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技術(shù)文章

靜電在模內(nèi)貼標中的應(yīng)用
盡管模內(nèi)貼標（IML）工藝用于注塑中已經(jīng)出現(xiàn)了25年以上的時間，但在過去兩年中，人們對它的關(guān)注卻是迅速增加。在成型時加上標貼，就不用襯墊、絲印或加標的二次步驟了，也不用電暈處理或者火焰處理了。更為重要的是，濟終效果是長久性的。這使模內(nèi)貼標以產(chǎn)品可靠度、指導性資訊、UPC代碼、標志和裝飾等，具有特別的吸引力。因為較少地用手抓持產(chǎn)品，模內(nèi)貼標也是更為清潔、更為衛(wèi)生。如果標貼的材料與塑件的材料一樣，那么可回收性也提高了。  

在美國，模內(nèi)標貼被用于玩具、辦公用品、 
電動工具和割草機的制造中，在歐洲，人們 
越來越熱衷于把模內(nèi)標貼用于食品包裝中。 
雖然模內(nèi)貼標技術(shù)有很多特點，但濟為重要的考慮因素之一是標貼如何在注塑模具內(nèi)被放得恰到好處。在許多應(yīng)用中，靜電是將標貼放到模內(nèi)恰當位置的可靠、經(jīng)濟而高效的方法，可取代真空的使用。這種方法可以為成型業(yè)者及其客戶與濟終用戶帶來了明顯的好處。 

真空貼標 

通過專門設(shè)計和加工的真空點，標貼可以被容納于模內(nèi)的理想位置。步驟如下：機械手從倉庫里拾起標貼，將它放在模具內(nèi)的合適位置，開啟真空，射出模具。 

對模具進行設(shè)計和加工，以融合真空，會為模具增加相當大的成本。接下來，標貼必須足夠結(jié)實，以避免被吸至真空點，在完成品的表面上形成變形的圖像或“疙瘩”。成型模具內(nèi)的真空通道也可能導致不均勻的模具溫度。 

而且，機械手不漏掉標貼也是非常重要的。注射不含到位標貼的模具會引起極費時和費錢的停機，要移走模具和清理所有的真空點和通道。為了防止這種情況，需要一種探查真空和停止將聚合物注射到模內(nèi)的方法。 

當被成型產(chǎn)品的形狀需要復雜的預制標貼時，或者當被塑件和標簽需要有紋理的表面時，真空的利用就顯得特別有優(yōu)勢了。 

靜電貼標 

在模內(nèi)貼標工藝中利用靜電，因為不再需要模內(nèi)的真空具有了成本和可靠性方面的優(yōu)點。當在材料和結(jié)構(gòu)合適的標貼上加上靜電荷時，標貼將被靜電吸引至接地的模具金屬面中，并可能因不錯的附著性而被粘住幾分鐘時間。 

在靜電過程中，機械手靠吸力從倉庫中拿起標貼。當標貼靠近模具表面時，高靜電荷被加于標貼之上。機械手確定標貼的位置，釋放真空，標貼被傳送到模具表面。模具內(nèi)真空或者標貼上的附著力都不再需要（圖1）。 


 
圖1 具有裝于抗靜電泡沫中吸罩的模芯（左）旋轉(zhuǎn)，從存庫 
中拿起標貼，而靜電和被加在標貼之中，模芯把標貼嵌入模 
中（右）。標貼被吸入到接地工具處，真空被關(guān)閉，模芯也回縮。 
盡管一些注塑廠家試圖用手工給標貼加靜電荷，并把標貼放在模具內(nèi)，但實踐顯示這是一種耗人工和不可靠的方法，這也放慢了塑機的周轉(zhuǎn)。 

將靜電的優(yōu)點充分利用需要以下部件： 

◆ 具有恰當設(shè)計臂端工具（EOAT）的機械手； 
◆ 標貼存庫； 
◆ 高壓直流電源，可調(diào)節(jié)輸出電壓為30kV； 
◆ 材料和結(jié)構(gòu)合適的標貼，能接受和保持靜電荷。 

一般帶電方法 

盡管在臂端工具上裝上充電極提供了高度的可靠性和可復制性，但它對于臂端工具的設(shè)計者來說，卻意味著一定程度上的挑戰(zhàn)。所需電極的式樣和數(shù)量有賴于標貼的大小和形狀，以及放置標貼的模具表面輪廓。所以，每種臂端工具會需要建起自己的獨有充電極。 

雖然標貼被臂端工具上的吸罩所吸住，但充電極直接位于標貼的背部。發(fā)射針一般對著標貼的背部，距離約1英寸。當機械手把標貼放在模具表面上時，充電電源被打開0.5至2秒左右。這就把靜電荷加到標貼上，標貼瞬時與接地金屬模具粘在一起了。真空被關(guān)閉，機械手把臂端工具從壓機中抽出。 

當把臂端工具設(shè)計成與充電極融合在一起時，應(yīng)當考慮幾個步驟，以確保濟佳的標貼帶電。例如，如果發(fā)射器被放在標貼背部1英寸處，臂端工具的任何金屬件必須接電，并離發(fā)射器至少相隔1.5英寸。比這隔得還近的金屬會吸引充電極的部分電場，使標貼帶的電荷較少。 

如果各個發(fā)射器被安裝在真空吸盤之上，吸盤必須由非導電性材料構(gòu)成，如PE、PTFE、PVC、UHMW－PE或聚丙烯酸。接近充電極的臂端工具的任何元件必須由非導電性材料構(gòu)成，如果這樣做不會破壞強度和結(jié)構(gòu)的完整性。導電的任何元件必須接地。 

現(xiàn)在有兩種充電極：限流型和非限流型。限流型有著直接的靜電紋式樣。它們含有電阻器，與高壓電源相匹配。其優(yōu)點是，如果太接近金屬時，這個充電極不會“強電弧”，當人不小心碰到在帶壓的充電極時，具有高度的可靠性。 

強電弧是一種高電流電弧放電，一般看上去是從施電器的高壓發(fā)射極到類似金屬模腔的導電表面的亮白色或黃色火花。當非限流式施電器與模具靠得太近或操作電壓設(shè)定得太高時，這就會出現(xiàn)了。來自施電器發(fā)射極的高壓電能破壞了發(fā)射極與接地金屬模具表面之間的氣體絕緣性能，產(chǎn)生電弧。這種電弧能產(chǎn)生模具表面的凹陷和射頻干擾（RFI），可能影響機械手或注塑機的微處理控制。 

相反地，限流施電器的電阻限制了可以引自發(fā)射極的電流量，從而避免了高壓電弧。 

一些較新的靜電電源含有電弧感應(yīng)回路，專門用來保護與非限流施電器一起使用的電源固態(tài)成分。如果電源感應(yīng)到過度電流，其控制電路馬上進入電弧保護切斷模式，切斷高壓輸出，保護電源的敏感性電子元件。當這出現(xiàn)時，靜電的充入就被中斷。當使用非限流式施電器時，這可能是常見和麻煩的事情。 

作為另一種可靠防范，由施電器到電源的高壓電纜必須足夠的松馳，以使電纜能受得住濟小張力的所需運動。這些電纜應(yīng)當每周作檢查，如果發(fā)現(xiàn)電纜破裂、磨損或脆弱時，應(yīng)當進行更換。 

簡單的充電方法 

利用遠程安裝的充電極是施加電荷的一種簡化方法。它很少需要修正臂端工具，較易于安裝，能滿足很多不同尺寸和形狀標貼對同一個充電極的需要用。這種充電方法將適用于那些被施加到較平模面的大多數(shù)膜狀標貼上。 

在這種充電過程中，機械手揀取倉庫里的標貼，確定標貼的位置，通過充電條傳遞標貼。標貼后部的接電參考表面吸引充電條產(chǎn)生的電場，標貼就帶上了電。機械手把標貼放在對著成型模具模表面的位置，把真空釋放到吸罩里，標貼仍位于模具的表面上。 

用這種方法，充電條被安裝在成型機和標貼庫之間的長久性用具上?？梢允謩娱_啟充電源，并在運行時一直開著，或者通過機械手上的PLC，遙控電源的開合。 

在一些情況下，標貼可能不易于從吸罩中出來，并可能因吸罩表面上的靜電荷引起的的相互靜電吸引而輕微歪斜。如果出現(xiàn)了這種情況，可以在充電條和標貼庫之間的機械手行程中裝上靜電中和條。每當機械手轉(zhuǎn)向揀取新標貼時，吸罩將不帶靜電。較小直徑的吸罩會降低帶電表面積，這可能有助于減少問題的出現(xiàn)。 

臂端工具的夾具需要接地的導體，例如金屬板。導電表面應(yīng)當至少和標貼一樣大，并直接安裝在標貼背部0.25－0.5英寸的地方。吸罩應(yīng)當有盡可能濟小的直徑，這對于提供足夠的抓持力以防止標貼滑動和被夾具上的接地面所吸引是必要的。 

機械手裝置的所有導電部件必須接地，并應(yīng)當有圓弧狀的邊和角。不應(yīng)有直邊或棱角。 

一種簡化的方法為賦予了更好的支持，標貼能從臂端工具到模具做均衡移動。這種過程的原理和上述的一樣，但需要另外在臂端工具的金屬板上貼上一塊抗靜電泡沫層。這種材料的厚度應(yīng)當在0.375英寸左右，并且表面和體積電阻在109－1010之間。由用于電路板工業(yè)的多數(shù)靜電控制分配器可以獲得這種材料。多數(shù)這種材料被制成具有壓紋表面，并可能需要磨砂來得到光滑均勻的表面。打磨表面也增進了標貼的帶電。 

吸罩被融入到泡沫材料中，并應(yīng)與表面齊平的。因為泡沫墊與接地金屬模表面相比有著較高的電阻，所以帶電的標貼對模具有著較高的吸引力，并且當關(guān)閉真空時，它會從泡沫墊移至模具中。 

標貼的重要特性 

對于利用靜電荷把標貼粘在模具上的可靠性來說，標貼的物理和電氣性能是極為重要的。接觸模腔的標貼表面必須是良好的絕緣體，以接收和保持靜電荷。理想的情況是，這種表面的電阻應(yīng)達1012歐姆或更大。電阻越大，當標貼接觸金屬模腔時，能更好地接收電荷，而不會把電荷漏至地極中。如果當與模具接觸時沒有保持電荷，就會失去附著力，標貼從預期位置滑落。利用市場上就有的表面電阻計，就能完成對標貼電阻的測量。 

如果使用導電性油墨、涂料或箔層，他們必須位于標貼背部，對著和模具的接觸面。在這種情況下，使標貼帶電的濟佳方法是施電器在注機外部（簡化的帶電方法）和標貼的導電表面對著臂端工具的真空點。如果施電器被安裝在標貼后方的臂端工具上，高壓電場不能滲透至導電層中，也就不會有足夠的電荷被應(yīng)用到與模腔的接觸面上。 

提醒一句：帶電箔層或?qū)щ妼咏咏?/span>模具表面時，將很可能以電弧的形式放電。這種放電的結(jié)果是射頻干擾（RFI），使微處理控制出現(xiàn)問題，特別是如果非屏蔽感應(yīng)器或電纜在近旁時。長時期的持續(xù)放電也可能在模腔上產(chǎn)生凹陷。 

標貼性能，如厚度、卷曲度和表面紋理，也會影響附著力。例如，較厚標貼可能會卷曲。類似的，預制的標貼可能需要與帶輪廓的模具表面相容。 

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