黃朝華，孫 筱

模內(nèi)貼標(biāo)注塑模具的設(shè)計(jì)及成型要點(diǎn)

黃朝華，孫 筱

（新疆工程學(xué)院機(jī)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(biāo)（IML）技術(shù)的基本原理，并對(duì)IML注塑模具的制品結(jié)構(gòu)、模具分型面、澆口等設(shè)計(jì)與普通注塑模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行了對(duì)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(duì)較小，取0.3%為宜；為防止注射時(shí)將標(biāo)簽上的油墨沖開，IML注塑模具的澆口處進(jìn)料采用潛伏式；標(biāo)簽拾取主要采用靜電吸附，并選擇與制品收縮率相近的標(biāo)簽材料。最后總結(jié)了IML注塑模具的成型要點(diǎn)，并給出了成型標(biāo)簽的技術(shù)要求。

模內(nèi)貼標(biāo) 注塑成型 模具設(shè)計(jì) 標(biāo)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(biāo)（IML）技術(shù)是一種高效率的生產(chǎn)技術(shù)，將標(biāo)簽先放置在模具中，并在注射成型時(shí)，將塑膠原料與標(biāo)簽一體成型，避免了復(fù)雜的二次加工過程[1-2]。IML技術(shù)在多色印刷領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其印刷效果優(yōu)于不干膠標(biāo)簽，彩色圖文如同直接印刷在容器表面上，印刷顏色可達(dá)12色，適合再現(xiàn)畫面細(xì)膩，層次豐富的圖案色彩。用IML技術(shù)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(jià)值。IML技術(shù)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(jī)、模具、自動(dòng)化機(jī)械手及標(biāo)簽組成，要求各設(shè)備具有良好的相互匹配性，才能順利完成IML的整個(gè)過程[5]。目前，IML系統(tǒng)采用的機(jī)械手主要是側(cè)取式。機(jī)械手先從IML系統(tǒng)中取出標(biāo)簽等待信號(hào)指令，成型制品冷卻開模后，機(jī)械手沿模具開模方向垂直進(jìn)入模具放置標(biāo)簽，同時(shí)取出已成型制品，然后模具閉合。

1　IML模具設(shè)計(jì)及成型要點(diǎn)

模具設(shè)計(jì)的好壞與制品產(chǎn)量、質(zhì)量直接相關(guān)，在IML系統(tǒng)的總投資中，模具所占比例很大。采用IML技術(shù)能加工平面、曲面、包邊及復(fù)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(duì)材料進(jìn)行預(yù)熱處理，不僅減少了注射成型時(shí)油墨飛濺，還可改善制品與標(biāo)簽的黏合，避免注塑制品和標(biāo)簽之間產(chǎn)生氣泡導(dǎo)致透明度下降。

1.1制品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)IML注塑模具時(shí)，應(yīng)注意制品結(jié)構(gòu)是否合理，制品厚度應(yīng)大于1.0 mm，制品結(jié)構(gòu)示意見圖1，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(duì)于圓角的設(shè)計(jì)，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(gè)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(shí)，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(duì)較小。根據(jù)材料性能，通常設(shè)計(jì)要求收縮率取0.3%為宜。這是因?yàn)樽⑺軙r(shí)塑膠底材被片材包裹，對(duì)塑膠的收縮起到了阻礙作用。

1.3分型面及碰穿面

對(duì)于分型面的設(shè)計(jì)，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?yàn)闃?biāo)簽形狀與型腔不完全一致，比型腔邊小0.02 mm。無論用機(jī)械還是手工將標(biāo)簽放入模具型腔內(nèi)，都會(huì)有一定誤差，而擦穿分型面（見圖2）可以把標(biāo)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(biāo)簽的定位非常重要。對(duì)于IML模具的碰穿面，定模插兩根鑲針到動(dòng)模，標(biāo)簽上留些余料，并在對(duì)應(yīng)模具上做兩個(gè)定位孔。在定模放入標(biāo)簽時(shí)，標(biāo)簽固定到鑲針上，從而可把標(biāo)簽定位在定模腔內(nèi)。模具合模時(shí)，碰穿面變?yōu)椴链┟?，定模就像刀具一樣把?biāo)簽多余的定位料切除。

1.4澆口

對(duì)于IML模具澆口的設(shè)計(jì)，分型面處一般采用潛伏式進(jìn)料，因?yàn)樵诜中兔嫣幰话愣加袠?biāo)簽，直接進(jìn)膠會(huì)把標(biāo)簽沖開，導(dǎo)致標(biāo)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(huì)被沖開。IML模具的澆口一般為多澆口進(jìn)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(gè)澆口的設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)在沒有標(biāo)簽的地方，或至少距標(biāo)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(shí)，IML模具的澆口比普通模具澆口寬，避免了注射時(shí)將標(biāo)簽上油墨沖開的現(xiàn)象。另外模具設(shè)計(jì)中還應(yīng)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?yàn)闃?biāo)簽會(huì)阻塞排氣槽，排氣不暢會(huì)導(dǎo)致注射不滿等缺陷，將嚴(yán)重影響制品質(zhì)量；同時(shí)型芯和型腔盡量用多個(gè)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(biāo)簽定位

IML生產(chǎn)系統(tǒng)最重要的是將標(biāo)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(biāo)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(jī)械手抓取標(biāo)簽后，放到經(jīng)特殊設(shè)計(jì)和加工的模具中，開啟真空，即可合模生產(chǎn)。在進(jìn)行復(fù)雜形狀制品的預(yù)制卷標(biāo)時(shí)，或當(dāng)塑料制品和標(biāo)簽表面都有對(duì)應(yīng)紋理的需要時(shí)，使用真空吸附具有特別的優(yōu)勢(shì)。真空吸附的不足包括：1）模具要經(jīng)過專門設(shè)計(jì)和加工，需要安裝氣閥，增加模具的成本。2）如果標(biāo)簽硬度不夠，經(jīng)真空吸附，會(huì)導(dǎo)致制品表面圖像變形。3）真空通道會(huì)導(dǎo)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(jī)械手抓取標(biāo)簽后，靠近模具表面時(shí)，在卷標(biāo)上加上靜電荷，則卷標(biāo)會(huì)被靜電吸引到接地模具金屬面，放置好標(biāo)簽后等待注塑成型。靜電吸附的特點(diǎn)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(jì)性，適合大量生產(chǎn)的制品。2）因厚度、卷曲度和表面紋理會(huì)影響模具的附著力，故卷標(biāo)應(yīng)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(jì)、高效的方法，可以代替真空吸附。使用靜電吸附，一般會(huì)選用與制品收縮率接近的材料。

2　標(biāo)簽

標(biāo)簽質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到制品質(zhì)量，對(duì)標(biāo)簽影響最重要的就是印刷。如果標(biāo)簽的著墨性不好，容易造成油墨污染模具，從而導(dǎo)致制品質(zhì)量差。標(biāo)簽大致可分為底材、連接層、黏膠層，注塑完成后，標(biāo)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(biāo)簽邊緣平整度較差，所以在制品的設(shè)計(jì)上將標(biāo)簽邊緣用塑膠件包住。不同底材的標(biāo)簽性能差別較大，尤其對(duì)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(yīng)用，而0.125 mm厚的PET片材銷量最大。片材熱定型時(shí)，溫度控制是關(guān)鍵，否則易變形，造成高廢品率。通常熱定型機(jī)上下模都有加熱板，便于在熱定型時(shí)保持溫度恒定。使用移動(dòng)式加熱板，對(duì)片材進(jìn)行預(yù)熱，使片材變軟后，再合模進(jìn)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(biāo)簽上的油墨對(duì)模內(nèi)標(biāo)簽也很重要，選用油墨時(shí)，根據(jù)制品使用要求，從油墨的附著力、耐刮擦性、耐化學(xué)藥品腐蝕性等方面進(jìn)行考慮：1）油墨與片材需要有良好的附著力；2）注塑成型時(shí)，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(shù)屬于模內(nèi)裝飾技術(shù)，可使制品達(dá)到集裝飾性與功能性于一體的效果。采用IML技術(shù)能加工平面、曲面、包邊及復(fù)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(shù)中模具設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到制品產(chǎn)量、質(zhì)量及壽命。隨著IML技術(shù)在智能汽車內(nèi)飾、智能家居、機(jī)器人等領(lǐng)域的發(fā)展，其對(duì)應(yīng)的模具也將越來越智能化。

[1] 王權(quán),瞿金平,譚樹發(fā). 影響注塑模內(nèi)貼標(biāo)成型因素及產(chǎn)品設(shè)計(jì)探討[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2008，20（5）：48-51.

[2] 吳松琪，劉斌. 塑件表面模內(nèi)裝飾技術(shù)應(yīng)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(duì)策[J].工程塑料應(yīng)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(shù)應(yīng)用進(jìn)展[J]. 模具技術(shù)，2010（6）：56-60.

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

[7] Wang Jung Chang, Li Ai Tsung, Tsai Yu-Pin. Analysis for diving regulator applying local heating mechanism of vapor chamber in insert molding process [J].International Communications in Heat and Mass Transfer, 2011，（38）2：179-183.

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(jī)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(xiàng)目（2013911035）。