影響注塑模內貼標成型因素及產品設計探討

2013-05-18 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

來源:萬方數據
關鍵字:模內貼標注塑成型油墨模具設計模內貼標是什么
簡介了注塑模內貼標成型原理、工藝和應用發展趨勢,根據實際產品的應用案例分析了注塑模內貼標在塑料產品成型過程中的影響因素和工藝要點,提出了模內貼標塑料模具的特點及其設計的一般原則,分析了模內貼標產品的常見缺陷,并給出了改善措施。

人們以往對產品的要求重點放在功能上,隨著生活水平的提高,消費市場也逐漸向高品質
發展,消費者對產品的外觀甚至質感有了更高要求,這就顯得外觀包裝尤其重要。目前在包裝容器類制品上表達容器內所盛物品的功能、成分、制造商、保質期、商標及廣告語等標貼在制作流程上是分開的,即首先制成產品,再在外觀上進行加工,常見的方法有網印刷、熱轉印、移印、真空電鍍、涂裝等,這些方法不僅在流程上加多了工序,使程序復雜,也因額外的工序所需要的機器、人工及工作時間,使產品的生產成本提高.
隨著注塑成型設備自動化程度的提高,一種新型的模內標貼(IML)技術正在國內外流行。
模內貼標產品以清晰度高、立體感好、表面耐劃傷、增加包裝容器的美觀性、提高經濟效益、環保、增強防偽等方面具有獨特優勢而被業內普遍看好。下面主要介紹注塑模內貼標的工藝、模具設計要點及成型薄壁外殼制品常見缺陷和改善方法。
    1 模內貼標成型工藝及影響因素
    1.1 成型工藝
模內貼標有2種貼標成型方式:吹塑成型和注射成型。對注射成型模內貼標而言,自動化機械手將標簽貼附在模具內壁上,合模后注射充模,借助樹脂高溫熔化模內標簽背面熱熔粘合樹脂,從而使標簽和容器融為一體,歐洲80%的模內貼標是通過注射成型的。
    1.2 模內貼標影響因素
在模內貼標這一技術中,主要的影響因素包括標簽、模具、機械手、成型設備,其中最重要的當屬注塑生產設備。
    1.2.1 標簽
標簽在生產中是一個非常重要的環節,標簽的好壞直接關系到了產品的質量,對標簽影響最重要的就是印刷了,如果標簽的著墨性不好,容易造成油墨對模具的污染,從而導致產品的質量不良。
(1)組成。標簽大致可分為3層,片材(一般為聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯)、油墨、黏合劑(多為一種特殊的膠)。當注塑完成后,薄膜和塑料融為一體,片材在最外面,片材表面一般經過硬化。
(2) 片材成型。片材是模內貼標模具成敗的關鍵,一般片材的材質為對苯二甲酸乙二醇酯,也有有機玻璃(PMMA)、聚碳酸酯。但聚對苯二甲酸乙二醇酯的成型及加工都較優良,表面光澤度、耐磨性也能達到客戶要求,因此應用廣泛,厚度125μm的對苯二甲酸乙二醇酯片材最為常用。在片材熱定型環節,溫度控制很重要,否則易變形,廢品率高。熱定型機的上、下模都有加熱板,在工作期間保持恒定的溫度。移動式加熱板在放入片材后,移動片材頂部對片材進行預熱,使其變軟,才可合模進行熱定型處理。片材尺寸要比最終部件尺寸小一點,一般片材尺寸比部件尺寸單邊小0.02~0.03 mm,片材不僅置入型腔內容易,而且能完全伸展開來。
(3)油墨。油墨對模內標簽也很重要,在選用油墨之前,應根據最終應用的要求,對油墨在標簽材料上的附著力、耐刮擦性、抗化學性等性能進行測試。首先必須保證良好的印刷適應性,其次滿足各階段(印刷、貼標和最后使用)的性能要求,最后要求成本低、環保。標簽對墨層的耐磨性要求更高,UV油墨同溶劑型的相比具有較高的墨層強度,比較適合模內標簽。注射成型用的標簽由于注射成型時需要的壓力大,因此不需材料背面的壓紋或磨砂表面便可排出標簽與瓶體間的空氣。注射成型用的標簽在模具中一般采用靜電吸標工藝,因為注射成型時產生的壓力很大,如果采用真空吸標工藝,標簽將會被擊穿,從而影響生產的連續性。
1.2.2 模具
模具設計的好壞直接關系到產品的產量、質量及壽命,因為模具在整個IML的投資中占據了很大的一部分。
(1) 薄膜成型模具設計。成型模具尺寸設計公式:陽模成型配母模注塑或陰模成型配公模注塑時成型模具尺寸等于注塑模具尺寸、注塑模具60~80℃的熱膨脹、薄膜收縮之和減去成型模具在工作溫度下的熱膨脹和薄膜厚度;陽模成型配公模注塑或陰模成型配母模注塑時成型模具尺寸等于注塑模具尺寸、注塑模具60~80℃熱膨脹、薄膜收縮之和減去成型模具在工作溫度下的熱膨脹。當成型模具和注塑模具使用的是相同的材料并且在相類似的溫度下工作,注塑模具60~80℃的熱膨脹和成型模具在工作溫度下的熱膨脹可以相互抵消。成型后的薄膜圓角必須同注塑模具的圓角相匹配或薄膜稍小的圓角被伸展以匹配注塑模具圓角。
(2) 注塑模具設計。一般丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、PMMA的縮水率為0.5%,如做模內貼標模具,因產品表面覆蓋一層聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜,兩者顯然熱收縮率不同。模內貼標注塑模具成型產品的縮水率較普通模具小些,取0.3%比較合適。因為,注射成型時塑膠底材被片材包裹,對塑膠的收縮起到了阻礙作用。為減少成型中振動、變形等問題,模具制造常選用高剛性金屬材料,如H-13,但成本要高于標準模具的20%,也可采用適合的加強筋和模板厚度提高模具剛性。
1.2.3 機械手
在整個生產中,機械手也起到了很重要的作用,機械手在放置標簽時要確保標簽被放于正確的位置,以避免產品出現重標。其中自動化機械手與注塑機信號通訊的協調一致性及電氣連鎖安全保護功能尤其重要,關系到模具和機械手安全和整個生產線的效率。同時模內貼標工藝要求機械手將標簽嵌入模具的準確率大約在(土0.2)mm以內,還要求運行精度高、穩定性好。
1.2.4 注塑設備
注塑設備在模內貼標生產中起到了至關重要的作用。由于貼標系統是一個全自動化的系統,它對成型設備的要求是注射速度快、成型周期短、注射壓力高、開模行程要大,以及生產要穩定,其中尤以注塑機的精確性和穩定性、短的生產周期和低磨損率最為重要。如機器穩定性不好,就會使開模位置精確度下降,從而造成不良品增多。由于模內貼標容器的壁厚一般為1.0 mm以下,因此對注塑機的最低要求是注射速度達到450 mm/s,同時注射壓力達到300 MPa。
注塑機一般采用伺服閉環控制,提高控制精度,同時增加蓄能器提高注射速度。模板的開合必須快而穩定,采用比例閥進行開合模,可發揮制動功能;另外,高剛性的機架亦對制動有幫助,模板變形會直接影響模腔厚度,若成品厚度為0.50 mm,模板變形就要控制在0.05 mm以下。2模內貼標產品常見問題及改善措施
2.1 產品變形
選擇標紙材質收縮比對生產工藝起了重要的作用。標簽紙材質收縮比例材料不同,產品會受影響而變形(瓶身鼓起兩邊凹進)。目前模內標簽材料市場上所用的材料在遇熱后收縮是多數塑料薄膜的特性,但不同薄膜的收縮率都不同,塑料瓶身在冷卻時亦會發生收縮,當收縮率不同于瓶身收縮率時,瓶身會發生變形。為解決產品變形,產品的平均厚度一般要求小于1.2 ram(包括標簽厚度),且盡量做到壁厚均勻。另外通過調節注射成型工藝和優化模具結構設計,也可以有效解決產品變形問題。
2.2 氣泡
模具設計結構不合理,在生產過程中易造成產品形狀變化、變形、鼓起、排氣不良導致貼標過程中出現氣泡。圓形的瓶身,有臺階的瓶身等不合理的瓶型設計及熱燙金導致的標簽凸凹不平是出現氣泡的主要原因。燙金加熱不平易產生氣泡,模內標簽可采用冷熱2種燙金技術。為避免模內標簽材料出現凸凹變形,排氣不好產生氣泡,在客戶接受其視覺效果前提下,推薦使用冷燙金技術,如果加工時的溫度較低,熱熔膠粘劑很快就與熔融的塑料型坯固化在一起,揮發出的氣體會無法順利排除而形成氣泡。
2.3 貼標問題
在貼標時人模塑料溫度、注塑壓力、冷卻溫度等幾方面要嚴格控制,如果控制不好會出現標紙和瓶身脫離的現象。貼標時出現的問題有以下幾方面。
(1) 重標。2張或幾張標紙同時粘在瓶上,這樣情況很少見,但可以導致歪標、掉標等現象出現。機械手以真空吸附的方式來吸附標簽,真空吸力過大或標簽間的摩擦因數過大都是造成多張或雙張的主要原因。調節機械手的真空吸力、有效消除靜電是解決重標問題的有效方法。
(2) 掉標。在機械手運送標簽過程中,在中途脫離吸盤就掉下來,根本就沒送到模腔內或由于真空吸附力不強,從模腔中掉出。
    (3)缺標。正常開機,正反面無標簽,主要是氣壓和掉標問題導致這種問題產生。解決上述問題首先是貼標機械手的選擇,不同廠家生產的用于模內貼機械手的貼標精度準確率是有區別的,應該多方比較,選擇質量好的產品;其次是標簽的選擇,不同的模內標簽生產的標簽質量也是有所區別。一般來說,挺度好、靜電少的模內標簽有助于標簽粘合的準確;此外操作工藝等因素的影響也不容忽視;最后在廢品處理方面,不能采用一般的方法,由于標簽與瓶身的材質相同,在生產過程中經過一次成型,標紙和瓶身已經完全融合在一起,要先刮去印在標簽紙上的油墨,不是刮去整個標簽,然后進行粉碎處理,最后加在瓶的內層中,達到再生、環保作用。
2.4 耐刮劃和耐摩擦
模內貼標產品的耐刮劃和耐摩擦要求因其應用領域而不同,如應用在手機顯示屏和筆記本外殼要求就比較高。解決產品刮傷的方法,除了對成型過程工藝控制之外,提高薄膜表面硬化層和薄膜材料與塑料基材的配合。
2.5 其他問題
除了上述外,模內貼標還有其他常見問題,如產品變色、沖墨、收邊不良、沖切不良、包邊和裂紋等問題。這些不僅與標簽質量有關(如沖墨現象就與標簽油墨調配相關),而且與成型工藝及模具設計都有很大關系,因此上述問題需要依據具體情況解決。
3 應用
模內貼標工藝在歐、美、日發展多年,早已被成熟地應用在各類產品上。在歐美容器標簽中采用模內標簽的比例約在12%以上。模內貼標容器在世界上大體可分為兩大系統:在北美液體洗滌劑、衣物柔順劑、個人護理和護發品類主要使用吹塑技術成型;而在歐洲冰淇淋、人造黃油和黃油類主要使用注塑技術成型,模內貼標油漆桶也在歐洲得到使用。技術發展也有了很大突破,可以進行計算機模擬分析成型過程。模內裝飾(FMC)結合成型(Forming)與射出(Molding)2種制程,不同于傳統射出或嵌入射出,可連接2個不同制程分析,得到更可靠的預測結果,使得標簽和成型制品性能更好。
最近幾年,注塑模內貼標工藝也開始在國內使用,由于其工藝裝備及技術比吹塑模內貼標復雜,技術裝備幾乎全部依賴進口,投資過大,限制了在國內的推廣應用。目前在國內使用模內貼標容器的廠家主要是境內的跨國公司和大型私營企業,形成了北方模內貼標市場以潤滑油行業為主,南方模內貼標市場以日用化學品行業為主的格局。總的來說,模內貼標工藝在我國還是一個很新的概念和技術,其發展尚處于剛起步階段,還未進入大規模應用階段,尚有很多領域等待開發。
4 結語
模內貼標是一項很有潛力的新型貼標技術,在歐美一些國家已經風行多年,廣泛應用于通訊產品、家用電器、醫療器材和汽車儀表盤等行業。在設計模內貼標產品時,既要考慮到裝飾工藝的要求,也要運用注塑模具和產品設計的知識,充分掌握其影響因素。國內出現模內貼標只有短短幾年,隨著貼標技術的發展,標簽材料價格的下降,模內貼標近年來已得到一定的發展,得到越來越多業內人士及終端消費者的青睞。