在塑料车窗的表面硬化技术领域，等离子涂层正在取代湿法涂层，而模内薄膜层压或者多层共注射正在取代涂层。
注射成型聚碳酸酯车窗和天窗是一项新生技术，该技术的一项增值项目是保护窗体表面，提高抗刮擦性，同时提供一些附加功能，如阻隔热和光等。为此，在新开发的等离子涂层与湿法涂层激烈竞争的同时，模内贴膜或成型后贴膜，以及多层层合、多材料注射等方法也纷纷登场。在2007年6月举行的法兰克福汽车车窗会议上，这些方法成为会议的讨论议题。该会议是由英国出版公司European Plastics News 和Plastics and Rubber Weekly共同发起。
新式Chevy Volt电动概念车的顶篷、后甲板和固定侧窗采用了带有Exatec保护层的Lexan聚碳酸酯制造
在本次会议上，低成本的等离子涂层技术成为一大亮点。同时，几个业内专家还讨论了层压多种透明材料薄膜及玻纤或者纳米填料增强薄膜的优点。所介绍的一些薄膜已经解决了大型部件诸如汽车顶篷的隔热阻光问题。
此外，参会者也总结了当前市场发展的形势。聚碳酸酯（PC）的前后1/4车窗、固定侧窗、后固定窗、透明车身板和大型全景天窗在欧洲已经全面使用。这一革命使车窗减重达50％，而且比玻璃车窗具有更大的设计自由度。
图1 由Research Frontiers开发的新型SPD-Smart薄膜含有液晶乳状液，具有电致取向的特性，能够改变光透过的程度（左：无电压，右：加一定电压）
根据来自Freedonia Group公司和其他方面的数据，预计2010年全球对汽车天窗的需求将由2006年的1500万件增至2240万件。2010年预计全景天窗将从2003年的2％的市场份额增长到40％。无疑，PC将抢占这一市场，但是改善其表面保护性能将是十分重要的。
飞速发展的薄膜
“如今，用于PC车窗的硬质涂层能够提供抗刮擦和紫外线防护功能，不过模内贴膜也许能够代替硬质涂层。”Warwick Manufacturing Group (WPG)国际汽车研究中心的助教Kerry Kirwan博士如是说。该中心是英国Warwick大学工程学院的一部分，Kerry Kirwan博士的主要研究方向是采用层压薄膜的方法取代湿法或等离子涂层，从而使车窗的高透明表面具有更好的抗紫外线性能和更优良的抗冲击性能。
模内薄膜层压技术最大的优势是能够生产出完整的车窗。这种方法能够免去涂层工艺过程，从而降低了废料的产生率。此外，模内薄膜层压技术还具有很宽的加工窗口，加工者可以使设备运行在注射成型压力和速度之下以进行后成型，而不必设置特别的条件。相比之下，注射-压缩成型就要求底层材料处于低压之下，以保证制品的光学质量和硬质薄膜的完整性。
专门用于车窗的PC树脂已经被开发出来。与传统材料相比，这种PC树脂具有很好的流动性、更高的光学透明度，而且与硬质涂层具有更好的粘和性能。一些业内人士推测，模内薄膜层压可以使用传统的PC树脂。
图2 英国Warwick Manufacturing Group试验了不同以往的概念，如在PMMA薄膜背部成型PC，在一侧使用玻纤增强。如图所示，与传统的普通PC相比，几种样品的弯曲模量有所增加，透明度有些许降低
“对于强化玻璃或钢化玻璃而言，透明聚合物是一种吸引人的替代方案。然而却没有一种单一的聚合物是理想的车窗材料。” Kirwan说。他在WMG的工作是将PC和PMMA采用各种方法组合起来，PMMA起缓冲的作用。“PC具有优良的抗冲击强度，但其耐候性较差。而PMMA正好相反。将两种材料组合起来能够达到理想的效果，但关键是PC的冲击强度需要适当的改变。”
Kirwan将100mm厚的PMMA薄膜放入模腔内，并采用传统的PC材料进行背部注射。据说这种成型方法在使制品获得出色的环保优势的同时，其抗冲击性能仍然很好。另一方面，塑料车窗过于坚固，因此在发生事故时，车内的乘客不容易从车窗逃生。一种解决方案是使用吹塑的而不是流延的PMMA薄膜，因为吹塑薄膜在膜泡的冷却线处有细微的瑕疵，当薄膜受到相反方向（汽车内部）的冲击处于张力状态下时，易于从此处断裂。Kirwan说，这种“方向性缺陷”机理能够使乘客在遭遇事故时打破车窗，而车窗能够承受来自外部的冲击。
另一种方法是采用共注射的方法取代薄膜嵌入层压的方法，以在模内制造出PC/PMMA复合体。“尽管WMG使用共注射成型的办法成型了以PC为芯层、PMMA为外层的三明治结构的车窗，但从来没有人使用同步注射来生产透明部件。通过控制界面间的粘接力，可以提供不同的抗冲击强度。” Kirwan解释说，这种方法减少了生产工艺步骤，因此也就免除了与薄膜生产相关的处理成本，同时该方法还具有更大的设计自由度。
WMG还对玻纤增强薄膜用于透明结构部件进行了研究。玻纤增强材料从前没有用在透明热塑性材料中。WMG的理念是使用一种透明、低粘度的浸湿剂来浸湿玻纤织物。这种预浸料坯用作制品的外表面，以改善制品的机械强度并使部件具有硬质表面。WMG开发了一种高透明玻纤增强体系，生产时间为4min。WMG将覆盖有丙烯酸或聚酯粉末的玻纤置于PMMA薄膜和PTFE隔离膜之间，并将它们放于压机上。经加热、加压后，粉末熔融，浸湿玻纤并挤出空气，结果在PMMA膜的一侧便含有玻纤。将其放置于模具中，采用PC进行背部成型，据说这种方法会损失一定的透明度。
图3 等离子涂层技术作为一种低温、无溶剂的工艺，相对于湿法涂层是一种进步。一种被称作Duo-Plasmaline的新型低压、低能耗PECVD系统，由Stuttgart大学的等离子研究院开发，对有机或者无机材料具有很高的沉积率（如硅氧烷或者石英），同时操作是在低温下进行
WMG还考虑将纳米复合材料技术用于车窗的制造。将少量的纳米粘土和金属氧化物陶瓷粒子添加到PC或PMMA中，结果发现，在不损失材料透明度的情况下，制品的耐磨性、耐溶剂性能和抗湿气性能均得到了提高。
控制光线的薄膜
薄膜层压使PC车窗拥有了更高的物理防护性能。美国玻璃和塑料车窗光控技术供应商Research Frontiers公司总裁Joseph Harary表示，薄膜还具有一些附加的功能。2007年，该公司在全球的33个许可营销网络开始销售他们的第二代SPD-Smart薄膜技术，该技术可用于汽车、建筑、航空、军事和其他领域。薄膜中的光吸收粒子能够立刻控制可见光的通过，使之从透明到暗色调，并且能够阻挡超过99％的紫外线，减少了汽车内部因太阳光产生的热量。
薄膜的防红外线和紫外线功能可以减少空调的使用从而节约能源。Harary说，减少热和紫外线的透过还能够降低汽车内饰件材料的成本。此外，薄膜还具有很好的强度、耐久性和隔音性。
利用Research Frontiers的悬浮粒子设备 (SPD)专利技术制造的SPD-Smart薄膜是一种微封囊多碘液晶乳状液。在通常状态下，光阻粒子以随机方向分布在薄膜中，能够阻隔99％以上的可见光。当薄膜被加上一定的电压时，粒子重新排列，光就能够透射过去。“通过调节加载到薄膜上的电压，人们就能够控制通过车窗或天窗的光和热。” Harary说。
SPD-Smart薄膜使用辊压成型，目前仅仅被应用在2片塑料或者玻璃中间的层压结构中。使用聚氨酯胶粘剂能够将SPD-Smart薄膜与PC粘和在一起。Research Frontiers正在研究使用这种薄膜将其作为层压PC车窗的最外层。
新的涂层方法
采用热固化湿法涂层或者涂漆方法将PMMA或者硅氧烷树脂涂在PC车窗或头灯灯罩上是目前最常见的技术。“然而，气相沉积技术，如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或者等离子增强化学气相沉积(PECVD)等方法正在取代湿法涂漆，特别是大型车窗等制品更是如此。”德国Fraunhofer 化学技术学会的高级科学家Klaus-Dieter Nauenburg博士这样表示。
“采用湿法涂层更容易进行紫外线防护处理，但是制品的表面硬度往往无法令人满意。”他解释说，用户希望使用低成本的有机树脂来提高车窗表面硬度以取得合适的抗刮擦性能，而像含有纳米粒子的液态硅氧烷价格太昂贵。另外，湿法涂层会使用溶剂，这就增加了环境保护的成本。
目前有几种真空沉积涂层工艺，但主要用于小型塑料制品，如眼镜片和不透明的装饰性制品，如汽车后灯反射镜。Nauenburg表示，等离子涂层工艺生产成本低，加工时间短，沉积率高且能够处理大型制品。目前由荷兰Eindhoven大学开发的Plasma-Array系统以及由Stuttgart大学等离子研究院（iPF）开发的Duo-Plasmaline系统填补了这项空白。
新型Duo-Plasmaline PECVD涂层系统对有机或无机材料（如硅氧烷、石英或者金刚石）均具有高沉积率，并具有低压的特点。由线性高频微波可产生低能耗的等离子体，低能耗系统意味着对基底材料的破坏和热损伤更小。系统能够使用不同种类的气体，包括氢气、氧气、氩气或者氮气。目前iPF已建立了一条3m长的Duo-Plasmaline PECVD涂层系统，其正在研究的课题是寻找一种方法，以减少或消除加热时产生的微裂痕，以及在免去预涂漆的情况下使PC车窗具有紫外线防护功能。
新的Plasma-Array PECVD系统采用真空沉积法将硬质、透明的类石英薄膜在无溶剂的情况下粘贴到PC上。该系统的沉积面积可达80cm ×60 cm，沉积率达到1～3mm/min，能够将沉积层的厚度分布控制在目标的±15%以内。
Plasma-Array PECVD硬质涂层被沉积到预涂漆的PC片材上。所用的漆来自于Momentive Performance Materials公司（以前的GE硅树脂）的AS4000和AS4700。泰伯耐磨性（Taber Abraser）测试（1000次循环）显示：未经涂层的PC雾度增加了47%；使用了AS4000漆的PC雾度增加了5.1%；使用了AS4000 和PECVD涂层的PC雾度增加了1.8%；单独使用AS4700漆的PC雾度增加了11%；而增加了PECVD涂层以后雾度增加了4.3%。
按Exatec公司的CEO John Madej的说法，使用Exatec 900多层涂层系统能够获得同样的效果。Exatec公司以前是GE和拜耳材料科技联合投资的公司，目前整体出售给沙伯基础创新塑料。Exatec 900系统在2004年被开发出来，包括一项采用PECVD方法进行硅氧烷湿法涂层的专利技术。根据本次会议上应用开发部经理Alex Scholten博士的介绍，1000次泰伯耐磨性测试结果为：单独使用了SHX硅氧烷湿法涂层的PC的雾度提高了超过5％；而SHX与PECVD的联合使用则使其雾度提高了1.8%。
Scholten和Madej表示，整个Exatec 900系统具有抗刮擦和紫外线防护功能，在中间涂漆时可以使用墨水和染料以增加车窗的一些功能，如光的控制、装饰、安装除霜系统和无线电天线等。
用于汽车车窗生产的低成本模具
由于塑料车窗仍然是小众产品，Warwick Manufacturing Group (WMG)开发了一种降低批量生产车窗模具成本的方法。WPG国际汽车研究中心的助教Kerry Kirwan博士介绍了两种发展方向。一种是采用铝制模具：先采用CNC设备进行粗加工，然后再进行精抛，接着用独创的硬镀铬技术进行表面处理，硬镀铬技术使用铜、镍和铬层。铝模具能够进行20000次成型，且其加工速度比钢模具更快，而且成本低70％。另一种方法是使用软钢模具：用高速CNC设备进行机加工，不必进行抛光。这种方法依赖于模内嵌入的薄膜以提高表面的光泽度，最多需要在模具的一侧进行抛光。这种模具能够进行50000次成型，成本比传统模具低40％。
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