模內(nèi)貼標注塑模具的設計及成型要點

黃朝華，孫 筱

模內(nèi)貼標注塑模具的設計及成型要點

黃朝華，孫 筱

（新疆工程學院機械工程系，新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市 830091）

綜述了模內(nèi)帖標（IML）技術的基本原理，并對IML注塑模具的制品結(jié)構(gòu)、模具分型面、澆口等設計與普通注塑模具的設計進行了對比。結(jié)果表明：用IML注塑模具生產(chǎn)的制品要求脫模角度更大，外輪廓圓角半徑至少0.2 mm，制品收縮率相對較小，取0.3%為宜；為防止注射時將標簽上的油墨沖開，IML注塑模具的澆口處進料采用潛伏式；標簽拾取主要采用靜電吸附，并選擇與制品收縮率相近的標簽材料。最后總結(jié)了IML注塑模具的成型要點，并給出了成型標簽的技術要求。

模內(nèi)貼標 注塑成型 模具設計 標簽

隨著人們生活水平的提高，要求容器包裝更加精美與環(huán)保。模內(nèi)貼標（IML）技術是一種高效率的生產(chǎn)技術，將標簽先放置在模具中，并在注射成型時，將塑膠原料與標簽一體成型，避免了復雜的二次加工過程[1-2]。IML技術在多色印刷領域應用廣泛，其印刷效果優(yōu)于不干膠標簽，彩色圖文如同直接印刷在容器表面上，印刷顏色可達12色，適合再現(xiàn)畫面細膩，層次豐富的圖案色彩。用IML技術生產(chǎn)的制品品質(zhì)佳，表面光滑無縫，手感極佳，且能提高制品檔次，烘托制品價值。IML技術不僅生產(chǎn)效率高，能有效降低生產(chǎn)成本，而且具有一定的防偽作用[3-4]。

IML系統(tǒng)由注塑成型機、模具、自動化機械手及標簽組成，要求各設備具有良好的相互匹配性，才能順利完成IML的整個過程[5]。目前，IML系統(tǒng)采用的機械手主要是側(cè)取式。機械手先從IML系統(tǒng)中取出標簽等待信號指令，成型制品冷卻開模后，機械手沿模具開模方向垂直進入模具放置標簽，同時取出已成型制品，然后模具閉合。

1　IML模具設計及成型要點

模具設計的好壞與制品產(chǎn)量、質(zhì)量直接相關，在IML系統(tǒng)的總投資中，模具所占比例很大。采用IML技術能加工平面、曲面、包邊及復雜三維圖案立體成型，還可以制作按鍵制品，并可將集成芯片鑲嵌在塑料制品里。注塑成型前，需對材料進行預熱處理，不僅減少了注射成型時油墨飛濺，還可改善制品與標簽的黏合，避免注塑制品和標簽之間產(chǎn)生氣泡導致透明度下降。

1.1制品結(jié)構(gòu)設計

設計IML注塑模具時，應注意制品結(jié)構(gòu)是否合理，制品厚度應大于1.0 mm，制品結(jié)構(gòu)示意見圖1，設計參數(shù)見表1。

圖1　通用塑料制品的結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Structure schematic of general plastic product

表1　制品結(jié)構(gòu)設計參數(shù)Tab.1 Design parameters of the product structure

IML注塑模具的α比普通模具大，脫模更順利。對于圓角的設計，IML注塑模具的成形美觀性與普通注塑件相似，注塑件不能有尖銳的外觀，制品的外輪廓必須有一個圓角（R至少為0.2 mm）。

1.2制品縮水

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的縮水率一般為0.5%，使用IML模具時，由于制品表面要覆蓋一層不同材料的薄膜，因而其縮水率相對較小。根據(jù)材料性能，通常設計要求收縮率取0.3%為宜。這是因為注塑時塑膠底材被片材包裹，對塑膠的收縮起到了阻礙作用。

1.3分型面及碰穿面

對于分型面的設計，普通注塑模具直接從膠位邊拉出，而IML模具是繼續(xù)向下拉出3.0～5.0 mm，α在2°以上，再順延作分型面，從而形成擦穿的分型面。因為標簽形狀與型腔不完全一致，比型腔邊小0.02 mm。無論用機械還是手工將標簽放入模具型腔內(nèi)，都會有一定誤差，而擦穿分型面（見圖2）可以把標簽罩住，起到很好的定位作用。

圖2　典型IML模具的分型面Fig.2 Mold joint of typical IML mould

在模具型腔中，標簽的定位非常重要。對于IML模具的碰穿面，定模插兩根鑲針到動模，標簽上留些余料，并在對應模具上做兩個定位孔。在定模放入標簽時，標簽固定到鑲針上，從而可把標簽定位在定模腔內(nèi)。模具合模時，碰穿面變?yōu)椴链┟?，定模就像刀具一樣把標簽多余的定位料切除?/p>

1.4澆口

對于IML模具澆口的設計，分型面處一般采用潛伏式進料，因為在分型面處一般都有標簽，直接進膠會把標簽沖開，導致標簽被沖起皺，使制品在澆口四周出現(xiàn)氣紋，印刷的圖案也會被沖開。IML模具的澆口一般為多澆口進料，主要是由于模具澆口處塑料熔體射入溫度高、速度快，容易破壞薄膜，而多個澆口的設計，能夠降低注射壓力，避免薄膜、油墨被熱熔體沖散、破壞。澆口要設計在沒有標簽的地方，或至少距標簽20.0 mm。澆口的形式一般采用頂針潛澆口的方式，或牛角潛澆口的方式。同時，IML模具的澆口比普通模具澆口寬，避免了注射時將標簽上油墨沖開的現(xiàn)象。另外模具設計中還應考慮冷卻系統(tǒng)的布局，排氣系統(tǒng)的位置，并制定合理的注塑工藝。

1.5排氣系統(tǒng)

為使IML模具型腔中的氣體排出順暢，IML模具的排氣槽比普通模具深。因為標簽會阻塞排氣槽，排氣不暢會導致注射不滿等缺陷，將嚴重影響制品質(zhì)量；同時型芯和型腔盡量用多個鑲件拼起來，利用鑲件與鑲件組裝的間隙排氣。

1.6模具中標簽定位

IML生產(chǎn)系統(tǒng)最重要的是將標簽放置在注塑模具內(nèi)合適位置。在眾多IML生產(chǎn)系統(tǒng)中，標簽拾取主要有真空吸附和靜電吸附[6-7]。真空吸附的步驟是：機械手抓取標簽后，放到經(jīng)特殊設計和加工的模具中，開啟真空，即可合模生產(chǎn)。在進行復雜形狀制品的預制卷標時，或當塑料制品和標簽表面都有對應紋理的需要時，使用真空吸附具有特別的優(yōu)勢。真空吸附的不足包括：1）模具要經(jīng)過專門設計和加工，需要安裝氣閥，增加模具的成本。2）如果標簽硬度不夠，經(jīng)真空吸附，會導致制品表面圖像變形。3）真空通道會導致模具內(nèi)溫度不均勻，將影響模具壽命。

靜電吸附的步驟是：機械手抓取標簽后，靠近模具表面時，在卷標上加上靜電荷，則卷標會被靜電吸引到接地模具金屬面，放置好標簽后等待注塑成型。靜電吸附的特點是：1）因每一制品均須有專用的模芯，且外圍須配合調(diào)整，故為包裝經(jīng)濟性，適合大量生產(chǎn)的制品。2）因厚度、卷曲度和表面紋理會影響模具的附著力，故卷標應為合適的材料和結(jié)構(gòu)，其表面須是良好的絕緣體，以接受和保持靜電荷?？偟膩碚f，靜電吸附是一種可靠、經(jīng)濟、高效的方法，可以代替真空吸附。使用靜電吸附，一般會選用與制品收縮率接近的材料。

2　標簽

標簽質(zhì)量的好壞直接關系到制品質(zhì)量，對標簽影響最重要的就是印刷。如果標簽的著墨性不好，容易造成油墨污染模具，從而導致制品質(zhì)量差。標簽大致可分為底材、連接層、黏膠層，注塑完成后，標簽和塑料融為一體，底材在最外面，底材表面一般經(jīng)過硬化處理。

注塑成型過程中，標簽邊緣平整度較差，所以在制品的設計上將標簽邊緣用塑膠件包住。不同底材的標簽性能差別較大，尤其對于成型溫度影響較大，常用底材性能見表2。

表2　常用底材性能Tab.2 Properties of common substrate

2.1片材材質(zhì)

片材材質(zhì)一般為PET，聚碳酸酯，PMMA，其中，PET的成型性、可加工性優(yōu)良，表面光澤度、耐磨性也能滿足要求，因而被廣泛應用，而0.125 mm厚的PET片材銷量最大。片材熱定型時，溫度控制是關鍵，否則易變形，造成高廢品率。通常熱定型機上下模都有加熱板，便于在熱定型時保持溫度恒定。使用移動式加熱板，對片材進行預熱，使片材變軟后，再合模進行熱定型處理。片材尺寸要比最終制品尺寸單邊小0.020～0.030 mm，這樣就可以將片材完全伸展地置入模具型腔內(nèi)。

2.2油墨

標簽上的油墨對模內(nèi)標簽也很重要，選用油墨時，根據(jù)制品使用要求，從油墨的附著力、耐刮擦性、耐化學藥品腐蝕性等方面進行考慮：1）油墨與片材需要有良好的附著力；2）注塑成型時，油墨與注塑件直接接觸，因此油墨必須耐高溫；3）耐候性和穩(wěn)定性好，在使用中不隨溫度等變化發(fā)生變質(zhì)、褪色。

3　結(jié)語

IML技術屬于模內(nèi)裝飾技術，可使制品達到集裝飾性與功能性于一體的效果。采用IML技術能加工平面、曲面、包邊及復雜三維圖案立體成型，還可制作按鍵制品，并可將集成芯片鑲嵌在塑料制品里。IML技術中模具設計的好壞直接關系到制品產(chǎn)量、質(zhì)量及壽命。隨著IML技術在智能汽車內(nèi)飾、智能家居、機器人等領域的發(fā)展，其對應的模具也將越來越智能化。

[1] 王權,瞿金平,譚樹發(fā). 影響注塑模內(nèi)貼標成型因素及產(chǎn)品設計探討[J].現(xiàn)代塑料加工應用，2008，20（5）：48-51.

[2] 吳松琪，劉斌. 塑件表面模內(nèi)裝飾技術應用現(xiàn)狀分析[J]. 塑料工業(yè)，2015，43（1）：10-14.

[3] 劉斌,余磊.注塑制品表面模內(nèi)裝飾工藝的質(zhì)量分析與對策[J].工程塑料應用，2011，39（2）：34-38.

[4] Martinez A, Castany J, Aisa J. Characterization of in-mold decoration process and influence of the fabric characteristics in this process[J]. Materials and Manufacturing Processes，2011, 26：1164-1172.

[5] 馬紅，王雷剛，黃瑤. 模內(nèi)裝飾技術應用進展[J]. 模具技術，2010（6）：56-60.

[6] 楊劍萍,華麗霞. 模內(nèi)貼標成型工藝及其產(chǎn)品設計[J].塑料工業(yè)，2007，35（10）：29-3l.

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Design and molding of injection mould for in-mold labeling

Huang Chaohua, Sun Xiao
（Xinjiang Institute of Engineering, Urumqi 830091,China）

The basic mechanism of in-mold labeling（IML） technology was summarized, and the designs of product structure, mold joint, spur, etc. of the injection mould were also compared with those of general injection mould. The results indicate that the product prepared with IML injection mould has larger draft angle and the fillet radius of the outer profile is at least 0.2 mm，and the shrinkage rate of the product is smaller than 0.3%. The feeding method in the spur of IML injection mould is submarine to prevent bursting through the ink on the label when injecting. The pickup method of the label takes electrostatic adsorption. The label material and the product should have similar shrinkage rate. Finally, the molding emphases of the IML injection mould is summarized and the technical requirements for molding the label is determined.

in-mold labeling；injection mould；molding design；label

TQ 320.662

B

1002-1396（2015）06-0059-03

2015-05-27；

2015-08-26。

黃朝華，男，1970年生，碩士，現(xiàn)主要從事機械結(jié)構(gòu)研究工作。E-mail：1621710338@qq.com；聯(lián)系電話：18290861598。

新疆維吾爾自治區(qū)2013年科技援疆項目（2013911035）。