層壓溫度和時(shí)間對PVC卡剝離強(qiáng)度和外觀質(zhì)量的影響

趙貴彬

現(xiàn)代人的生活離不開卡，除了銀行卡，還有社?？ā⒐豢?、加油卡等。由于這些卡大多由PVC材質(zhì)制成，所以業(yè)內(nèi)將其統(tǒng)稱為PVC卡。普通的PVC卡由兩層片基及兩層透明膠膜組成，多采用UV膠印的方式進(jìn)行印刷，使卡片呈現(xiàn)出細(xì)膩的線條和豐富的層次。然而，大量應(yīng)用UV膠印油墨也會帶來諸多負(fù)面影響，比如墨層過厚、網(wǎng)點(diǎn)面積率過大時(shí)，會降低PVC卡的剝離強(qiáng)度。對此，制卡廠一般會采用覆蓋帶膠膜的方法來改善這一情況。帶膠膜是涂有聚氨酯膠層的PVC面膜，其膠層中分解的NCO活性基團(tuán)可與PVC卡進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)，提高PVC卡的剝離強(qiáng)度，改善PVC卡粘結(jié)力不足的情況。

本文通過PVC帶膠膜和PVC實(shí)地測試片基的層壓實(shí)驗(yàn)，模擬生產(chǎn)中的實(shí)際情況，通過調(diào)整層壓時(shí)間和層壓溫度，研究層壓溫度和層壓時(shí)間對PVC卡剝離強(qiáng)度和外觀質(zhì)量的影響。

實(shí)驗(yàn)部分

1.實(shí)驗(yàn)器材

四色UV膠印機(jī)、層壓機(jī)、模切機(jī)、拉力機(jī)、PVC白片基、PVC帶膠膜、UV膠印黑墨。

2.PVC實(shí)地測試片基的制作

采用實(shí)地印刷，實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度為（2 3±3）℃，相對濕度為40%～60%。

將PVC白片基裁切成140mm×140mm的尺寸，打開四色UV膠印機(jī)，對其各項(xiàng)性能進(jìn)行檢查，保證其處于正常工作狀態(tài)，并確保UV燈管與UV油墨的波長相匹配。準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)材料，將幾張PVC白片基夾入PVC壓力片基，注意PVC白片基的印刷面應(yīng)朝上。固定PS版，并用潤版液擦拭，然后給墨輥上墨。接著打開UV燈管，開機(jī)進(jìn)行試印，同時(shí)用密度計(jì)檢測實(shí)地密度并注意墨層的固化情況。待實(shí)地密度達(dá)到要求后，印制一定數(shù)量的PVC實(shí)地測試片基。

3.層壓實(shí)驗(yàn)

（1）PVC層壓覆膜參數(shù)

在層壓實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)層壓工藝的特性，設(shè)定3個(gè)工藝參數(shù)，分別是層壓溫度、層壓壓力以及層壓時(shí)間。通過固定2個(gè)工藝參數(shù)，改變另一個(gè)工藝參數(shù)的方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。用獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)工藝參數(shù)獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、分析，獲得實(shí)際工藝參數(shù)。

①PVC層壓覆膜標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)

本實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)工藝參數(shù)為：層壓時(shí)間為30min，其中熱壓、冷壓各15min；層壓溫度為熱壓溫度150℃，冷壓溫度（23±2）℃；層壓壓力為熱壓壓力10.0MPa，冷壓壓力10.5MPa。

②不同層壓時(shí)間下進(jìn)行剝離強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的PVC層壓覆膜參數(shù)

層壓熱壓溫度分別為120℃、150℃、170℃，熱壓壓力10.0MPa，冷壓壓力10.5MPa。將打樣后的PVC實(shí)地測試片基與PVC帶膠膜配料，分別按20min、30min、40min、50min、60min的層壓時(shí)間分別進(jìn)行層壓覆膜實(shí)驗(yàn)，并做好記錄。

③不同層壓溫度下進(jìn)行剝離強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的PVC層壓覆膜參數(shù)

層壓時(shí)間3 0 m i n，熱壓壓力10.0MPa，冷壓壓力10.5MPa。 將打樣后的PVC實(shí)地測試片基與PVC帶膠膜配料，分別按110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃的層壓溫度進(jìn)行層壓覆膜實(shí)驗(yàn)，并做好記錄。

（2）PVC層壓覆膜過程

①層壓前的準(zhǔn)備

把要層壓的PVC材料正確放入層壓托板內(nèi)。層壓材料放置順序?yàn)椋和邪?層壓墊-鋼板-PVC帶膠膜-PVC實(shí)地測試片基-PVC實(shí)地測試片基-PVC帶膠膜-鋼板-層壓墊-托板。

②熱壓過程

開啟層壓機(jī)，設(shè)定層壓溫度，熱壓單元上、下兩塊加熱（加壓）鐵板開始升溫。開啟空壓機(jī)，給層壓機(jī)提供氣源動力。當(dāng)層壓機(jī)加熱（加壓）鐵板溫度升至預(yù)設(shè)的層壓溫度后，熱壓單元進(jìn)入保溫狀態(tài)，將裝有PVC材料的層壓托板從工作窗放入層壓機(jī)熱壓單元。關(guān)閉熱壓單元工作窗，層壓機(jī)升壓，上、下兩塊加熱（加壓）鐵板閉合。設(shè)定熱壓壓力和時(shí)間參數(shù)，層壓機(jī)進(jìn)入熱壓狀態(tài)。

③冷壓過程

待熱壓過程結(jié)束后，層壓機(jī)啟動減壓程序，上、下兩塊加熱（加壓）鐵板分開。打開熱壓單元工作窗，用隔熱手套，把裝有PVC材料的層壓托板從熱壓單元取出，轉(zhuǎn)移至冷壓單元。開啟水冷循環(huán)裝置進(jìn)行降溫，關(guān)閉冷壓單元工作窗，層壓機(jī)升壓，上、下兩塊制冷（加壓）鐵板閉合，設(shè)定冷壓壓力和時(shí)間參數(shù)，層壓機(jī)進(jìn)入冷壓狀態(tài)。

PVC材料在層壓機(jī)中經(jīng)由熱壓、冷壓環(huán)節(jié)，融滲、凝固成有一定黏附力的卡體，達(dá)到了固化定型的目的。待冷壓過程結(jié)束，層壓機(jī)啟動減壓程序，上、下兩塊制冷（加壓）鐵板分開。打開冷壓單元工作窗，把層壓托板從冷壓單元中取出，對層壓好的PVC實(shí)地測試片基做好標(biāo)記。

4.性能檢測

（1）剝離強(qiáng)度

剝離強(qiáng)度的測試參考中國銀聯(lián)股份有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/CUP010-2006，當(dāng)剝離角度為90°時(shí)，剝離強(qiáng)度不小于5.0N/cm即滿足要求。

測量前將待測PVC卡置于環(huán)境溫度（23±3）℃、相對濕度40%～60%的標(biāo)準(zhǔn)測量環(huán)境下存放24小時(shí)。測量時(shí)，將其沿長度方向切成寬為10mm、長為70mm的樣片。采用拉力機(jī)分別對各待測樣片進(jìn)行剝離實(shí)驗(yàn)，并做好記錄。

具體檢測方法如下：使用鋒利的刀將樣片的表層背面切離芯層約10mm，并用夾具夾住或用黏性條黏住已切開的表層背面和芯層。把準(zhǔn)備好的樣片放入拉力機(jī)的夾緊裝置中，以300mm/min的速度對PVC卡剝離強(qiáng)度進(jìn)行測量，并記錄拉伸強(qiáng)度值曲線，不考慮最初5mm的拉伸強(qiáng)度和長度小于1mm的任何特征值，找出最小拉伸強(qiáng)度值，作為PVC卡的剝離強(qiáng)度。

（2）外觀質(zhì)量

PVC卡的外觀質(zhì)量檢驗(yàn)采用目視方法，即在自然光下目測檢驗(yàn)，具體檢驗(yàn)方法參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14916-2006。檢測項(xiàng)目包括卡體內(nèi)墨色遷移程度和墨層邊緣產(chǎn)生的裂紋程度。若卡片出現(xiàn)墨色遷移或墨層邊緣產(chǎn)生裂紋，即判定PVC卡不合格。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

結(jié)合層壓時(shí)間和層壓溫度對PVC卡剝離強(qiáng)度和外觀質(zhì)量的影響，確定最佳層壓工藝參數(shù)。

1.層壓時(shí)間對PVC卡剝離強(qiáng)度和外觀質(zhì)量的影響

（1）層壓時(shí)間對PVC卡剝離強(qiáng)度的影響

各組試樣剝離強(qiáng)度如圖1所示。當(dāng)層壓溫度為120℃時(shí)，層壓時(shí)間延長對PVC卡剝離強(qiáng)度上升無顯著影響。這是因?yàn)楫?dāng)層壓溫度為120℃時(shí)，PVC帶膠膜涂層中的NCO活性基團(tuán)比較穩(wěn)定，延長層壓時(shí)間也無法使NCO活性基團(tuán)從涂層中分解出來參與反應(yīng)。

當(dāng)層壓溫度為150℃時(shí)，PVC帶膠膜涂層中NCO活性基團(tuán)開始變活潑，慢慢分解出來參與化學(xué)交聯(lián)，交聯(lián)點(diǎn)增多，粘結(jié)力增加，PVC卡剝離強(qiáng)度增大，并在層壓時(shí)間為30min時(shí)達(dá)到最大值。但隨著層壓時(shí)間的延長，分解出來的NCO活性基團(tuán)越來越多，交聯(lián)點(diǎn)增多，影響了PVC帶膠膜涂軟段的結(jié)晶，粘結(jié)力減小，導(dǎo)致PVC卡剝離強(qiáng)度降低。

當(dāng)層壓溫度為170℃時(shí)，隨著層壓時(shí)間的延長，PVC帶膠膜涂層中的NCO基團(tuán)在膠層中過快、過早地交聯(lián)，影響了膠層與PVC基材的結(jié)合，導(dǎo)致PVC卡剝離強(qiáng)度下降。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出結(jié)論：PVC帶膠膜和PVC實(shí)地測試片基覆膜層壓時(shí)，在沒有達(dá)到一定層壓溫度時(shí)，延長層壓時(shí)間無法使PVC卡剝離強(qiáng)度提高；但當(dāng)層壓溫度高于某一范圍，PVC卡剝離強(qiáng)度隨時(shí)間的延長呈下降趨勢，在合適的層壓溫度下，層壓時(shí)間的延長和PVC卡剝離強(qiáng)度的提高不呈正比關(guān)系；當(dāng)層壓溫度為150℃時(shí)，PVC卡剝離強(qiáng)度普遍較高，并在層壓時(shí)間為30min時(shí)達(dá)到最高，此層壓時(shí)間剛好為標(biāo)準(zhǔn)層壓時(shí)間。

（2）層壓時(shí)間對PVC卡外觀質(zhì)量的影響

選取層壓溫度為150℃時(shí)的試樣，對其進(jìn)行外觀質(zhì)量判定，如表1所示。層壓時(shí)間為20min和30min時(shí)，PVC卡無墨色遷移，墨層邊緣未產(chǎn)生裂紋，外觀質(zhì)量表現(xiàn)為合格；層壓時(shí)間為40min以上時(shí)，PVC卡邊緣出現(xiàn)裂紋，并伴隨油墨遷移，外觀質(zhì)量表現(xiàn)為不合格。這是因?yàn)樵谝欢▽訅簻囟认?，隨著層壓時(shí)間的延長，PVC卡基材料變軟，逐漸產(chǎn)生熱形變，PVC卡體內(nèi)的模量、剛性降低，在壓力的作用下，引發(fā)了PVC卡體邊緣裂紋及油墨遷移等現(xiàn)象。

綜合以上層壓時(shí)間對PVC卡剝離強(qiáng)度和外觀質(zhì)量影響的分析，我們得知：在熱壓壓力為10.0Mpa、冷壓壓力為10.5MPa的條件下，當(dāng)層壓溫度為150℃時(shí)，最佳層壓時(shí)間為30min。

2.層壓溫度對PVC卡剝離強(qiáng)度和外觀質(zhì)量的影響

（1）層壓溫度對PVC卡剝離強(qiáng)度的影響

當(dāng)層壓時(shí)間為30min時(shí)，不同層壓溫度下各組試樣的剝離強(qiáng)度如圖2所示，PVC卡剝離強(qiáng)度隨層壓溫度的升高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)層壓溫度低于160℃時(shí)，PVC卡剝離強(qiáng)度隨著層壓溫度的升高而提高，并于層壓溫度為160℃時(shí)達(dá)到最大值8.5N/cm，隨后PVC卡剝離強(qiáng)度開始出現(xiàn)下降趨勢，當(dāng)層壓溫度為170℃時(shí)，下降到6.7N/cm，比層壓溫度為160℃時(shí)下降了21%。

當(dāng)層壓溫度較低時(shí)，PVC帶膠膜涂層中的NCO活性基團(tuán)無法分解出來參加化學(xué)交聯(lián)，另一方面，低溫也無法使材料間形成良好的物理結(jié)合，所以PVC卡剝離強(qiáng)度較低。隨著層壓溫度的升高，PVC帶膠膜涂層NCO活性基團(tuán)開始變得活潑，慢慢分解出來參加化學(xué)交聯(lián)，在層壓溫度為160℃時(shí)達(dá)到材料結(jié)合的最佳溫度和最佳粘結(jié)力，使PVC卡剝離強(qiáng)度達(dá)到最大值。但是隨著層壓溫度的進(jìn)一步提高，PVC帶膠膜涂層中大部分NCO活性基團(tuán)發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)，交聯(lián)點(diǎn)過密，影響到了PVC帶膠膜涂層的結(jié)晶，粘結(jié)力減小，導(dǎo)致PVC卡剝離強(qiáng)度降低。

由此得出結(jié)論：當(dāng)層壓時(shí)間為30min時(shí)，最佳層壓溫度為160℃。

（2）層壓溫度對PVC卡外觀質(zhì)量的影響

當(dāng)層壓時(shí)間為30min時(shí)，對PVC卡外觀質(zhì)量進(jìn)行判定，如表2所示。當(dāng)層壓溫度為110℃、120℃、130℃、140℃、150℃時(shí)，PVC卡無墨色遷移，墨層邊緣未產(chǎn)生裂紋，外觀質(zhì)量表現(xiàn)為合格；當(dāng)層壓溫度為160℃時(shí)，PVC卡邊緣出現(xiàn)裂紋，外觀質(zhì)量表現(xiàn)為不合格；當(dāng)層壓溫度為170℃時(shí)，PVC卡墨層有明顯遷移，外觀質(zhì)量表現(xiàn)為不合格。這是因?yàn)殡S著層壓溫度的升高，PVC卡基材料變軟，逐漸產(chǎn)生熱形變， PVC卡體內(nèi)的模量、剛性降低，在壓力的作用下，材料間的流動，引發(fā)卡體邊緣裂紋及油墨遷移等現(xiàn)象。

綜合以上層壓溫度對PVC卡剝離強(qiáng)度和外觀質(zhì)量影響的分析，我們得知：在熱壓壓力為10.0Mpa、冷壓壓力為10.5MPa條件下，當(dāng)層壓時(shí)間為30min時(shí)，最佳層壓溫度為150℃。

3.層壓工序的最佳工藝參數(shù)

層壓溫度、層壓時(shí)間與PVC卡剝離強(qiáng)度并非呈正比關(guān)系，而是呈現(xiàn)出一種先增大后減小的趨勢，因此，只有把層壓時(shí)間、層壓溫度和層壓壓力等層壓參數(shù)調(diào)整到最佳值，才能保證PVC卡有良好的剝離強(qiáng)度和外觀質(zhì)量。

通過對層壓時(shí)間和層壓溫度的深入探討，可得到層壓工序的最佳工藝參數(shù)，如表3所示。

通過優(yōu)化層壓工藝參數(shù)，可以提高PVC卡的剝離強(qiáng)度和外觀質(zhì)量，增強(qiáng)其使用性能，降低其廢品率，最終提升PVC卡的市場競爭力。