薄涂层对模内装饰用透明硬化膜彩虹纹影响的研究

研究与开发

薄涂层对模内装饰用透明硬化膜彩虹纹影响的研究

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孟亮 1, 陈彤红 , 鲁若娜 1

（1.昆山乐凯锦富光电科技有限公司，昆山 2153001； 2.中国乐凯集团有限公司 研究院，保定 071054）

摘 要: 本文从折射率的角度论述了通过对涂层厚度的控制，来控制模内装饰领域 PET 薄膜用透明硬化层两界面

的光程差，使人眼最敏感的光线相干相消，从而有效降低“彩虹纹”，并测试反射率曲线验证彩虹纹效果。

关键词: 模内装饰；硬化层；彩虹纹；光程差；折射率；PET

中图分类号: TQ31

文献标识码: A

文章编号：1009 - 5624 -（2013）05 - 0021 - 05

1 前言

模内装饰（IMD）是指产品在模具内射出成型时， 其产品表面同时形成具有装饰图案的工艺技术，其一 般是预先形成一具有装饰图案的薄膜，然后对该形成 有装饰图案的薄膜进行热压成型以形成预定的形状， 将该薄膜进行裁切后再置于射出成型模具的模穴内， 最好将熔融材料注入模穴内，薄膜与熔融材料相结合 并形成具有装饰图案的产品。采用模内装饰所制得的 产品，其外观较射出成型后再采用涂装而形成图案的 产品具有更强的实体感，并且，图案不存在褪色、脱落 等不良现象发生，其广泛用于制造各类产品的外壳。 IMD 是目前国际风行的表面装饰技术，主要应用于家 电产品的表面装饰及功能性面板，常用在手机视窗镜 片及外壳、洗衣机控制面板、冰箱控制面板、空调控制 面板、汽车仪表盘、电饭煲控制面板多种领域的面板、 标志等外观件上。

IMD 工艺流程分为 4 步。第 1 步：印刷：将图案印

于薄膜上；第 2 步：冲凸成型；第 3 步：冲切外型；第 4 步：射出成型。IMD 又分成 IMR 与 IML 两种。IMR(IN MOLDING ROLLER) IMR 即模内转印，是将已印刷好 图案的膜片置入模具内，通过送箔器自动定位，然后 将树脂注入模具内与膜片结合，使原来印刷在膜片上 的图案与膜片分离而转移到跟成型树脂成一体的一

种成型方法，膜片在生产过程中仅起到一个载体的作 用，最终不与产品成一体。优点：大量生产时有自动化 生产的优势，批量生产时成本较低。缺点：印刷图案层 在产品的表面上，厚度只有几微米，产品使用一段时 间后容易磨损掉，易褪色。开发周期长，费用高。

IML (IN MOLDING FILM) IML 即模内镶件注塑， 是将背面印刷好图案的膜片成型分切成与产品表面 一致，再将成型好的膜片置入模具腔内，然后将树脂 注入模内与膜片结合，在树脂注入的温度、压力的作 用下，膜片与树脂结合成一体，油墨层位于表面薄膜 与树脂中间。优点：IML 采用的薄膜是表面硬化过的 特种薄膜，厚度 0.1MM 以上，能较长时间保护中间的 印刷图案层不被磨损和保持图案的鲜艳 、持久性。 IML 的开发周期一般只要 IMR 的 1/3，并能灵活地进 行图案颜色的快速变化，能适应大、中、小批量生产的

收稿日期：2013-07-23

作者简介：孟 亮（1981-），男，赵县人。工程师，2000-2004 年就读 于

河北理工大学机械制造及自动化专业，多年从事采购、 人

力资源管理、薄膜深加工领域的研究工作。

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规模，中、小批量生产的成本比 IMR 要低。缺点：注塑 成型工序无法实现自动化生产，需要用手工挂膜定 位，大批量生产成本高于 IMR。

IMR 与 IML 的最大的区别：IML 表面有一层透明 的加硬保护膜，印刷层夹在产品的中间，而 IMR 表面 没有保护膜，它的印刷层直接在产品的表面上。基于 以上特点，IML 较常用于 IMR。由于薄膜材料的表面 硬度低，而且耐摩擦性也不足，通过和其它固体物质 的接触、摩擦、划擦使其表面受损，影响其经济价值。 因此已知的是，聚酯薄膜形成基材时在其上设置耐划 伤和耐摩擦性能优良的硬涂层。

由于薄膜基材的折射率和其上的硬涂层折射率 的不同，造成硬涂层上下两界面的反射光存在光程 差，引起光的干涉而在人的目视性方面产生问题，也 就是说从某个角度看会产生耀眼的彩虹纹，尤其是对 于模内装饰来说，其成型注塑的熔融材料多为黑色， 更加强化了薄膜硬化层的“彩虹纹”现象，用于模内装 饰材料上严重影响表观，视忍性很差，使人产生厌恶 情绪。所以如何解决彩虹纹是一个影响产品质量的重 要问题。本文主要通过对涂层厚度的调整来控制硬涂 层上下界面的光程差来有效降低彩虹纹。

Information Recording Materials 2013 Vol.14No.5

由图 1 可以看出，入射光线经硬化层的上下两界面的 反射形成反射光，由于基膜层的折射率和其上的硬涂 层折射率的差异造成硬涂层上下两界面的反射光存 在光程差，光程差可以用下式表达[1]：

式中 j 表示硬化层的序号，dj 表示硬 化层的厚度； nj，nj-1，nj+1 分别为硬化层、空 气层、基膜层的 折射 率；λ 表示入射光的波长；i 表示光的入射角；k 为自 然数。

当 min（nj_1,nj+1）当 njmax(nj_1,nj+1)时，第 j 层的光程差满足式（Ⅱ）或式（Ⅳ）。

由上述公式可以看出，光程差与硬涂层的厚度、 硬涂层的折射率、基膜层的折射率和入射光的波长有 关。对于模内装饰用透明硬化膜来说，硬化膜的基膜 优选聚对苯二甲酸乙二酯 （PET），其折射率 nj+1=1. 64，由于人眼对 550nm 波长的光最敏感，所以取 λ 为 550nm，人的观看视角一般为 30o，本模内装饰涂层 所用的基膜和硬化层，其中 nj-1=1，nj=1.52，nj+1=1. 64，满足 nj-12 实验部分

2.1 试验原理

IML 用硬化膜一般具有以下结构：基膜层以及基 膜层上涂敷的硬化层，如图 1 所示。

本 发 明 的 目 的 是 降 低 涂 层 的 反 射 光 而 降 低 彩 虹 纹，所以只要满足（Ⅲ）式就能使反射光相干相消所 以硬化层的厚度 dj 按如下关系式确定：

其 中 k 取 自 然 数 ，k 取 相 邻 自 然 数 时 的 厚 度 差 为

图 1 产品结构

△d。

Fig 1 product structure

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将涂布液用线状涂布器施加至作为底材薄膜，厚 度为 125μm 光学级的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜 [中 国乐凯胶片集团公司制造，商品名；PG12-125]的一个 面上。在 70～90℃对形成的涂层干燥 3～5min 之后， 以 250mJ/cm2 的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层 进行固化，并形成透明硬涂层。实验分 2 组进行：

第 1 组将上述涂布 液配制成一定 的固含量，在 RDS 丝 棒 一 定 的 转 移 率 下 ， 涂 布 到 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 酯 薄 膜 上 ，使 之 满 足 dj=0.215k+0.107，放 入 烘 箱 60℃烘 3～5min，然后以 250mJ/cm2 的光量，通过 紫外线照射对干燥的涂层进行固化，并形成透明硬 涂层。

第 2 组将上述涂布 液配制成一定 的固含量，在 RDS 丝 棒 一 定 的 转 移 率 下 ， 涂 布 到 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 酯 薄 膜 上 ，使 之 不 满 足 dj=0.215k+0.107，放 入 烘箱 60℃烘 3～5min，然后以 250mJ/cm2 的光量，通 过紫外线照射对干燥的涂层进行固化，并形成透明 硬涂层。

由于模内装饰 （IMD） 产品在成型时须经过冲 压、成型、注塑等过程，它对薄膜的性能要求不同于 平板显示领域，它除了耐磨和硬度性能要求外，还要 求薄膜具备优异的拉伸成型性能（柔韧性），避免成 型过程出现开裂问题。这就需要解决膜的柔韧性和 表面硬度这一对相互矛盾。对于模内装饰领域来说， 涂层太薄耐磨性能差，涂层太厚耐冲压效果差，一系 列间隔厚度的△d 不好控制。硬涂层的平整性也影 响彩虹纹的产生，如果硬涂层的涂层太厚，则涂层流 平性不好，影响涂层厚度的公差，影响降低彩虹纹的 效果，所以本实验选择的涂层厚度要求在 2～3μm。 2.2 试剂与仪器

季戊四醇三丙烯酸酯（天津市天 骄化工有限公 司）；PUA(长兴化学)；丁酮（天津美林工贸化工有限 公 司）；异 丙 醇（天 津 美 林 工 贸 化 工 有 限 公 司）；184 引发剂 （天津市天骄化工有限公司）；聚二甲基硅 氧 烷 （毕 克 公 司）； 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 酯 薄 膜 （125μm）（中 国 乐 凯 胶 片 集 团 公 司）； 线 棒 涂 布 器 （美国 RDS 公司）；烘箱（南京永兴 干燥设备厂）；紫 外 固 化 机（涿 州 蓝 天 特 灯 公 司）；荧 光 灯 ( 深 圳 东 联 照 明 有 限 公 司 )；阿 贝 测 试 仪（carl zeiss jena 公 司 生 产）；紫外可见分光光度仪 （北京北科恒信 科学器 材有限公司）。

4 结果与讨论

4.1 将上述第 1 组样片 在荧光灯下肉 眼观看彩虹 纹效果，结果如表 1

表 1 第（1）组样片结果

Table 1 the first group of sample results

3 试验方法

将季戊四醇三丙烯酸酯，PUA，丁酮，异丙醇， 184 引发剂，聚二甲基硅氧烷以一定的比例和顺序 配置成一定固含量的涂布液，充分分散均匀，用阿贝 测试仪测试本涂布液的折射率 nj 为 1.52，根据公式 计算厚度 dj=0.215k+0.107，k 取自然数。调整丝棒的 湿涂量和涂布液的固含量来达到一定的涂层厚度， 具体操作如下：

将上述第 2 组样片在荧光灯下肉眼观看彩虹纹 效果，结果如表 2。

表 2 第（2）组样片结果

Table 2 the second group of sample results

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性能评价方法如下：

（1）厚度 dj(μm) 由巨力科技有限公司生产的椭偏仪测试，型号 为 PHE。

（2）彩虹纹的判定

在 3 波 长 白 炽 灯 的 直 下 30cm 放 置 后 人 眼 以 30°角观察彩虹纹。

Information Recording Materials 2013 Vol.14No.5 （2）当涂层厚度小 于 2μm 时 ，涂 层 太 薄 ，耐 磨 性、硬度不够，不满足 IMD 使用要求，当涂层厚度大 于 3μm 时，耐冲压试验出现边角开裂，不满足 IMD 使用要求。

（3）k 的取值为能使 涂 层厚度介于 2 ～3μm 的 自然数。

4.2 将上述第 1 组样片的背面刷黑油墨后，再用紫 外可见分光光度仪测反射率曲线，结果如图 2

满足要求 不满足要求 （3）铅笔硬度测试

计为“○” 计为“×”

根据标准 GB/T6739－1996 的方法，利用通过铅 笔刮擦的涂膜硬度测试仪 [由上海普申化工机械有 限公司；型号：“BY”]测量铅笔硬度。

（4）耐磨性试验方法

透明硬涂层的表面用 #0000 号钢丝绒球进行往 复摩擦，其负重为 100g/cm2，摩擦距离为 5～6cm。观 察被摩擦过硬化膜表面的划伤状况进行评估，以不 出现细划伤的最高摩擦次数进行计量评估。

图 2 涂层厚度为 2.26 的样片的反射率曲线

Fig 2 the reflectance curve of the sample which has 2.26 micro

coating thickness

将上述第 2 组样片的背面刷黑油墨后，再用紫

外可见分光光度仪测反射率曲线，结果如图 3。

耐划伤次数小于 10 次 耐划伤次数大于 10 次 （5）拉伸成形性测试方法

将不同硬化膜样 片按照 7-8mm 高度和 90°角 进行成型拉伸，观察拉伸后不同弯曲面下硬化面是 否有裂纹、开裂及涂层脱落弊病，并根据以下标准进 行评估：

图 3 涂层厚度为 2.55 的样片的反射率曲线

Fig 3 the reflectance curve of the sample which has 2.55 micro coating thickness

计为“×”

计为“○”

未见裂纹、开裂及涂层脱落 出现裂纹 由以上结果可以看出：

计为“○” 计为“×”

评价方法：人眼最敏感的 550nm 处附近的反射 率差波动小于 0.5%，基本能满足产品要求。

（1）第 1 组样片的厚度为理论厚度，在白炽灯下

观看 彩虹纹明显变 浅 ，均 满 足 IMD 使 用 要 求 ，第 二 组样片的厚度均在理论厚度之外，在白炽灯下观看 彩虹纹颜色很深，均不满足 IMD 使用要求。

5 结论

薄涂层对解决模内装饰用 PET 基材的透明硬化

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参 考 文 献

[1] 朱 文 . 一 种 柔 光 增 强 防 眩 反 射 镜 [D]. 中 国 .

200910063083.8.2009-12-9.

膜的彩虹纹问题有显著的效果，但对涂布精度的控 制要非常精确，如何从配方和涂布工艺的角度来解 决这一难题是今后这个领域发展的突破点。

Thin Coating of a Mould Decoration with Transparent Hardening Research on the Effects of Rainbow Film Grain

MENG Liang1 ，CHEN Tong-hong 2，LU Ruo-Na3

(1. Kunshan lucky jin fu photoelectric technology co.，LTD.，kunshan 2153001 China； 2. China lucky film group corporation research institute，baoding 071054 China）

Abstract: From the angle of refraction index, the coating thickness control of transparent harden layer on PET film was discussed, and therefore to control the optical path difference between its two interfaces, so that making the most sensitive light by human eye produce interference cancellation phenomena, thus effectively re- ducing the\" rainbow veins\". The reflectivity curve of rainbow veins was tested.

Keywords: Decoration inside mould; Hardening layer; Rainbow lines; The optical path difference;

The refractive index；pet

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The Crosslink System Study of Polyolefin Encap- Sulation Film Used for PV

XU Xiao-long，FAN Yun-feng

(R＆ Department，LUCKY FILM CD.LTD,Baoding 071054；China）

Abstract: Polyolefin film is an innovative encapsulation material used for photovoltaic, which has many advantages over the traditional EVA film. The crosslink system of polyolefin film was studied. Through the vulcanization curves, the crosslinking efficiency of three kinds of commonly used peroxide crosslinking agents were analyzed and compared. And the application effect of the crosslinking coagent in the polyolefin film was evaluated. The crosslinking agent and crosslinking coagent in the film were characterized by infrared

spectroscopy. At the end of this paper, the relationship of the rate and density of crosslinking with the melt index and octene content of polyolefin was studied in deep, which laid the foundation for the effective increase of the crosslinking density of polyolefin film.

Keywords: Fourier transform infrared spectroscopy; ethylene-octene copolymer; peroxide; crosslink; encap- sulation material; photovoltaic

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