影響注塑模內(nèi)貼標(biāo)成型因素及產(chǎn)品設(shè)計(jì)探討

2013-05-18 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-www.br5w05v.cn 來源:仿真在線

來源:萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:模內(nèi)貼標(biāo) 注塑成型油墨模具設(shè)計(jì) 模內(nèi)貼標(biāo)是什么
簡(jiǎn)介了注塑模內(nèi)貼標(biāo)成型原理、工藝和應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì),根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品的應(yīng)用案例分析了注塑模內(nèi)貼標(biāo)在塑料產(chǎn)品成型過程中的影響因素和工藝要點(diǎn),提出了模內(nèi)貼標(biāo)塑料模具的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的一般原則,分析了模內(nèi)貼標(biāo)產(chǎn)品的常見缺陷,并給出了改善措施。

人們以往對(duì)產(chǎn)品的要求重點(diǎn)放在功能上,隨著生活水平的提高,消費(fèi)市場(chǎng)也逐漸向高品質(zhì)
發(fā)展,消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的外觀甚至質(zhì)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(dá)容器內(nèi)所盛物品的功能、成分、制造商、保質(zhì)期、商標(biāo)及廣告語等標(biāo)貼在制作流程上是分開的,即首先制成產(chǎn)品,再在外觀上進(jìn)行加工,常見的方法有網(wǎng)印刷、熱轉(zhuǎn)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(fù)雜,也因額外的工序所需要的機(jī)器、人工及工作時(shí)間,使產(chǎn)品的生產(chǎn)成本提高.
隨著注塑成型設(shè)備自動(dòng)化程度的提高,一種新型的模內(nèi)標(biāo)貼(IML)技術(shù)正在國內(nèi)外流行。
模內(nèi)貼標(biāo)產(chǎn)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(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保、增強(qiáng)防偽等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而被業(yè)內(nèi)普遍看好。下面主要介紹注塑模內(nèi)貼標(biāo)的工藝、模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)及成型薄壁外殼制品常見缺陷和改善方法。
    1 模內(nèi)貼標(biāo)成型工藝及影響因素
    1.1 成型工藝
模內(nèi)貼標(biāo)有2種貼標(biāo)成型方式:吹塑成型和注射成型。對(duì)注射成型模內(nèi)貼標(biāo)而言,自動(dòng)化機(jī)械手將標(biāo)簽貼附在模具內(nèi)壁上,合模后注射充模,借助樹脂高溫熔化模內(nèi)標(biāo)簽背面熱熔粘合樹脂,從而使標(biāo)簽和容器融為一體,歐洲80%的模內(nèi)貼標(biāo)是通過注射成型的。
    1.2 模內(nèi)貼標(biāo)影響因素
在模內(nèi)貼標(biāo)這一技術(shù)中,主要的影響因素包括標(biāo)簽、模具、機(jī)械手、成型設(shè)備,其中最重要的當(dāng)屬注塑生產(chǎn)設(shè)備。
    1.2.1 標(biāo)簽
標(biāo)簽在生產(chǎn)中是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié),標(biāo)簽的好壞直接關(guān)系到了產(chǎn)品的質(zhì)量,對(duì)標(biāo)簽影響最重要的就是印刷了,如果標(biāo)簽的著墨性不好,容易造成油墨對(duì)模具的污染,從而導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量不良。
(1)組成。標(biāo)簽大致可分為3層,片材(一般為聚對(duì)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(dāng)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(jīng)過硬化。
(2) 片材成型。片材是模內(nèi)貼標(biāo)模具成敗的關(guān)鍵,一般片材的材質(zhì)為對(duì)苯二甲酸乙二醇酯,也有有機(jī)玻璃(PMMA)、聚碳酸酯。但聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的成型及加工都較優(yōu)良,表面光澤度、耐磨性也能達(dá)到客戶要求,因此應(yīng)用廣泛,厚度125μm的對(duì)苯二甲酸乙二醇酯片材最為常用。在片材熱定型環(huán)節(jié),溫度控制很重要,否則易變形,廢品率高。熱定型機(jī)的上、下模都有加熱板,在工作期間保持恒定的溫度。移動(dòng)式加熱板在放入片材后,移動(dòng)片材頂部對(duì)片材進(jìn)行預(yù)熱,使其變軟,才可合模進(jìn)行熱定型處理。片材尺寸要比最終部件尺寸小一點(diǎn),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(nèi)容易,而且能完全伸展開來。
(3)油墨。油墨對(duì)模內(nèi)標(biāo)簽也很重要,在選用油墨之前,應(yīng)根據(jù)最終應(yīng)用的要求,對(duì)油墨在標(biāo)簽材料上的附著力、耐刮擦性、抗化學(xué)性等性能進(jìn)行測(cè)試。首先必須保證良好的印刷適應(yīng)性,其次滿足各階段(印刷、貼標(biāo)和最后使用)的性能要求,最后要求成本低、環(huán)保。標(biāo)簽對(duì)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(qiáng)度,比較適合模內(nèi)標(biāo)簽。注射成型用的標(biāo)簽由于注射成型時(shí)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(biāo)簽與瓶體間的空氣。注射成型用的標(biāo)簽在模具中一般采用靜電吸標(biāo)工藝,因?yàn)樽⑸涑尚蜁r(shí)產(chǎn)生的壓力很大,如果采用真空吸標(biāo)工藝,標(biāo)簽將會(huì)被擊穿,從而影響生產(chǎn)的連續(xù)性。
1.2.2 模具
模具設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量及壽命,因?yàn)槟＞咴谡麄€(gè)IML的投資中占據(jù)了很大的一部分。
(1) 薄膜成型模具設(shè)計(jì)。成型模具尺寸設(shè)計(jì)公式:陽模成型配母模注塑或陰模成型配公模注塑時(shí)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(shí)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(dāng)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(shè)計(jì)。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(nèi)貼標(biāo)模具,因產(chǎn)品表面覆蓋一層聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜,兩者顯然熱收縮率不同。模內(nèi)貼標(biāo)注塑模具成型產(chǎn)品的縮水率較普通模具小些,取0.3%比較合適。因?yàn)?注射成型時(shí)塑膠底材被片材包裹,對(duì)塑膠的收縮起到了阻礙作用。為減少成型中振動(dòng)、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(biāo)準(zhǔn)模具的20%,也可采用適合的加強(qiáng)筋和模板厚度提高模具剛性。
1.2.3 機(jī)械手
在整個(gè)生產(chǎn)中,機(jī)械手也起到了很重要的作用,機(jī)械手在放置標(biāo)簽時(shí)要確保標(biāo)簽被放于正確的位置,以避免產(chǎn)品出現(xiàn)重標(biāo)。其中自動(dòng)化機(jī)械手與注塑機(jī)信號(hào)通訊的協(xié)調(diào)一致性及電氣連鎖安全保護(hù)功能尤其重要,關(guān)系到模具和機(jī)械手安全和整個(gè)生產(chǎn)線的效率。同時(shí)模內(nèi)貼標(biāo)工藝要求機(jī)械手將標(biāo)簽嵌入模具的準(zhǔn)確率大約在(土0.2)mm以內(nèi),還要求運(yùn)行精度高、穩(wěn)定性好。
1.2.4 注塑設(shè)備
注塑設(shè)備在模內(nèi)貼標(biāo)生產(chǎn)中起到了至關(guān)重要的作用。由于貼標(biāo)系統(tǒng)是一個(gè)全自動(dòng)化的系統(tǒng),它對(duì)成型設(shè)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(chǎn)要穩(wěn)定,其中尤以注塑機(jī)的精確性和穩(wěn)定性、短的生產(chǎn)周期和低磨損率最為重要。如機(jī)器穩(wěn)定性不好,就會(huì)使開模位置精確度下降,從而造成不良品增多。由于模內(nèi)貼標(biāo)容器的壁厚一般為1.0 mm以下,因此對(duì)注塑機(jī)的最低要求是注射速度達(dá)到450 mm/s,同時(shí)注射壓力達(dá)到300 MPa。
注塑機(jī)一般采用伺服閉環(huán)控制,提高控制精度,同時(shí)增加蓄能器提高注射速度。模板的開合必須快而穩(wěn)定,采用比例閥進(jìn)行開合模,可發(fā)揮制動(dòng)功能;另外,高剛性的機(jī)架亦對(duì)制動(dòng)有幫助,模板變形會(huì)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(nèi)貼標(biāo)產(chǎn)品常見問題及改善措施
2.1 產(chǎn)品變形
選擇標(biāo)紙材質(zhì)收縮比對(duì)生產(chǎn)工藝起了重要的作用。標(biāo)簽紙材質(zhì)收縮比例材料不同,產(chǎn)品會(huì)受影響而變形(瓶身鼓起兩邊凹進(jìn))。目前模內(nèi)標(biāo)簽材料市場(chǎng)上所用的材料在遇熱后收縮是多數(shù)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(shí)亦會(huì)發(fā)生收縮,當(dāng)收縮率不同于瓶身收縮率時(shí),瓶身會(huì)發(fā)生變形。為解決產(chǎn)品變形,產(chǎn)品的平均厚度一般要求小于1.2 ram(包括標(biāo)簽厚度),且盡量做到壁厚均勻。另外通過調(diào)節(jié)注射成型工藝和優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),也可以有效解決產(chǎn)品變形問題。
2.2 氣泡
模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理,在生產(chǎn)過程中易造成產(chǎn)品形狀變化、變形、鼓起、排氣不良導(dǎo)致貼標(biāo)過程中出現(xiàn)氣泡。圓形的瓶身,有臺(tái)階的瓶身等不合理的瓶型設(shè)計(jì)及熱燙金導(dǎo)致的標(biāo)簽凸凹不平是出現(xiàn)氣泡的主要原因。燙金加熱不平易產(chǎn)生氣泡,模內(nèi)標(biāo)簽可采用冷熱2種燙金技術(shù)。為避免模內(nèi)標(biāo)簽材料出現(xiàn)凸凹變形,排氣不好產(chǎn)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(shù),如果加工時(shí)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(fā)出的氣體會(huì)無法順利排除而形成氣泡。
2.3 貼標(biāo)問題
在貼標(biāo)時(shí)人模塑料溫度、注塑壓力、冷卻溫度等幾方面要嚴(yán)格控制,如果控制不好會(huì)出現(xiàn)標(biāo)紙和瓶身脫離的現(xiàn)象。貼標(biāo)時(shí)出現(xiàn)的問題有以下幾方面。
(1) 重標(biāo)。2張或幾張標(biāo)紙同時(shí)粘在瓶上,這樣情況很少見,但可以導(dǎo)致歪標(biāo)、掉標(biāo)等現(xiàn)象出現(xiàn)。機(jī)械手以真空吸附的方式來吸附標(biāo)簽,真空吸力過大或標(biāo)簽間的摩擦因數(shù)過大都是造成多張或雙張的主要原因。調(diào)節(jié)機(jī)械手的真空吸力、有效消除靜電是解決重標(biāo)問題的有效方法。
(2) 掉標(biāo)。在機(jī)械手運(yùn)送標(biāo)簽過程中,在中途脫離吸盤就掉下來,根本就沒送到模腔內(nèi)或由于真空吸附力不強(qiáng),從模腔中掉出。
    (3)缺標(biāo)。正常開機(jī),正反面無標(biāo)簽,主要是氣壓和掉標(biāo)問題導(dǎo)致這種問題產(chǎn)生。解決上述問題首先是貼標(biāo)機(jī)械手的選擇,不同廠家生產(chǎn)的用于模內(nèi)貼機(jī)械手的貼標(biāo)精度準(zhǔn)確率是有區(qū)別的,應(yīng)該多方比較,選擇質(zhì)量好的產(chǎn)品;其次是標(biāo)簽的選擇,不同的模內(nèi)標(biāo)簽生產(chǎn)的標(biāo)簽質(zhì)量也是有所區(qū)別。一般來說,挺度好、靜電少的模內(nèi)標(biāo)簽有助于標(biāo)簽粘合的準(zhǔn)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(biāo)簽與瓶身的材質(zhì)相同,在生產(chǎn)過程中經(jīng)過一次成型,標(biāo)紙和瓶身已經(jīng)完全融合在一起,要先刮去印在標(biāo)簽紙上的油墨,不是刮去整個(gè)標(biāo)簽,然后進(jìn)行粉碎處理,最后加在瓶的內(nèi)層中,達(dá)到再生、環(huán)保作用。
2.4 耐刮劃和耐摩擦
模內(nèi)貼標(biāo)產(chǎn)品的耐刮劃和耐摩擦要求因其應(yīng)用領(lǐng)域而不同,如應(yīng)用在手機(jī)顯示屏和筆記本外殼要求就比較高。解決產(chǎn)品刮傷的方法,除了對(duì)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(nèi)貼標(biāo)還有其他常見問題,如產(chǎn)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(biāo)簽質(zhì)量有關(guān)(如沖墨現(xiàn)象就與標(biāo)簽油墨調(diào)配相關(guān)),而且與成型工藝及模具設(shè)計(jì)都有很大關(guān)系,因此上述問題需要依據(jù)具體情況解決。
3 應(yīng)用
模內(nèi)貼標(biāo)工藝在歐、美、日發(fā)展多年,早已被成熟地應(yīng)用在各類產(chǎn)品上。在歐美容器標(biāo)簽中采用模內(nèi)標(biāo)簽的比例約在12%以上。模內(nèi)貼標(biāo)容器在世界上大體可分為兩大系統(tǒng):在北美液體洗滌劑、衣物柔順劑、個(gè)人護(hù)理和護(hù)發(fā)品類主要使用吹塑技術(shù)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(shù)成型,模內(nèi)貼標(biāo)油漆桶也在歐洲得到使用。技術(shù)發(fā)展也有了很大突破,可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬分析成型過程。模內(nèi)裝飾(FMC)結(jié)合成型(Forming)與射出(Molding)2種制程,不同于傳統(tǒng)射出或嵌入射出,可連接2個(gè)不同制程分析,得到更可靠的預(yù)測(cè)結(jié)果,使得標(biāo)簽和成型制品性能更好。
最近幾年,注塑模內(nèi)貼標(biāo)工藝也開始在國內(nèi)使用,由于其工藝裝備及技術(shù)比吹塑模內(nèi)貼標(biāo)復(fù)雜,技術(shù)裝備幾乎全部依賴進(jìn)口,投資過大,限制了在國內(nèi)的推廣應(yīng)用。目前在國內(nèi)使用模內(nèi)貼標(biāo)容器的廠家主要是境內(nèi)的跨國公司和大型私營企業(yè),形成了北方模內(nèi)貼標(biāo)市場(chǎng)以潤滑油行業(yè)為主,南方模內(nèi)貼標(biāo)市場(chǎng)以日用化學(xué)品行業(yè)為主的格局?？偟膩碚f,模內(nèi)貼標(biāo)工藝在我國還是一個(gè)很新的概念和技術(shù),其發(fā)展尚處于剛起步階段,還未進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段,尚有很多領(lǐng)域等待開發(fā)。
4 結(jié)語
模內(nèi)貼標(biāo)是一項(xiàng)很有潛力的新型貼標(biāo)技術(shù),在歐美一些國家已經(jīng)風(fēng)行多年,廣泛應(yīng)用于通訊產(chǎn)品、家用電器、醫(yī)療器材和汽車儀表盤等行業(yè)。在設(shè)計(jì)模內(nèi)貼標(biāo)產(chǎn)品時(shí),既要考慮到裝飾工藝的要求,也要運(yùn)用注塑模具和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的知識(shí),充分掌握其影響因素。國內(nèi)出現(xiàn)模內(nèi)貼標(biāo)只有短短幾年,隨著貼標(biāo)技術(shù)的發(fā)展,標(biāo)簽材料價(jià)格的下降,模內(nèi)貼標(biāo)近年來已得到一定的發(fā)展,得到越來越多業(yè)內(nèi)人士及終端消費(fèi)者的青睞。