内涂工艺技术产品应用研究

内喷工艺技术产品应用研究作者：张元成、魏友军、梁冬摘要：本文是对仿双色注塑之内喷工艺在产品应用方面研究分析，重点分析讨论内喷工艺应用在结构设计、透明塑料选择、注塑喷涂加工等方面特点。关键词：双色注塑、内喷工艺、透明塑料、注塑喷涂前言目前，“超薄、窄边、透明边、多种渐变色彩、光影搭配、通透感、高光高亮”已经成为流行平板外观新特征，除“超薄、窄边”需通过结构电路创新设计实现外，其它均可依赖于新材料、新技术、新工艺予以支撑实现。其中，以内喷工艺及双色注塑最为代表。近些年来，双色注塑技术已趋于成熟，并以三星为代表开始在家电LCD/PDP产品应用。如果要实现双色注塑在家电产品规模应用，以 公司报价为例，预计要增加双色注塑机床固定资产投入超过5000万元，与此同时，双色注塑模具较高光（仿高光）模具也高出1倍以上，为此高额投入和高成本劣势对其家电产品推广应用造成巨大障碍，加之考虑市场接收度，目前国内家电公司只有海信采购了一台1600T双色注塑机床，预计年底将推出新品；目前，模塑公司开始对现有注塑设备双色注塑改造，现已实现功能。在这样情况下，由基础制造工艺发展而来的内喷工艺技术体现了巨大的优越性，产品模具只是高光（仿高光）模具，而关键的注塑、涂装工序均可利用现有设备，基本不需要增加新的固定资产投入，现在，内喷工艺技术开始在家电行业广泛应用起来，据悉，国内海尔、海信、TCL、创维都和长虹一样推出采用内喷工艺的LCD/PDP产品，我公司即将或已推出了5个系列LCD/PDP产品。事实上，内喷工艺技术是基础工艺技术拓展、延伸，是一种采用基础的加工方式代替先进技术（双色注塑）典型代表，开展内喷工艺技术产品应用研究，是提升工艺技术水平有效途径，也是进一步加快内喷产品技术创新，保证产品差异性的有效手段。一、内喷工艺技术介绍1、内喷工艺定义利用部分塑料制品透光特点，在塑料制品内表面喷涂油漆，外观形成层次色彩装饰效果的工艺，简称内喷工艺。内喷一般分为透明内喷或透影内喷，透明内喷的塑料件一般为无色透明，而透影内喷塑料件一般为着色半透明，因透光率降低后，视觉上形成透影效果。2、内喷工艺流程 注塑 精密套色工装 粘接透明塑料 透明面板 通透双色面板 面框 内部喷涂 塑料结构件总装二、内喷工艺与双色注塑比较1、双色注塑即用双射注塑机的两个料管配合模具按先后顺序进行两次注塑、成型，制成双材料注塑产品。其零件内部一般采用ABS、PC等硬塑料，而外部一般采用TPE或PMMA等透明塑料。2、内喷工艺主要特点优点：（1）、新设备投入少，设备简单； （2）、生产灵活，生产效率高。缺点：工序多，人工费用高，管理成本高。3、双色注塑主要特点优点：直接注塑成型，减少喷涂、组装工序。缺点：（1）、模具和注塑机结构复杂，精度高，设备价格昂贵；（2）、注塑工艺复杂，生产效率低，废品率高。4、内喷和双色注塑成本对比以42尺寸液晶面框为例，假定使用1600T注塑机床，其成本对比见表1：内喷和双色注塑主要成本对比分析表：表1：内喷和双色注塑主要成本对比分析表序号类别项目制造工艺备注内喷双色注塑1新设备投入注塑机床（万元）1600模具（万元）401502设备折旧费用（元/件）7.233.58年、6万3能耗（元/件）3.64.24主要材料成本（元/件）8.718.6ABS5人工成本（元/件）0.650.47直接6废损（%）210相对7合计（元/件）20.5663.082、3、4、5项8生产效率（件/天）1150650相对依据上表可见，内喷可以充分利用现有设备，避免巨额资金一次性投入，其生产效率约双色注塑2倍，综合成本约仅有双色注塑1/3。三、内喷工艺技术产品应用研究方面及重点（一）、透明材料选择一般使用的透明塑料有聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，即俗称压克力或有机玻璃，）、聚碳酸酯（PC）、聚对苯二甲酸乙二醇脂（PET）、ABS、ABS/PMMA共混物、透明尼龙、丙烯睛一苯乙烯共聚物（AS）、聚砜（PSF）等， 在注塑加工方面，主要有PMMA、PC和ABS、ABS/PMMA四种塑料。表2主要透明塑料性能对比表材料名称主要技术指标预计价格（万元/吨）可能存在问题硬度透光率（%）PMMAH90-932.0-2.4流动性差，吸水率高，注塑温度范围160-270，冲击性差，耐磨性不好，易划伤，易脆裂。透明ABSB-HB85-902.2-2.5流动性好，注塑温度范围210-280，尺寸稳定性和抗冲击强度好透明PMMA/ABSHB-H85-872.8-3.2流动性一般，注塑温度范围210-270，尺寸稳定性和抗冲击强度好透明PCB-2B902.0-2.5融料温度高，流动性差，注塑温度范围，冲击性好，耐磨性好，精度高根据上表以及对各种材料注塑摸底情况表明，PMMA硬度、透光率以及注塑温度范围好，但是由于PMMA刚性太大，注塑成型后，应力集中，造成冲击性差，容易脆裂，在家电产品应用上风险比较大，透明PC经过表面处理后，硬度可以达到2H，特殊型号直接经过注塑成型后，硬度也可以达到1H。PC是一种非晶体工程材料，具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性。PC的缺口冲击强度非常高，并且收缩率很低，一般为0.1%0.2%，产品尺寸精度、稳定性高，但是PC流动特性较差，注塑温度高且范围窄270-320，注塑工艺性差。ABS 、ABS/PMM具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度；虽然ABS、ABS/PMMA透光率一般，但其良好的注塑工艺性，具有较低产品应用风险。需要指出的是料温高于240以上时,由于组分分解，ABS、ABS/PMMA雾度会增加,透明性下降，因此需要保证料筒塑化温度在230左右，并防止注塑过程中局部温度不均造成材料分解，而出现偏色。综上，为追求优越的外观效果，选择PMMA、PC最适合，但需要对模具要进行专门设计和制造，并选择专用螺杆；而选择ABS、ABS/PMMA时，模具设计制造简单，可利用现有设备直接加工，必要时，可选择专用螺杆。（二）、结构设计创新 为了取得良好的外观效果，透明（半透明）内喷塑料制品结构设计时，需要进行突破和创新，结合公司720/820/920系列产品情况，现分析总结如下：1、掌握壁厚与材料透光率关系，根据不同壁厚（1.5-3mm），设计开发出不同装饰效果的产品；2、通过增加台阶面倒角R，增加折射面积，通过光折射原理，形成中框色彩影边效果；3、增加加强筋、螺钉柱以及特殊部位拔模斜度，防止零件拉白，影响产品外观质量；4、合理选择喷涂油漆分界区域，改变传统的沟槽模式，建议改变利用台阶垂直面分色，垂直面高度2mm左右，不改变外观效果；或利用特殊台阶平面分色，台阶面宽度建议为2mm左右，并保证台阶面平整；同时保证分色边界尽量在同一水平面上；5、通过对特殊面磨砂处理，遮蔽内部缺陷或辅助喷涂油漆分界；6、在产品外观质量许可的条件下，注意装配定位、限位设计，方便产品组装加工。（三）、透明塑料制品注塑工艺1、透明塑料制品注塑工艺主要特点1）、加强原料过程控制，保证原料纯洁；使用大容量烘箱，确保材料干燥充分；2）、推进注塑环境无尘化，注重机筒、螺杆及其附件的清洁；3）、尽量选用专用螺杆、带单独温控射咀的注塑机；4）、注意温度、螺杆转速和背压：防止产生解降的可能；5）、合理选择保压时间、冷却时间，尽量减低熔料在机筒停留时间； 6）、尽可能提高模具温度、增加模具的排气；7）、注意对温度、注射压力、注射速度等工艺参数作细微调整，尽可能地减少内应力而引起产品变形和开裂；8）、注塑过程中尽量减少脱模剂使用。2、影响透明塑料制品外观质量的主要缺陷1）、气泡主要由于树脂内的水气和其它气体排不出去或因充模不足，冷凝表面又过快冷凝而形成“真空泡”。 2）、银纹银纹主要是由于树脂的吸湿引起的，因此，一般应将树脂在比其热变形温度低1015的条件下烘干，注意选用合理的容量，还应在注射开始前数小时先行开机烘料；其次在充模和冷凝过程中，受内应力各向异性影响，垂直方向产生的应力会使树脂发生流动取向，和非流动取向部分产生不同折光率而出现闪光丝纹，当其扩展后，可能使产品出现裂纹。3）、震纹震纹是指以浇口为中心形成的密集波纹，产生原因主要是熔体粘度过大，前端料已在型腔冷凝，后来料又冲破此冷凝面，而使表面出现震纹。4）、白烟、黑点主要是塑料熔体在料筒内因局部过热而产生分解或变质形成的。解决的方法主要是清除树脂杂质、污染；尽量降低熔体温度；尽量缩短树脂在料筒内停留的时间。5）、泛白、雾晕主要是空气中灰尘落入树脂之中或树脂含水量太大而引起的。解决的方法主要是清除树脂杂质、污染；将树脂充分干燥，且使用带烘干料斗的注塑机生产；精确控制熔体温度、生产周期;提高注塑压力、模具温度。当然透明塑料制品还有其它如烧焦、缩痕、熔接线、翘曲变形等普通注塑一样的塑料缺陷，采用普通注塑工艺优化即可解决。（四）、透明塑料制品喷涂工艺透明塑料制品内表面喷涂工艺和普通喷涂工艺基本一样，主要注意以下几个方面：1、在油漆方面1）、油漆配色必须要保证油漆之塑料制品外观质量满足设计要求，而不能单纯比对油漆颜色本身； 2）、油漆认证时，除了增加双面胶带粘贴配合实验，还需要注意透明材料基材变化而对油漆要求的变化。2、在喷涂操作方面尽量保证动作规范统一，尽量采用低压、小幅，以保证颜色均匀，避免窜色。3、在遮蔽方案方面1）、透明塑料制品油漆喷涂分界不能采用传统的沟槽分界，而只能采用垂直或水平台阶面分界，这样要求制品尺寸控制要求高，尽可能的减少零件翘曲变形；与此同时，喷涂遮蔽工装制作更精密、更复杂，一般需要采用气动自动控制及双美工线；2）、喷涂分界线复杂（如曲线、R、以及不同一水平）时，常常采用胶带遮蔽方式进行，胶带遮蔽时一般采用模切、对齐以及刀片分界划切法粘贴胶带；3）、分界区域胶带必须选用超薄、分界明显不易出现窜色、锯齿缺陷胶带，如3M244、3M CIP31，其它区域可采用不遗胶的普通胶带即可，如3M 2214；4）、胶带粘贴可采用分组，流水作业方式，必要时，可以根据产品结构特点，制作粘贴胶带辅助工装。（五）、透明塑料制品组装特点透明塑料制品组装装配和普通塑料制品组装不一样，不能采用螺钉紧固或卡扣装配，一般只能采用双面胶带粘贴装配方式进行，主要有以下几方面特点：1）、由于外观质量需要，透明塑料制品一般较难设计有效的定位、限位结构，需要利用产品结构特点，制作粘贴定位工装；2）、为防止产品使用过程中塑料制品剥离，需要选择合理的双面胶带及粘贴方案，并制作必要的压紧工装；3）、需要制定、验证粘贴质量标准，明确出粘贴质量检测方法。四、内喷工艺技术产品应用建议现在，公司720/820/920等系列透明内喷产品即将或已经投入量产，根据现在生产情况表明，还存在一些不足，故建议：1、推进注塑无尘工厂建设，改进塑化系统，推进专用螺杆应用，提升塑料制品注塑精度，努力从普通注塑向精密注塑迈进；2、为提升无色透明内喷制品质量（如820/920系列），开始对PMMA、透明PC注塑工艺进行攻关；3、产品在设计阶段，就开始引入喷涂遮蔽工装制作厂家参与，着重精密喷涂遮蔽工装开发、应用。主要参考资料：1、Internet常用塑料材料性能参数、透明塑料件注射成型的缺陷和解决的办法、透明塑料的性能和注塑工艺概述等2、王贵恒主编高分子材料成型加工原理；3、多媒体产品内喷工艺研究、应用、推广项目组反馈、交流总结、报告