不起眼的静电用处大--静电在模内贴标中的应用

u8976 · 发表于 2010-10-8 10:14

不起眼的静电用处大--静电在模内贴标中的应用
尽管模内贴标（IML）工艺用于注塑中已经出现了25年以上的时间，但在过去两年中，人们对它的关注却是迅速增加。在成型时加上标贴，就不用衬垫、丝印或加标的二次步骤了，也不用电晕处理或者火焰处理了。更为重要的是，最终效果是永久性的。这使模内贴标以产品可靠度、指导性资讯、UPC代码、标志和装饰等，具有特别的吸引力。因为较少地用手抓持产品，模内贴标也是更为清洁、更为卫生。如果标贴的材料与塑件的材料一样，那么可回收性也提高了。

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在美国，模内标贴被用于玩具、办公用品、 ) J( y2 G0 F) p# v' z& j) L! H
电动工具和割草机的制造中，在欧洲，人们
) C+ i# _) C4 u5 d+ V越来越热衷于把模内标贴用于食品包装中。

虽然模内贴标技术有很多特点，但最为重要的考虑因素之一是标贴如何在注塑模具内被放得恰到好处。在许多应用中，静电是将标贴放到模内恰当位置的可靠、经济而高效的方法，可取代真空的使用。这种方法可以为成型业者及其客户与最终用户带来了明显的好处。

真空贴标

通过专门设计和加工的真空点，标贴可以被容纳于模内的理想位置。步骤如下：机械手从仓库里拾起标贴，将它放在模具内的合适位置，开启真空，射出模具。

对模具进行设计和加工，以融合真空，会为模具增加相当大的成本。接下来，标贴必须足够结实，以避免被吸至真空点，在完成品的表面上形成变形的图像或“疙瘩”。成型模具内的真空通道也可能导致不均匀的模具温度。

而且，机械手不漏掉标贴也是非常重要的。注射不含到位标贴的模具会引起极费时和费钱的停机，要移走模具和清理所有的真空点和通道。为了防止这种情况，需要一种探查真空和停止将聚合物注射到模内的方法。

当被成型产品的形状需要复杂的预制标贴时，或者当被塑件和标签需要有纹理的表面时，真空的利用就显得特别有优势了。

静电贴标

在模内贴标工艺中利用静电，因为不再需要模内的真空，具有了成本和可靠性方面的优点。当在材料和结构合适的标贴上加上静电荷时，标贴将被静电吸引至接地的模具金属面中，并可能因不错的附着性而被粘住几分钟时间。

在静电过程中，机械手靠吸力从仓库中拿起标贴。当标贴靠近模具表面时，高静电荷被加于标贴之上。机械手确定标贴的位置，释放真空，标贴被传送到模具表面。模具内真空或者标贴上的附着力都不再需要（图1）。

2 t) z- n4 }. I( u图1 具有装于抗静电泡沫中吸罩的模芯（左）旋转，从存库
, d( ~. `0 J8 L' H% M7 g中拿起标贴，而静电和被加在标贴之中，模芯把标贴嵌入模
; m1 v9 I$ G: ~0 Q0 X. H# N中（右）。标贴被吸入到接地工具处，真空被关闭，模芯也回缩。

尽管一些注塑厂家试图用手工给标贴加静电荷，并把标贴放在模具内，但实践显示这是一种耗人工和不可靠的方法，这也放慢了塑机的周转。

将静电的优点充分利用需要以下部件：

◆ 具有恰当设计臂端工具（EOAT）的机械手；
◆ 标贴存库；
◆ 高压直流电源，可调节输出电压为30kV；
◆ 材料和结构合适的标贴，能接受和保持静电荷。

一般带电方法

尽管在臂端工具上装上充电极提供了高度的可靠性和可复制性，但它对于臂端工具的设计者来说，却意味着一定程度上的挑战。所需电极的式样和数量有赖于标贴的大小和形状，以及放置标贴的模具表面轮廓。所以，每种臂端工具会需要建起自己的独有充电极。

虽然标贴被臂端工具上的吸罩所吸住，但充电极直接位于标贴的背部。发射针一般对着标贴的背部，距离约1英寸。当机械手把标贴放在模具表面上时，充电电源被打开0.5至2秒左右。这就把静电荷加到标贴上，标贴瞬时与接地金属模具粘在一起了。真空被关闭，机械手把臂端工具从压机中抽出。

当把臂端工具设计成与充电极融合在一起时，应当考虑几个步骤，以确保最佳的标贴带电。例如，如果发射器被放在标贴背部1英寸处，臂端工具的任何金属件必须接电，并离发射器至少相隔1.5英寸。比这隔得还近的金属会吸引充电极的部分电场，使标贴带的电荷较少。

如果各个发射器被安装在真空吸盘之上，吸盘必须由非导电性材料构成，如PE、PTFE、PVC、UHMW－PE或聚丙烯酸。接近充电极的臂端工具的任何元件必须由非导电性材料构成，如果这样做不会破坏强度和结构的完整性。导电的任何元件必须接地。

现在有两种充电极：限流型和非限流型。限流型有着直接的静电纹式样。它们含有电阻器，与高压电源相匹配。其优点是，如果太接近金属时，这个充电极不会“强电弧”，当人不小心碰到在带压的充电极时，具有高度的安全性。

强电弧是一种高电流电弧放电，一般看上去是从施电器的高压发射极到类似金属模腔的导电表面的亮白色或黄色火花。当非限流式施电器与模具靠得太近或操作电压设定得太高时，这就会出现了。来自施电器发射极的高压电能破坏了发射极与接地金属模具表面之间的气体绝缘性能，产生电弧。这种电弧能产生模具表面的凹陷和射频干扰（RFI），可能影响机械手或注塑机的微处理控制。

相反地，限流施电器的电阻限制了可以引自发射极的电流量，从而避免了高压电弧。

一些较新的静电电源含有电弧感应回路，专门用来保护与非限流施电器一起使用的电源固态成分。如果电源感应到过度电流，其控制电路马上进入电弧保护切断模式，切断高压输出，保护电源的敏感性电子元件。当这出现时，静电的充入就被中断。当使用非限流式施电器时，这可能是常见和麻烦的事情。

作为另一种安全防范，由施电器到电源的高压电缆必须足够的松驰，以使电缆能受得住最小张力的所需运动。这些电缆应当每周作检查，如果发现电缆破裂、磨损或脆弱时，应当进行更换。

简单的充电方法

利用远程安装的充电极是施加电荷的一种简化方法。它很少需要修正臂端工具，较易于安装，能满足很多不同尺寸和形状标贴对同一个充电极的需要用。这种充电方法将适用于那些被施加到较平模面的大多数膜状标贴上。

在这种充电过程中，机械手拣取仓库里的标贴，确定标贴的位置，通过充电条传递标贴。标贴后部的接电参考表面吸引充电条产生的电场，标贴就带上了电。机械手把标贴放在对着成型模具表面的位置，把真空释放到吸罩里，标贴仍位于模具的表面上。

用这种方法，充电条被安装在成型机和标贴库之间的永久性用具上。可以手动开启充电源，并在运行时一直开着，或者通过机械手上的PLC，遥控电源的开合。

在一些情况下，标贴可能不易于从吸罩中出来，并可能因吸罩表面上的静电荷引起的的相互静电吸引而轻微歪斜。如果出现了这种情况，可以在充电条和标贴库之间的机械手行程中装上静电中和条。每当机械手转向拣取新标贴时，吸罩将不带静电。较小直径的吸罩会降低带电表面积，这可能有助于减少问题的出现。

臂端工具的夹具需要接地的导体，例如金属板。导电表面应当至少和标贴一样大，并直接安装在标贴背部0.25－0.5英寸的地方。吸罩应当有尽可能最小的直径，这对于提供足够的抓持力以防止标贴滑动和被夹具上的接地面所吸引是必要的。

机械手装置的所有导电部件必须接地，并应当有圆弧状的边和角。不应有直边或棱角。

一种简化的方法为赋予了更好的支持，标贴能从臂端工具到模具做均衡移动。这种过程的原理和上述的一样，但需要另外在臂端工具的金属板上贴上一块抗静电泡沫层。这种材料的厚度应当在0.375英寸左右，并且表面和体积电阻在109－1010之间。由用于电路板工业的多数静电控制分配器可以获得这种材料。多数这种材料被制成具有压纹表面，并可能需要磨砂来得到光滑均匀的表面。打磨表面也增进了标贴的带电。

吸罩被融入到泡沫材料中，并应与表面齐平的。因为泡沫垫与接地金属模表面相比有着较高的电阻，所以带电的标贴对模具有着较高的吸引力，并且当关闭真空时，它会从泡沫垫移至模具中。

标贴的重要特性

对于利用静电荷把标贴粘在模具上的可靠性来说，标贴的物理和电气性能是极为重要的。接触模腔的标贴表面必须是良好的绝缘体，以接收和保持静电荷。理想的情况是，这种表面的电阻应达1012欧姆或更大。电阻越大，当标贴接触金属模腔时，能更好地接收电荷，而不会把电荷漏至地极中。如果当与模具接触时没有保持电荷，就会失去附着力，标贴从预期位置滑落。利用市场上就有的表面电阻计，就能完成对标贴电阻的测量。

如果使用导电性油墨、涂料或箔层，他们必须位于标贴背部，对着和模具的接触面。在这种情况下，使标贴带电的最佳方法是施电器在注机外部（简化的带电方法）和标贴的导电表面对着臂端工具的真空点。如果施电器被安装在标贴后方的臂端工具上，高压电场不能渗透至导电层中，也就不会有足够的电荷被应用到与模腔的接触面上。

提醒一句：带电箔层或导电层接近模具表面时，将很可能以电弧的形式放电。这种放电的结果是射频干扰（RFI），使微处理控制出现问题，特别是如果非屏蔽感应器或电缆在近旁时。长时期的持续放电也可能在模腔上产生凹陷。

标贴性能，如厚度、卷曲度和表面纹理，也会影响附着力。例如，较厚标贴可能会卷曲。类似的，预制的标贴可能需要与带轮廓的模具表面相容。

佐手写爱 · 发表于 2013-10-29 11:30

有没有类似模内贴标的模具结构

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