影响注塑模内贴标成型因素及产品设计探讨

2013-05-18 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

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关键字:模内贴标注塑成型油墨模具设计模内贴标是什么
简介了注塑模内贴标成型原理、工艺和应用发展趋势,根据实际产品的应用案例分析了注塑模内贴标在塑料产品成型过程中的影响因素和工艺要点,提出了模内贴标塑料模具的特点及其设计的一般原则,分析了模内贴标产品的常见缺陷,并给出了改善措施。

人们以往对产品的要求重点放在功能上,随着生活水平的提高,消费市场也逐渐向高品质
发展,消费者对产品的外观甚至质感有了更高要求,这就显得外观包装尤其重要。目前在包装容器类制品上表达容器内所盛物品的功能、成分、制造商、保质期、商标及广告语等标贴在制作流程上是分开的,即首先制成产品,再在外观上进行加工,常见的方法有网印刷、热转印、移印、真空电镀、涂装等,这些方法不仅在流程上加多了工序,使程序复杂,也因额外的工序所需要的机器、人工及工作时间,使产品的生产成本提高.
随着注塑成型设备自动化程度的提高,一种新型的模内标贴(IML)技术正在国内外流行。
模内贴标产品以清晰度高、立体感好、表面耐划伤、增加包装容器的美观性、提高经济效益、环保、增强防伪等方面具有独特优势而被业内普遍看好。下面主要介绍注塑模内贴标的工艺、模具设计要点及成型薄壁外壳制品常见缺陷和改善方法。
    1 模内贴标成型工艺及影响因素
    1.1 成型工艺
模内贴标有2种贴标成型方式:吹塑成型和注射成型。对注射成型模内贴标而言,自动化机械手将标签贴附在模具内壁上,合模后注射充模,借助树脂高温熔化模内标签背面热熔粘合树脂,从而使标签和容器融为一体,欧洲80%的模内贴标是通过注射成型的。
    1.2 模内贴标影响因素
在模内贴标这一技术中,主要的影响因素包括标签、模具、机械手、成型设备,其中最重要的当属注塑生产设备。
    1.2.1 标签
标签在生产中是一个非常重要的环节,标签的好坏直接关系到了产品的质量,对标签影响最重要的就是印刷了,如果标签的着墨性不好,容易造成油墨对模具的污染,从而导致产品的质量不良。
(1)组成。标签大致可分为3层,片材(一般为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯)、油墨、黏合剂(多为一种特殊的胶)。当注塑完成后,薄膜和塑料融为一体,片材在最外面,片材表面一般经过硬化。
(2) 片材成型。片材是模内贴标模具成败的关键,一般片材的材质为对苯二甲酸乙二醇酯,也有有机玻璃(PMMA)、聚碳酸酯。但聚对苯二甲酸乙二醇酯的成型及加工都较优良,表面光泽度、耐磨性也能达到客户要求,因此应用广泛,厚度125μm的对苯二甲酸乙二醇酯片材最为常用。在片材热定型环节,温度控制很重要,否则易变形,废品率高。热定型机的上、下模都有加热板,在工作期间保持恒定的温度。移动式加热板在放入片材后,移动片材顶部对片材进行预热,使其变软,才可合模进行热定型处理。片材尺寸要比最终部件尺寸小一点,一般片材尺寸比部件尺寸单边小0.02~0.03 mm,片材不仅置入型腔内容易,而且能完全伸展开来。
(3)油墨。油墨对模内标签也很重要,在选用油墨之前,应根据最终应用的要求,对油墨在标签材料上的附着力、耐刮擦性、抗化学性等性能进行测试。首先必须保证良好的印刷适应性,其次满足各阶段(印刷、贴标和最后使用)的性能要求,最后要求成本低、环保。标签对墨层的耐磨性要求更高,UV油墨同溶剂型的相比具有较高的墨层强度,比较适合模内标签。注射成型用的标签由于注射成型时需要的压力大,因此不需材料背面的压纹或磨砂表面便可排出标签与瓶体间的空气。注射成型用的标签在模具中一般采用静电吸标工艺,因为注射成型时产生的压力很大,如果采用真空吸标工艺,标签将会被击穿,从而影响生产的连续性。
1.2.2 模具
模具设计的好坏直接关系到产品的产量、质量及寿命,因为模具在整个IML的投资中占据了很大的一部分。
(1) 薄膜成型模具设计。成型模具尺寸设计公式:阳模成型配母模注塑或阴模成型配公模注塑时成型模具尺寸等于注塑模具尺寸、注塑模具60~80℃的热膨胀、薄膜收缩之和减去成型模具在工作温度下的热膨胀和薄膜厚度;阳模成型配公模注塑或阴模成型配母模注塑时成型模具尺寸等于注塑模具尺寸、注塑模具60~80℃热膨胀、薄膜收缩之和减去成型模具在工作温度下的热膨胀。当成型模具和注塑模具使用的是相同的材料并且在相类似的温度下工作,注塑模具60~80℃的热膨胀和成型模具在工作温度下的热膨胀可以相互抵消。成型后的薄膜圆角必须同注塑模具的圆角相匹配或薄膜稍小的圆角被伸展以匹配注塑模具圆角。
(2) 注塑模具设计。一般丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、PMMA的缩水率为0.5%,如做模内贴标模具,因产品表面覆盖一层聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜,两者显然热收缩率不同。模内贴标注塑模具成型产品的缩水率较普通模具小些,取0.3%比较合适。因为,注射成型时塑胶底材被片材包裹,对塑胶的收缩起到了阻碍作用。为减少成型中振动、变形等问题,模具制造常选用高刚性金属材料,如H-13,但成本要高于标准模具的20%,也可采用适合的加强筋和模板厚度提高模具刚性。
1.2.3 机械手
在整个生产中,机械手也起到了很重要的作用,机械手在放置标签时要确保标签被放于正确的位置,以避免产品出现重标。其中自动化机械手与注塑机信号通讯的协调一致性及电气连锁安全保护功能尤其重要,关系到模具和机械手安全和整个生产线的效率。同时模内贴标工艺要求机械手将标签嵌入模具的准确率大约在(土0.2)mm以内,还要求运行精度高、稳定性好。
1.2.4 注塑设备
注塑设备在模内贴标生产中起到了至关重要的作用。由于贴标系统是一个全自动化的系统,它对成型设备的要求是注射速度快、成型周期短、注射压力高、开模行程要大,以及生产要稳定,其中尤以注塑机的精确性和稳定性、短的生产周期和低磨损率最为重要。如机器稳定性不好,就会使开模位置精确度下降,从而造成不良品增多。由于模内贴标容器的壁厚一般为1.0 mm以下,因此对注塑机的最低要求是注射速度达到450 mm/s,同时注射压力达到300 MPa。
注塑机一般采用伺服闭环控制,提高控制精度,同时增加蓄能器提高注射速度。模板的开合必须快而稳定,采用比例阀进行开合模,可发挥制动功能;另外,高刚性的机架亦对制动有帮助,模板变形会直接影响模腔厚度,若成品厚度为0.50 mm,模板变形就要控制在0.05 mm以下。2模内贴标产品常见问题及改善措施
2.1 产品变形
选择标纸材质收缩比对生产工艺起了重要的作用。标签纸材质收缩比例材料不同,产品会受影响而变形(瓶身鼓起两边凹进)。目前模内标签材料市场上所用的材料在遇热后收缩是多数塑料薄膜的特性,但不同薄膜的收缩率都不同,塑料瓶身在冷却时亦会发生收缩,当收缩率不同于瓶身收缩率时,瓶身会发生变形。为解决产品变形,产品的平均厚度一般要求小于1.2 ram(包括标签厚度),且尽量做到壁厚均匀。另外通过调节注射成型工艺和优化模具结构设计,也可以有效解决产品变形问题。
2.2 气泡
模具设计结构不合理,在生产过程中易造成产品形状变化、变形、鼓起、排气不良导致贴标过程中出现气泡。圆形的瓶身,有台阶的瓶身等不合理的瓶型设计及热烫金导致的标签凸凹不平是出现气泡的主要原因。烫金加热不平易产生气泡,模内标签可采用冷热2种烫金技术。为避免模内标签材料出现凸凹变形,排气不好产生气泡,在客户接受其视觉效果前提下,推荐使用冷烫金技术,如果加工时的温度较低,热熔胶粘剂很快就与熔融的塑料型坯固化在一起,挥发出的气体会无法顺利排除而形成气泡。
2.3 贴标问题
在贴标时人模塑料温度、注塑压力、冷却温度等几方面要严格控制,如果控制不好会出现标纸和瓶身脱离的现象。贴标时出现的问题有以下几方面。
(1) 重标。2张或几张标纸同时粘在瓶上,这样情况很少见,但可以导致歪标、掉标等现象出现。机械手以真空吸附的方式来吸附标签,真空吸力过大或标签间的摩擦因数过大都是造成多张或双张的主要原因。调节机械手的真空吸力、有效消除静电是解决重标问题的有效方法。
(2) 掉标。在机械手运送标签过程中,在中途脱离吸盘就掉下来,根本就没送到模腔内或由于真空吸附力不强,从模腔中掉出。
    (3)缺标。正常开机,正反面无标签,主要是气压和掉标问题导致这种问题产生。解决上述问题首先是贴标机械手的选择,不同厂家生产的用于模内贴机械手的贴标精度准确率是有区别的,应该多方比较,选择质量好的产品;其次是标签的选择,不同的模内标签生产的标签质量也是有所区别。一般来说,挺度好、静电少的模内标签有助于标签粘合的准确;此外操作工艺等因素的影响也不容忽视;最后在废品处理方面,不能采用一般的方法,由于标签与瓶身的材质相同,在生产过程中经过一次成型,标纸和瓶身已经完全融合在一起,要先刮去印在标签纸上的油墨,不是刮去整个标签,然后进行粉碎处理,最后加在瓶的内层中,达到再生、环保作用。
2.4 耐刮划和耐摩擦
模内贴标产品的耐刮划和耐摩擦要求因其应用领域而不同,如应用在手机显示屏和笔记本外壳要求就比较高。解决产品刮伤的方法,除了对成型过程工艺控制之外,提高薄膜表面硬化层和薄膜材料与塑料基材的配合。
2.5 其他问题
除了上述外,模内贴标还有其他常见问题,如产品变色、冲墨、收边不良、冲切不良、包边和裂纹等问题。这些不仅与标签质量有关(如冲墨现象就与标签油墨调配相关),而且与成型工艺及模具设计都有很大关系,因此上述问题需要依据具体情况解决。
3 应用
模内贴标工艺在欧、美、日发展多年,早已被成熟地应用在各类产品上。在欧美容器标签中采用模内标签的比例约在12%以上。模内贴标容器在世界上大体可分为两大系统:在北美液体洗涤剂、衣物柔顺剂、个人护理和护发品类主要使用吹塑技术成型;而在欧洲冰淇淋、人造黄油和黄油类主要使用注塑技术成型,模内贴标油漆桶也在欧洲得到使用。技术发展也有了很大突破,可以进行计算机模拟分析成型过程。模内装饰(FMC)结合成型(Forming)与射出(Molding)2种制程,不同于传统射出或嵌入射出,可连接2个不同制程分析,得到更可靠的预测结果,使得标签和成型制品性能更好。
最近几年,注塑模内贴标工艺也开始在国内使用,由于其工艺装备及技术比吹塑模内贴标复杂,技术装备几乎全部依赖进口,投资过大,限制了在国内的推广应用。目前在国内使用模内贴标容器的厂家主要是境内的跨国公司和大型私营企业,形成了北方模内贴标市场以润滑油行业为主,南方模内贴标市场以日用化学品行业为主的格局。总的来说,模内贴标工艺在我国还是一个很新的概念和技术,其发展尚处于刚起步阶段,还未进入大规模应用阶段,尚有很多领域等待开发。
4 结语
模内贴标是一项很有潜力的新型贴标技术,在欧美一些国家已经风行多年,广泛应用于通讯产品、家用电器、医疗器材和汽车仪表盘等行业。在设计模内贴标产品时,既要考虑到装饰工艺的要求,也要运用注塑模具和产品设计的知识,充分掌握其影响因素。国内出现模内贴标只有短短几年,随着贴标技术的发展,标签材料价格的下降,模内贴标近年来已得到一定的发展,得到越来越多业内人士及终端消费者的青睐。