类、TPU类、TPV类、PVC类、共聚酯类、聚醚酰胺共聚物都符合软触和超软触级别。

例如,Ticona已经引进了Riteflex®400系列共聚酯类热塑性弹性体,其邵尔D硬度值在25-47之间。25和30邵尔D硬度级别的材料在汽车以及耐用消费品和非耐用消费品市场的软触部分中有着良好的应用。具体的应用包括:把手、手柄以及防滑表面。

设计者对于材料的选择取决于与被包覆材料的粘结能力、经济性以及其他性能。具体而言,其他性能包括:透明性、抗动态挠性、化学性能、应用环境的温度、以及是否符合食品接触和/或医疗规则。

通过对热塑性弹性体材料进行合理的选择,可以解决粘结方面的所有问题。例如:

·GLS公司推出了具有软触/橡胶感的尼龙埋注TPE的把手系列。这类材料对绝大多数类型的标准聚酰胺及改性聚酰胺材料都有着适当的粘结性能。这些产品具体包括热稳定性的、玻璃纤维增强的、具润滑性的、以及抗冲改性的尼龙产品。该产品另外的特色是具有哑光表面,良好的表面质量,以及在天然级别上卓越的着色能力。这类产品的目标市场是草坪和花园工具、手工和电力工具、厨房用具、家用器皿、运动和休闲产品、以及一些运输应用等等。

·邵尔 A 硬度值为55和65的最柔软的TPU合金在给人柔软、灵活的感觉的同时,还拥有高的性能和易加工能力,并且表现出了与聚碳酸酯(PC)、PC/ABS、ABS的优异的化学连接埋注能力。理想的应用包括手工和电力工具中的把手、手柄,草坪、花园设备,拖拉机组件,运动设备,以及手持式电子包胶模。

·Mediprene(VTC)可以和其他很多的聚合物共注或共挤,这些聚合物包括聚丙烯(polypropylene, PP)、聚酰胺(polyamides, PA)、聚碳酸酯(polycarbonate, PC)、聚丙烯腈聚苯乙烯聚丁二烯(acrylonitrile butadiene styrene, ABS)、PC/ABS、聚苯乙烯(polystyrene, PS)、以及丙烯酸树脂(acrylics, PMMA)。在所有情况下,Mediprene中的成分都可以满足欧洲和美国对于药品的要求。

·Arnitel EL250可以与极性材料良好的粘结。极性材料包括:聚碳酸酯(polycarbonate, PC)、聚碳酸酯/聚丙烯腈聚苯乙烯聚丁二烯(PC/acrylonitrile butadiene styrene, PC/ABS)、聚丙烯腈聚苯乙烯聚丁二烯(acrylonitrile butadiene styrene, ABS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene terephthalate, PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate, PET)以及其他更多的极性材料。这类材料适用于作为如下产品的软触组成部分:消费类电子、游戏控制台、移动电话、家庭用具、厨房工具、铅笔握柄、个人护理、包括内部装饰面板和臂靠在内的汽车内部应用、花园和手工工具等等。

·苏威工程聚合物公司(Solvay Engineered Polymers)引进了一种新的充分硫化热塑性材料系列,命名为NexPrene® 9000,硬度范围为40 邵尔A硬度 - 50 邵尔D硬度。该系列材料中有的可以和聚氨酯进行粘结。

·AES公司已经设计出了一些具有柔软性的soft Santoprene TPV材料,适用于要求材料具有非常柔软的触感以及与ETP材料有强粘结性的应用环境中。ETP材料包括:聚碳酸酯(polycarbonate, PC)、聚丙烯腈聚苯乙烯聚丁二烯(acrylonitrile butadiene styrene, ABS)、丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(acrylonitrile styrene acrylate, ASA)、丙烯酸类(PMMA)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate, PET)。

声舒适度

大体来讲,传统的塑料具有传统金属所没有的声音和震动阻尼性。例如,PEEK、UHMW-PE、其他ETP类或热塑性树脂都可以用于制造低噪声齿轮。另外,这类特殊的聚合物还有更多特定的应用,具体如下:

·特殊阻尼塑料的阻尼性以及其他性质可以按照通常的目标级别而分为不同的等级。例如,Rhodia公司向市场推出了不同级别的聚酰胺,这类材料具有超出传统工程塑料的声学舒适度,比玻璃纤维强化聚丙烯或聚酰胺降低了4dB。因此设计者可以去除诸如泡沫塑料或厚层的声学组件,而不影响系统的声学性能,进而甚至在某些情况下有所提高。这种新型声学等级材料在汽车行业中的目标应用包括:汽化器、发动机覆盖系统、配电罩、机罩或空气管。另外,电器中的各种壳罩,建筑中的隔音材料都采用这种创新的材料解决方案。

·聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl butyral, PVB)是一种有消音效果的聚合物,可以作为一个中间层加入层压玻璃中。间接地,这种玻璃还具有抵抗入侵的作用,可以起到保护乘客的作用,并且可以防止内部材料受到紫外线的照射。这种玻璃还可以减轻本身的重量,与其他可比的强化玻璃相比,层压玻璃重量减轻11%。另外,PVB可以根据设计者的要求进行着色等等。Solutia公司已经研发出了Vanceva商标旗下的先进夹层产品的生产线,而Vanceva产品正在被全球的车辆制造厂商广泛采用。这种先进的彩色产品使得概念车辆的设计者们可以将温室作用考虑在车辆的整体设计中。

·模量在塑料或橡胶范围内的TPE类材料,苯乙烯类材料,TPO类材料,TPU类材料,TPV类材料,PVC类材料,共聚酯类材料,酰胺嵌段聚醚类材料都适用于NVH中。

·具有高填充水平和高密度的厚层材料。厚PVC材料和EPDM材料可以作为多层隔音材料的其中一层。这种多层隔音材料至少由一厚层和一薄层的泡沫塑料或纤维层组成。阻尼效果由以下因素决定:

- 厚体复合材料和泡沫塑料或纤维层的阻尼性能
- 厚体复合材料和泡沫塑料或纤维层的杨氏模量
- 温度。

在Insultech之后,一些降低噪音的例子如下:

·总厚度2.5cm:2-5dBA
·总厚度5cm:11-15dBA
·具有低模量和高阻尼效果的橡胶:有很多应用,包括最熟知的、无音木块、地毯、密封剂等等。
·具有低密度或极低密度的泡沫塑料,例如,聚氨酯、聚乙烯(PE)、PVC、聚丙烯(PP)、三聚氰胺、环氧等等。这些材料可以:

- 注塑成型制成柱子、围栏和其他空腔
- 作为浅盘型底板、地毯、门衬板、车顶、仪表盘的支撑材料
- 喷涂在钣金上……

关于气味――中立和积极的态度

直到不久前,人们对于材料气味的态度大体都是中立的。人们通常使用没有气味的聚合物和添加剂,或者向市场化的聚合物中加入除臭剂或特定的芳香剂。加入除臭剂或特定芳香剂的目的是为了掩盖一些聚合物在加工中或加工后或者聚合物在老化后可能会产生的臭味。杀菌剂或防腐剂也可以用来防止产品在使用寿命内产生微生物、真菌类以及其他均类物质。

最近,由于发现令人愉快的气味会受到顾客们的欢迎,因而人们对于材料气味的态度正在变得逐渐积极起来。众多大学已经在他们的研究报告中对气味对人类的影响进行了评估。当气味飘过我们的鼻子时,会对我们的大脑的某一部分产生影响,进而会产生情感的释放。因此,聚合物香味和预期产生的期望情绪之间的匹配概念产生了。色彩也可以和香味一起以扩大材料的效果。

例如:

·Eastman新近为设计者们开发了Material Difference 项目。在Material Difference项目中,纤维素塑料样品的三种令人愉快的气味都可以通过封装得到:

- 恬静,(酸橙和天竺葵)与绿色色彩联用
- 热烈,(柚子和茉莉)与柑橘色色彩联用
- 自由,(薰衣草和香子兰)与薰衣草色彩联用。

不同行业的设计者们在产品中表达了他们对于香味纤维素塑料所具有的潜力的兴趣。

·Voitino CWS与瑞士汽车倡导者Rinspeed在概念车Rinspeed "Senso"一起合作。Voitino CWS公司观察到,人们喜欢停留在气味舒适的地方。令人舒适的期望可以给人们一种幸福感并且会以一种积极的方式对人们产生影响。芳香的气味,例如新鲜的空气、凉爽的水、以及酸橙,都可以增加魔幻气味、绿茶、薰衣草释放时的浓度。气味感觉可以和视觉刺激以及声音刺激一起使用。特别地,声音可以数字化地存储于计算机上,而光照则根据期望得到的刺激而各不相同。香味可以通过通风设备进入汽车内部。香子兰-中国柑桔具有镇静的效果,而柑橘-柚子则具有较强的刺激作用。另外,如果中央计算机确定司机产生了疲劳的任何征兆,集成在座位的电子发动机就会通过振动的方式对司机进行唤醒。

问题反转:凭借塑料使用者的感觉强化产品设计

概念车――The Rinspeed Senso with zenMotion,可以根据驾驶人员的情绪可以作出相应的反应,这是感官强化产品的一个成熟的例子。在汽车产品的速度和数量稳定增长的同时,灵活性成为了汽车本身的一个缺陷:当街道上的汽车数量越多,司机所承受的压力就越大。而这就甚至有可能会增加由于私人问题或工作相关问题所引发的潜在的好斗情绪。而这也将会导致由于压力或睡意所引发的交通事故的增加。针对这种困境的解决方法之一是使得汽车可以根据驾驶人员的情绪做出相应的反应。

装有zenMotion的Rinspeed Senso汽车向人们展示了汽车行业中人机互动的前景:一旦驾驶人员接近汽车,zenMotion显示器就被唤醒。基于最近行程的传感器数据(汽油使用量、速度、驾驶性能等等),中央计算机将会在显示器上产生动画模式,此时这些动画图案仅仅作为装饰物。然而,如果某些特定的参数(例如油位)不在它们正常的范围内,图案将会顺序发生变化,对该异常产生视觉上的提示。在行程过程中,传感器将会对下述参数进行持续性的测试:速度、加速-刹车频率、司机的脉搏、以及其他反映驾驶人员行为的方面。由环境以及平静驾驶人员情绪或使其保持清醒的图案变化所决定,音乐音量也相应地作出调整,而且车舱温度也相应的升高或降低。当然,上述变化方式都是非常细微而不唐突的,因此司机仍然将完全集中精力在交通上。在Rinspeed Senso的核心,计算机将会依据众多传感器获得的会对驾驶行为产生影响的数据计算可被感知的有效图案。这些数据包括:路线跟踪、加速-刹车周期、温度、眼跟踪、脉冲等等。而这些数据也会受到现实图案的影响。来自德国魏马著名包豪斯大学的工业设计师Andreas Fischer所构思的zenMotion系统是在苏黎世和因斯布鲁克的大学里和其他设计师、心理学者、数学家、计算机家、以及工程师一起研发的。这一设计的目的在于利用神经生理学以及感知心理学方面的科学发现,建造和使用者可以产生相互影响的智能表面,与此同时,我们可以进一步地理解图案在情绪和认知方面的影响。

结论

技术要求和经济性并不是卖出塑料零件或其他设备的完全充分条件。设计出吸引人的特点以刺激购买力,从而使得自身产品与竞争者的产品区分开来是十分重要的。聚合物并不是十分理想的,要想提高它们的市场吸引力就需要在满足技术要求的条件下对聚合物进行认真的设计、配方、和加工。这一点是至关重要的。

现在已经提出了新的设计概念。这些新的概念是关于提高市场吸引力的,或者更一般地,是关于使用者或环境与塑料零件或包含塑料零件的系统之间的相互作用的。一些例子就是关于人们所熟知的感官满意度、或者利用感觉以达到目标要求的,还有的是关于提高所有设备的能力和吸引力的最新和最具前景的方法。颜色、形状、以及其他美学特征还有舒适度都是为人们所熟知的,并且作为使用的性能参数。但是新的概念正在开发气味以及其他更具革命意义的感觉以引起产品的反应。按照惯例,汽车行业现在正处于这些进展的关键时刻,而概念车“The Rinspeed Senso with zenMotion”则是一个杰出的例子。

参考文献
技术指南和网址:AES, Airex, Alpha Aromatics, Alpha MOS, Alveo, Aroma Tech, BASF, APA, BASF, Bayer, Benvic, Ciba, Clariant, Cognis, ColorTech, Degussa, Dow, DSM, DuPont, Eastman, Evonik, ExxonMobil, GLS, Huber, IFF, Insultech, Kareline Oy Ltd, Omya, Rhodia, Rinspeed, Röhm, Talcs de Luzenac, Silberline, Soliant LLC, Solutia, Solvay, SpecialChem, Ticona, Voitino CWS, VTC...(end)

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