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关于酒类包装用注塑 PET 透明盒全自动丝印的工艺适应性研究

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发表时间:2023-10-17 15:36作者:四川省宜宾普拉斯包装材料有限公司 邹亮


为拓宽酒类包装用注塑 PET 透明盒表面装饰的多工艺应用,丰富注塑 PET 透明盒的表面装饰效果,本文结合酒类包装常用注塑 PET  透明盒的薄壁、深腔、透明等特性,从 PET 盒定位方式、油墨选择、工装搭配等方面进行分析、测试,对实现 PET  盒表面全自动连续丝印的工艺适应性展开研究。

薄壁深腔注塑 PET 透明盒在酒类包装领域得到了广泛的运用,因能直观地观察到盒内包装和酒液状态,深得消费者和厂商们的喜爱。而现在注塑PET透明盒表面装饰量产工艺绝大部分运用的是烫印工艺,装饰效果较单一,为丰富注塑PET  透明盒的表面装饰效果,利用各种丝印油墨效果的多变性,拓宽注塑 PET 透明盒的表面装饰工艺的可选择性。本文通过结合注塑  PET透明盒的特性,从确立全自动量产工艺的角度出发,对注塑 PET 透明盒表面丝印装饰的工艺适应性进行分析研究。


实验部分


1. 实验设备、测量器具及原辅料

在研究中所用到的实验设备、测量器具及原辅料具体如表 1 所示。



2. 承印物的固定方式测试

PET 透明盒是由 PET 原料通过注塑机注射成型的透明塑料件。它对固定方式的基本要求是不能对透明盒造成任何损伤,哪怕是一条小划痕也会被清楚地看到,从而影响产品质量。目前比较常见的全自动丝印机承印物固定方式有内撑式工装定位、移位送料式气缸顶出定位、一站式气缸顶出定位。每种方式都各有优缺点。


本次需要测试的承印物是薄壁深腔注塑 PET 透明盒,透明盒的材 质、形状、表面强度和质量要求都制约着固定方式的选择。实验中将对以上 3  种定位方式进行测试,以找到最适宜 PET 透明盒各项要求的定位方式。


3. 丝印胶刮测试

本文中的薄壁深腔透明盒是指盒体宽度在 100mm 以上且长宽高比 在1︓ (1 ~ 1.5)︓ 1.8 ~  2.5)左右的透明盒。受注塑工艺的影响,注塑成型后的透明盒承印面不是一个完全平整的状态,且承印面有平面、圆弧面、平转圆、圆转平的区分,所以在实验中我们选择了  70 肖氏硬度和 85 肖氏硬度的 Fimor 胶刮进行测试。


(1)丝印版测试

丝网印版的目数表示了单位面积内的网孔数量,也决定了印刷时油墨透过网版的墨量大小,所以不同的油墨要搭配不同目数的印版。有时候为了得到更好的凹凸感,还需要特意降低丝网版的目数,增加油墨的堆叠量。我们在本次测试中针对选用的不同油墨,分别搭配不同目数的丝印版,为了得到精细的图文和较好的凹凸感,我们将测试网版的目数定在了  250目和 300目。


为了减少丝印版的形状和张力对测试的影响,我们选用了铝合金网框和 SAATI 网纱进行绷版,绷好的网版张力用丝网张力仪测得数值为  12N/cm²,在网版基本条件一致的情况下,再制作图案大小不一的丝网印版,并进行测试。


(2)丝印油墨测试

传统的溶剂型丝印油墨中含有机溶剂,在烘干过程中会产生挥发性气体,对操作人员的健康很不利,所以我们选用更为安全的 UV 油墨。在 UV  油墨的基础上,我们又选择了更环保、更高效的 LED UV 油墨。为了满足图文效果,我们选用了LED UV 中砂油墨和普通 LED UV 油墨进行测试。


(3)丝印光源测试

丝印光源发出的能量大小是油墨固化的关键,它决定着油墨固化的程度,也是保证丝印产品质量的重要一步。光源稳定的能量输出、照射面积、照射时间等关键参数都是需要我们进行测试的。


实验结果


1. 承印物的固定方式

内撑式工装定位方式(如图 1所示)是将整个工装插入透明盒内  部进行支撑。工装与透明盒配合过紧会造成透明盒擦伤,配合间隙过大又会直接影响套印精度,对工装和透明盒的配合度要求很高。



移位送料式气缸顶出定位方式(如图 2 所示)是通过移位工装抬  着透明盒做圆弧轨迹运动,使透明盒移动到固定位置后夹具工装从透明盒两端夹住透明盒,再通过移位和夹具工装的反复动作配合送料至印刷位,然后定位气缸顶出固定住透明盒进行印刷。这种方式在运送透明盒时,移位工装是与产品表面接触的,运行中容易擦伤透明盒。



一站式气缸顶出定位方式(如图 3  所示)是从上料开始就使用气缸顶出工装固定住透明盒两端,通过数控电机在导轨上把透明盒按印刷顺序送到相应的印刷和固化工位,从上料到下料均由一套工装完成。这种方式减少了工装与透明盒的接触,有效避免了工装对透明盒造成的损伤,而且从头到尾都是由一套工装完成送料,并搭配数控电机的精确控制,对套印精度的提高有很大帮助。


2. 丝印胶刮

在透明盒的平面或圆弧面进行丝印测试中,因承印面不是一个完全平整的状态且透明盒硬度较高,85 肖氏硬度的胶刮不能完全贴合 承印面,出现了漏印的情况,而  70肖氏硬度的胶刮表现则较好。在透明盒平转圆和圆转平的丝印测试中,承印透明盒的外形有突变部分(如图 4 所示)。在测试时使用 85 肖氏硬度的胶刮,贴合度  更好,网版下墨均匀,而使用 70肖氏硬度的胶刮测试时,出现了图案拉影的现象。



3. 丝网印版

在对丝网印版的测试中首先进行的是确定丝网印版的较佳印刷范围,也就是较适宜的印刷图案面积。在此面积内,我们要既能保证丝印质量,还要能获得更高的丝网印版耐印次数和更长的胶刮寿命。通过使用内框尺寸为350mm×350mm  的网框制作多张图案大小不一的丝网印版进行测试,得到较适宜的印刷图案面积为:横向长度<(350mm- 胶刮到回墨刀的两倍距离  -100mm);纵向宽度<(350-120)mm。


在网版的测试中,250目测试版与油墨搭配印刷正常,测试版上最细的0.1mm线条也能清晰印刷,而且具有较好的堆叠感。300  目测试版在搭配中砂油墨少量印刷后,测试版上 0.1mm 的线条出现了印 刷断线的现象。


4. 丝印油墨

在油墨的测试中,普通 LED UV 油墨使用正常,下墨流畅,印刷图案色彩艳丽。在使用 300 目的网版搭配中砂油墨印刷 2mm  宽的测试线条时,网版只是进行了少量印刷后,就出现了堵版的情况 ( 如 图 5 所示  )。经过对材料参数进行分析,我们认为造成网版堵版的原因是使用的中砂油墨里的颗粒粒径在 50μm 左右,大于 300目网版的40μm  孔径,油墨颗粒下墨不畅,造成了堵版。我们将中砂油墨中的颗粒粒径减少到了 35μm 后,印刷下墨恢复正常。



同时,在油墨的选择上,必须选择与承印物材质匹配的油墨才能保证油墨与承印物之间的联接正常,确保印刷图案附着牢固。


5. 丝印光源

为了匹配 LED UV 油墨,同时也是为了环保,在光源的测试中,我们使用的是 LED UV 光源。在多次测试中,我们用光源能量测试仪测得在  120mj/cm²左右的能量强度,持续 3 ~ 5s 的光照就能很 好地固化 LED UV中砂油墨,普通LED UV 油墨光照 1 ~ 2s就能 固化,且使用  3M 胶带测试粘接强度时,均未出现油墨层被胶带粘掉的情况。当然,不同油墨中的光引发剂略有差异,会导致能量强度不变的情况下,固化时间略有波动。


测试的透明盒有方形也有圆形,因此在透明盒通过光源时分为平移  和旋转两种动作。为减低能耗,我们测试缩小光源面积时,通过持续移动透明盒和光的折射进行油墨固化,但样品出现了局部油墨未完全固化且固化耗时较长的问题,最终效果并不佳。我们将光源面积扩大到图案面积的1.2倍后,固化程度和固化时间均获得了较好的改善。


同时,我们在测试中发现,因为透明盒的透明特性,在 UV 光照射时,透明盒变成了一个“发光体”(如图 6  所示),光线产生了很强的折射,当折射到丝网印版上时极易造成网版堵版。所以,加强光源遮光和减少光的折射是一个需要重点关注的问题。



结语


根据对酒类包装用薄壁深腔注塑 PET 透明盒进行的多项实物丝印相关测试,我们从中获得了如下几条结论:


1) 据 PET 盒的薄壁深腔和透明两种特性,在保证盒体外观质量的 前提下,承印物的固定方式选择“一站式气缸顶出定位”效果更佳。


2)  在常规的平面或圆弧面印刷时,较软的胶刮更贴合承印物,印刷效果更佳;而在承印物外形切换截面突变的盒型上,较硬的胶刮强度高,更能保持与承印物的贴合和稳定的印刷压力。


3) 在选用丝网印版时,图案大小与网框尺寸一定要匹配。网版内框边与刮刀或回墨刀的距离应保持在 50mm 以上,印刷图案面积越大,距离应越大。


4) 油墨的使用上,尽量选择更环保的 LED UV 油墨,并要充分考 虑油墨的特性、颗粒大小和粘度,需与承印物的材质和网版目数匹配。


5) 光源的选择也尽量选择节能环保的 LED UV 灯,光源光照面积 是印刷图案面积的 1.2  倍为宜。且在印刷透明盒时,一定要做好遮光和防折射措施。

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