Ceramicx紅外線加熱在手機3D複合材料後蓋板IMD熱成型上應用


資訊來源:CERAMICX

 

       隨著可變色3D複合材料手機後蓋板的流行,IMD熱成型手機後蓋板近兩年出現了爆發性增長。對於IMD高壓熱成型的3D後蓋板,其成型過程中繞不開的一個關鍵工藝就是板材加熱,想要瞭解ceramicx陶瓷紅外線加熱器在這其中發揮的關鍵作用,就必須要瞭解IMD全製程的生產過程和工藝的基礎技術要求,需結合被加熱的基材材質和油墨的特性來進行分析和解決所遇到的問題;

 

一、IMD簡介

 

IMD的中文名稱:模內裝飾。英文名稱:fIn-MoldDecoration。尤其在電子消費類產品如手機、穿戴設備智慧家居、汽車內飾等對外觀顏色、耐磨、防止刮花產品應用最多,其工藝說明是:表面硬化透明薄膜(防刮基材),中間印刷圖案層(油墨),背面注塑層(注塑工藝),油墨中間,可使產品耐摩擦,防止表面被刮花,並可長期保持顏色的鮮明不易退色。

 

二、IMD的工藝分類

 

目前,在行業內IMD全製程生產中,又因工藝上的差異,分為以下幾種分支,分別是IML(2D/2.5D模內鑲件裝飾)IMR(模內轉印裝飾)、IMF(3D模內鑲件裝飾)也有人稱其為IMT成型工藝,以上幾種工藝統稱為IMD模內裝飾技術;

 

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1IMLIMF/IMT工藝的全製程生產:裁料→平面印刷→油墨乾燥固定→貼保護膜→沖定位孔→熱成型→剪切週邊形狀---材料注塑成型工藝流程如下圖:具體說明如下:

 

1)裁料:把卷狀的薄膜Film(膠片)裁剪成已設計好尺寸的方形塊,供印刷、成型工序用。

 

2)平面印刷:根據要求的圖示、文字製造成菲林網,在裁剪好的薄膜Film方形塊上印刷圖示、文字。

 

3)油墨乾燥固定:把印刷好的薄膜Film方形放置在高溫烤爐裡乾燥,目的是固定IML油墨。

 

4)貼保護膜:避免在沖定位孔工序時弄花已印刷好的薄膜Film表面,有時需貼上單層或雙層保護膜。

 

5)沖定位孔:熱成型的定位孔一定要衝准。剪切工序的定位孔有時也要事先沖孔。

 

6)熱成型(高壓或熱壓):把印刷好的薄膜加熱後,用高壓機或熱壓在預熱狀態下成型,加熱通常採用ceramicx陶瓷紅外線加熱器SFEH 400W/600W 122*122mm 內置K型熱電偶進行輻射加熱,單工位加熱盤面積一般為500*500mm4*4位元共16SFEH系列加熱器,每塊加熱器可獨立控溫,最多可一模生產6個手機外殼。。

 

7)剪切週邊形狀:把成型好的立體薄膜的廢料剪切掉。

 

8)材料注塑:把成型後跟前模立體形狀一模一樣的薄膜放到前模上,注塑出IML成品

 

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以上工藝就是我們接觸比較多的熱壓成型機和高壓成型機所在工藝了;

 

2IMR工藝的全製程生產:將圖案印刷在一層箔膜上,通過送膜將膜片與塑模型腔貼合進行注塑,注塑後有圖案的油墨層與箔膜分離,油墨層留在塑件上而得到表面有裝飾圖。這種工藝是油墨在注塑時與塑膠貼合,其表面是沒有基材(膠片)或者說有很薄的一層薄膜留在表面,其不具有防刮能力;因現在技術改進,也有部分產品往防刮方面的技術研究發展,故在油墨的基材上增加厚度來達到防刮效果,所以也在成型前增加加熱工序,使帶有油墨的卷材迅速軟化提高貼合效率和產品的品質;

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三、材料的分析

 

1IMD薄膜基材

 

1) PC(聚碳酸酯)的優缺點:

 

1)耐熱高,熱成型溫度在170℃均可;

 

2)拉伸性好,在高壓和熱壓成型下都相對比較穩定;

 

3)加工性能好,從冷卻到170℃的範圍均可成型;

 

4)產品延伸性好,能做成光滑的、磨砂的、細砂的以及加硬化

 

主要缺點是表面的硬度小,純PC材料的硬度還不到1H;但是因產品延伸性比較大,再加上相對比較穩定,在手機行業內用得比較廣;

 

2PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的優缺點:拉伸性能較好,穩定性一不高,應力大,易開裂,表面硬度較高,一般為1~2H;由於應力比較大、易開裂,硬度高,所以不適於用於高曲面的3D成型;

 

3PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯):拉伸性能不好,不易成型(只能熱壓成型),穩定性高,應力大,收縮大,表面應度高,可達到3~4H,不適做3D產品。一般用於2D或簡單的2.5D產品;一般用於手機鏡片和家電面板等平面裝飾;

 

4ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑膠):ABS薄膜主要用在汽車內飾件當中,一些專業的膜廠在ABS薄膜上印刷上胡桃木或金屬質感的膜,再加上硬化層。

 

5PC-PMMA複合材料:PC-PMMA複合材料是現在5G手機的主流基材,它集成了PCPMMA的大部分優點;不管在3D曲面還是2D2.5D微曲面均有很大的延伸性能;

 

2、印刷油墨的種類

 

油墨為印刷的原料,要求耐磨、耐高溫、調配、絲印作業方便。分為溶劑型油墨和光固化油墨兩種。     

 

溶劑型油墨在經過絲網印刷後,如果是油墨乾燥不好時受熱會產生”飛油“的現象,就是容易出現圖案不清晰;如果是乾燥過度的情況下,過熱會產生開裂現象;這兩種情況均對溫度要求很敏感;

 

光固化油墨由於油墨溶劑量較少,而且比較薄,且與基材的吸附力比較好,所以對溫度相對沒那麼敏感;

 

四、紅外線加熱在IMD工藝中的應用以及影響;

 

ceramicx陶瓷紅外線加熱應用主要應用於上面講述到的MILIMFIMT工藝中的熱成型階段的熱壓成型機和高壓氣體成型機中和IMR的快速加熱工藝中;

 

標準的高壓氣體成型機是從德國、美國傳到臺灣後經臺灣傳入國內的,剛開始,德國的高壓氣體成型機售價在300多萬人民幣,而美國的售價在200多萬人民幣,在臺灣的售價也達100多萬人民幣,而現在國內的售價也從80多萬降到現在的45-55萬之間;而力超那種屬於中壓的熱壓成型機也由45萬左右降到35-40萬之間;

 

1、手機蓋板IMD加熱成型工藝設備種類

 

1)高壓氣體成型機

 

原理:沒有上模具,只有下模具,利用氣體的高壓將加溫軟化的片材,直接壓在下模具上,完成成型的部件。通常由油泵壓力和高壓氣體為成型壓力,油泵壓力通常指200T-250T(標準雙頭機),或超高壓的250T以上;氣壓最大在70KG以內;

 

優點:成型壓力大,成型貼合效果好;

 

缺點:製作成本高,設備複雜,能耗高,安全隱患大(曾有設備出現過大壓力把四根導柱壓斷)

 


2)熱壓氣體成型機(中壓機或中低壓機)

 

原理:沒有上模具,只有下模具,利用氣液增壓結合氣體增壓的將加溫軟化的片材,直接壓在下模具上,完成成型的部件。通常主缸壓力為30-60T;氣體增壓20KG以內;

 

優點:成本低,結構簡單,能耗低

 

缺點:壓力小;

 

2、手機蓋板IMD加熱工藝分類分析

 

1)移爐式陶瓷加熱器加熱

 

移爐式IR加熱在手機蓋板成型應用中是一種比較常見的加熱方式,標準機是採用16SFEH系列陶瓷加熱器的4*4的排布方式;每個可獨立調節,通常成型的模具分別有,一模一腔、一模兩腔、品字形一模三腔、一字型一模三腔、田字形一模四腔和雙排一模六腔;以前手機尺寸較小時能做到雙排一模八腔和一模十腔的佈局;

 

原理:上下模打開,下模退出操作工位元,打開壓範本,根據定位孔放置材料,壓合材料下模推進成型工位,後方的IR加熱爐移動至成型工位,加熱材料時間通常在45-55秒左右;不同基材或油墨有所不一樣,加熱完成後加熱爐退出,上模下壓,加油壓、分段式加氣壓使片材成部件成型;

 

優點:可點區域分體獨立調溫,採用內置熱電偶控溫精度高

 

缺點:加熱爐以及材料均受環境溫度影響;

 

 

2)固定式IR加熱(模內加熱)

 

     固定式紅外線加熱主要是把陶瓷加熱器安裝固定在上模模腔內,手機行業上應用,通常是採用9HFEH系列或更小的QFEH系列;根據3*3的排布方式;通常是一帶三或一帶九的分區式控制;通常的成型模腔是一模單腔的成型模具;主要配合機器手自動化生產;

 

原理:上下模打開,下模退出至操作工位元,打開壓範本,放置材料,回位至成型工位,油壓使下模下壓,開始加熱,加熱時間30-40S,加熱時間到後,上下模不打開,可以通進高壓氣體(通常30KG)使軟化的片材與下模貼合成型;

 

優點:不受環境溫度影響,設定的溫度均為統一溫度,材料受熱效果好

 

缺點:一模一腔效率低,加熱元件壽命短,維修麻煩;

 

 

3)移爐式鋁板加熱;

 

   移爐式鋁板加熱主要是由不銹鋼加熱棒插進定制的鋁板內,使鋁板受熱後發出紅外線電磁波發熱,通常採用8-10根加熱棒均勻插入鋁板內部;

 

原理:與移爐式紅外加熱均一樣;

 

優點:造價成本低,接線控制簡單;

 

 

3、手機蓋板成型不良率常見問題

 

13DR角拉伸處出現油墨拉傷

 

     這種情況一般是R角拉伸處受熱溫度過高,在高壓拉伸時,會導致油墨出現“飛油”的現象;通常表現為:成型後R角處出現波紋式的拉傷,通常在於拉伸程度比較高的3D2.5D的工藝中;這種情況在深圳比亞迪出現過;

 

原因:1、油墨為溶劑型油墨時,加熱過熱會使溶劑型油墨與基材分離,再加上壓力拉伸,會使改情況更加明顯;此時的加熱過熱主要分兩種情況,第一種:整體的設定溫度過高,此時基材的表面也會產生過熱;第二種是加熱器的補償溫度過高,而基材表面受熱成型無異常,那麼應該是元件的功率過高,導致補償的溫度過熱;

 

處理方式:在不改變油墨的前提下,第一種情況處理方式是要麼升高加熱爐的高度,拉高加熱距離,另一種是調節整體的設定溫度;第二種情況處理方式,在功率過高的情況下,如果是採用SCR控制方式,那麼可以根據整體的所需溫度,設定整體輸出的百分比來調節加熱器溫度補償的柔和程度,是基材受熱沒那麼激烈;如果是採用SSR控制方式時,沒法調整功率輸出的情況下,那麼可以考慮調節溫度補償的週期去解決溫度補償過熱的情況;

 

2、油墨為光固性油墨時,特別是PC材質的基材,會出現聚焦性的加熱情況;這時也會出現偶然性的局部加熱過熱或受熱不均勻的情況;

 

處理方式:如果是出線偶然性受熱不均勻的情況,考慮聚焦性加熱情況時,一般處理方式是提高加熱距離或者在材料壓板處添加高溫膠減弱受熱部位受熱情況,使片材受熱達到均一性;

 

 

 

3)手機蓋板平面度凹凸不平

 

手機蓋板平面度不良率主要來源三種情況,第一種是加壓成型後,背板出現凸起時,一般表現為溫度不夠,這是側邊的沖切定位孔也是成型不出來的;第二種情況是加壓成型後,背板出現凹進去時,此時也會表現在R角出現油墨拉傷;一般是溫度過盈所致;第三種情況就是偶然性出現溫度過盈或溫度不足,出現的情況就是局部出現凹凸不平;此種情況一般表現為,每次調試好之後,經過生產一段時間後,又需要重新調試才能生產;

 

1)第一第二種情況一般要求是加熱器的溫度均勻度為主,主要問題是加溫一致性;對加熱元件的溫度均勻性要求很高;

 

2)第三種情況一般可分為兩種情況,一種是惰性基材結合惰性油墨時,這種材料一般都溫度沒那麼敏感,而且工作的溫度比較高450℃左右;這種材料可以提高溫度以加快生產效率;另一種情況是感性基材結合感性油墨時,這種材料對溫度要求很敏感,一般工作溫度在380-420℃左右;這種材料對溫度很敏感;所以這種情況在高功率的加熱器使用時,溫度補償會容易出現過盈的情況;這種情況的處理方式與上面R角溫度過盈的情況一一樣的。