CN101269561B - 表面保护层 - Google Patents

Abstract

本发明是有关一种表面保护层，特别是指一种提升表面保护层硬度的结构及方法。本发明表面保护层包括有至少二层涂层：热塑层及硬化层，热塑层是由一或多数涂层所组成，总厚度为3μm～30μm，该热塑层必须具备热可塑性及在热压拉伸成型时不龟裂特性，硬化层由一或多数涂层所组成，总厚度为3μm～30μm，该硬化层在热压拉伸成型必须具备不龟裂特性，然后这硬化层可以经过光照射法完成硬化以形成表现出最终耐化学溶剂与耐刮伤特性。此表面保护层可运用或移转至射出成型或热压成型对象上，硬化层向外，使其可以增强表面硬度又可进行热压成型加工。

Description

表面保护层

技术领域

本发明属于表面保护层技术领域。

背景技术

在传统模内装饰射出成型过程中【又称之为IMD，参考Nakamura，Y.，United States Patent5,993,588(1999)、The Injection Molding of QualityParts：ATI1147e Process Engineering Alternatives and Process Selection，Bayer Corporation】，图案是先印刷在载体薄膜上，经过加热移转至成型对象上；在热转写薄膜上之主要结构包括聚酯树脂(PET)所成之载体薄膜，载体薄膜先用离型剂涂布，上面再进行不同功能或图层之涂布与印刷。

另一种方式之模内装饰射出成型过程是放入可成型薄膜来使用(又称之为FIM，模内***薄膜，参考The Injection Molding of Quality Parts：ATI1147e Process Engineering Alternativesand Process Selection，BayerCorporation)，开始过程是使用经过印刷或完成上色有装饰效果之热可塑成型薄膜，经裁切成片状，再加热成型，成为最终希望之形状对象，其后再修边并置入射出模具模穴内，用兼容的塑料射出以完成包覆成型。

另外也可以利用已印刷图案之热转写薄膜或热可塑成型膜，覆盖在热可塑基材之上，热压成型以制成为最终希望之形状对象。

通常在可携式电子产品中，物体之外观表面需要有坚硬的保护层，其能耐化学品侵蚀及耐物品或指甲的刮伤。传统上有一种方式是在对象外形制造完成后再使用喷涂方法将硬化层涂布上去，但此方法制程繁琐、良率低且会产生溶剂空气的污染，这是一种具环保污染且昂贵花钱的制程，且用在外形复杂、大面积对象时品质不佳。另一种较便利选择是在IMD或FIM于热成型前，在热转写膜或热可塑成型薄膜上先形成保护层涂布，使其表面干燥或部份硬化使表面不回黏(B stage)，而且此保护层在热成型阶段间具有拉伸后不会龟裂之特性。这保护层之最大硬度在Bstage受拉伸比所限制(1.2以上)。在接着或转写至成型对象上，这B stage保护层可以经过光照射法完成硬化特性(全硬化C stage)以形成表现出最终耐化学溶剂与耐刮伤性质(以铅笔硬度等级来显示)。在B stage保护层必须具有硬度使表面不回黏而可进行后续处理，然而这也限制在全硬化(C stage)时经过光照射须完全硬化之高分子间的活动性及硬化效率，由于保护层之最终显示硬度是在全硬化(C stage)完成之后，此功能依靠着在Bstage热成型时拉伸不龟裂的特点与在全硬化(C stage)之机制所互相匹配而完成。至目前以聚碳酸酯(PC)为基材之商用量产品(大拉伸比:1.2以上)最高铅笔硬度等级为HB，使用本方法可以增加硬度达到2H或更高。以上即为现有技术最大的缺失，实为业界亟待克服之难题。

发明内容

本发明之主要目的在提供一种可以运用在射出成型或热压成型对象上，使其可以增强表面硬度又可进行热压成型加工的表面保护层，此保护层可运用或移转至射出成型或热压成型对象上。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种表面保护层，其特征在于：用于热塑成型聚碳酸脂类薄膜涂布保护层时，包括至少二层涂层如下：

热塑层：邻接于热塑成型基材，是由一或多数具备热可塑性及在热压拉伸成型时不龟裂特性的涂层所组成，总厚度为3μm～30μm；铅笔硬度比热成型PC聚碳酸脂类基材更高，HB以上；

热成型硬化层：由一或多数具备在热压拉伸成型时不龟裂特性、并可以经过光照射完成硬化的涂层所组成，总厚度为3μm～30μm。

一种表面保护层的制造方法，其特征在于：包括下列步骤：

在热塑成型薄膜基材上，涂布与干燥形成一或多数热塑层涂层；

在热塑层上重叠涂布生成一或多数热成型硬化层涂层，使其表面干燥或部份硬化要能完全不回黏，以于热塑成型薄膜基材上制成B stage保护层之热塑成型薄膜，以行后续作业。

本发明的有益效果在于：

一种应用于射出成型或热压成型对象上，进行耐刮保护层涂布，使其可以增强表面硬度又可进行热压成型加工，此表面保护层可运用或移转至射出成型或热压成型对象上，在制程深度成型时，可以避免保护膜面拉伸时的龟裂现象，并达到提高生产良率、效率、彩色化及减少环境污染之功效。

附图的简要说明

图1是本发明实施例剖示图。

图2是本发明另一实施例剖示图。

【主要附图标记说明】

(A)热塑层

(B)热塑成型基材

(C)硬化层

(D)硬化层

(E)离型膜

(F)热塑层

具体实施方式

本发明能显著加强具有硬度之保护层，具有至少二层以上的结构，包括使用光照射形成保护层的硬化层及以热可塑性形成保护层的热塑层，在热成型时也具有拉伸时不龟裂且有硬度。热塑层要有足够厚度(较合适是3～30μm)和比热成型PC基材更硬才可以提高保护层硬度至真正最后硬度(HB以上)。热塑层具有二个可以加强涂布保护膜硬度之机构，第一：热塑层之基本硬度可以加强整体保护膜之硬度，第二：在热成型时，在作大拉伸比(1.2以上)时，热塑层对硬化层之拉伸具有缓冲之功能。如此结果，硬化层真正拉伸比为1.2以下而不会龟裂。因此我们可以用更硬之涂层而无龟裂的风险。其它热塑层树脂选用的条件：

1.低于热成型温度之软化温度，才能在热成型时也具有拉伸时不龟裂，其依据是不同基材而决定；例如PC热成型温度为120～150°C，热塑层树脂之软化温度较合适是90～110°C。

2.与所接触到之涂层接着良好。

3.折射率应介于基材和外表涂层材料之间，才能减小光干扰及增加透光率。

4.在全硬化(C stage)光照射硬化层时要有很好的稳定性。

添加剂能加入热塑层中，以增加保护层之效能；充填剂例如无机或有机之粉体如硅粉能更增强硬度，其它功能添加剂可以包括抗光、抗热之安定剂、紫外线阻挠剂、色母、交联剂等等·热塑层之硬度也可藉在涂布后以光或热局部交联以提高，而拉伸时不龟裂；但其软化温度仍要低于热成型温度。

硬化层必须干燥或部份硬化使其表面完全不会回黏，以利后续制程操作(B stage)。此外，硬化层在热塑成型时具有拉伸功能而且不龟裂；最后硬化层经由热或光照射后完全硬化(C stage)使其具有耐化学品侵蚀及抗刮性。在本发明中，光照射包括紫外线光(UV)或电子束(EB)或gamma束之照射。

为达成本发明前述目的之技术手段，兹列举一实施例，并配合图式说明如后，可由之对本发明之方法、特征及所达成之功效，获致更佳之了解。

请参阅图1所示，本发明表面保护层，运用于热塑成型薄膜涂布保护层时，其主要包括至少二层涂层：

热塑层(A)：邻接于热塑成型基材(B)，是由一或多数涂层所组成，总厚度为3μm～30μm，这涂层必须具备热可塑性及在热压拉伸成型时不龟裂特性；

硬化层(C)：由一或多数涂层所组成，总厚度为3μm～30μm，这涂层必须具备在热压拉伸成型时不龟裂特性。硬化层最后可经由光照射进行硬化(C stage)使其具有耐化学品侵蚀及抗刮性。

本发明能抗化学品侵蚀及具抗刮之热塑成型薄膜(B stage)的制造过程如下：

在热塑薄膜基材上，涂布与干燥形成一热塑层。在热塑层上重叠涂布成硬化层，使其表面干燥或部份硬化要能完全不回黏，才能行后续作业。在可选择下，热塑层、硬化层可以使用狭缝式涂布、淋膜式涂布，以单层涂布方式或多层涂布方式或综合上述涂布方式来同时完成。在硬化层之上可贴合或涂布具有保护功能的保护膜以防止制程中的刮伤。如果有需要，也可在薄膜之反侧贴合或涂布具有保护功能的保护膜，以防止制程中基材刮伤。

通常，在可塑成型薄膜之保护膜涂布层的背面进行印刷或图案的处理，同时保护膜涂层也可以经由热压力压出希望之图案。

利用上述B stage热塑成型薄膜以制成物品有二种方式：

第一种是让模具和热塑成型薄膜两者皆到达预热成型温度后，经由真空吸引力或上模具加压下使热塑成型薄膜成型。运用光照射在前述Bstage热塑成型薄膜上，使保护层完全硬化。再置放于射出成型机的模穴内，带有保护层之一面和模具接触，注入预热完成的树脂与预成型体内面结合成一体而形成具有硬度而不会变形的形状，且使该成型对象表面能抗化学品侵蚀及具抗刮性。

第二种是在热成型温度操作下，置放B stage热塑成型薄膜在已成型对象之上，再经由真空或压力操作方式，使该热塑成型薄膜和成型对象结合成一体。然后使用光照射于成型对象上以完全硬化保护层。

另外，B stage热塑成型薄膜之保护层于热成型过程时，也可以依据模具表面上具有压花图型表面，接触到保护层而形成所希望的图案。

请再参阅图2所示，本发明另一实施例为具有可移转性能之防刮硬化保护层，其是涂布于离型膜上，并至少由二层涂层所构成：

硬化层(D)邻接于离型膜(E)上，由一或多层涂层组成，总厚度为3～30μm；这涂层在热成型时在拉伸时不会龟裂，硬化层最后可经由光照射进行硬化(C stage)使其具有耐化学品侵蚀及抗刮性。

热塑层(F)由一或多层涂层组成，总厚度为3～30μm，这涂层必须具备热可塑性及在热压拉伸成型时不龟裂特性；

为增加防刮硬化保护层的易附着性能，一种透明性的涂料层可以加于热塑层之上，以求图案或印刷油墨和成型对象树脂易于附着。

本发明具有可移转性能之防刮硬化保护层的制造过程如下：

在离型膜上涂布生成一或多数硬化层涂层，使其表面干燥或部份硬化(B stage)要能完全不回黏；

在硬化层上重叠涂布与干燥形成一或多数热塑层涂层，以于离型膜上制成具备B stage保护层之可移转性能热转写膜，以进行后续作业。

利用上述可移转性能热转写膜以制成物品有二种方式：

第一种是置放该离型膜上制成B stage保护层之可移转性能热转写膜于射出成型机的模穴内，B stage保护层置于内侧；

注入树脂使得树脂和该B stage保护层结合成一体并成型；

待该B stage保护层移转到成型对象上，撕除离型膜，使用光照射于成型对象上之B stage保护层以完全硬化保护层(C stage)。

第二种是以可移转性能热转写膜上的B stage保护层面对并接触成型对象，在热成型温度操作下，再经由真空或压力操作方式，移转B stage保护层到成型对象上并结合为一体，再移除离型膜，然后使用光照射于成型对象上以完全硬化保护层(C stage)。

为证明本发明确实可行，特提供验证，其试验方法如下：

1.涂层硬度：涂层先涂在热成型基材(例如PC膜)上，然后以铅笔硬度计：ASTM D3363-74，500g荷重测试；

2.耐化学品性：在完成C-stage光照射完全硬化后，使用约30mgEAC(ethyl acetate)溶剂滴至保护层，允许其停滞于25℃之室温空气中自然干燥(一般至少5分钟)，检视保护层之表面是否有轻微的腐蚀或雾化状况产生。

3.耐龟裂性：在热成型时的耐龟裂特性，先以热风或红外线加热器将薄膜表面预热50秒使达到130℃后，将预热后的薄膜置放于加热到130℃的热成型模具中约60秒钟，移除热成型模具并检查最大拉伸比位置(拉伸比：1.2以上)是否有龟裂状况；

例1

使用175μm PC聚碳酸酯薄膜(Bayer DE1-1)，先涂布第一层约7μm厚度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)之热塑层，之后再使用具紫外线照射硬化之压克力系涂料涂布约10μm厚度之硬化层于第一层涂料之上方。经由模具加热压下使热塑成型薄膜成型。再以水银式紫外线灯约500mJ/平方公分之当量照射保护膜涂布层使完全硬化。

例2

同例1，只有改变第一层PMMA的涂布厚度为12μm。

比较例A

使用175μm PC薄膜，只有涂布7μm PMMA涂层。

比较例B

使用175μm PC薄膜，只有涂布12μm PMMA涂层。

比较例C

同例1，但没有涂布PMMA涂层。

其试验结果如下表，可证本发明确实可行：

 

例证	热塑层	硬化层	涂层硬度	耐化学品性	耐龟裂性
						PC薄膜	-	-	4B	很差	佳
比较例A	7	-	2B	很差	佳
						比较例B	12	-	B	很差	佳
比较例C	-	10	HB	佳	佳
						例1	7	10	H	佳	佳
例2	12	10	2H	佳	佳

惟以上所述，仅为本发明之一较佳可行实施例而已，并非用以局限本发明之范围，举凡熟悉此项技艺人士，运用本发明说明书及申请专利范围所作之替代性制造方法，理应包括于本发明之专利范围内。

Claims (11)

1.一种表面保护层，其特征在于：用于热塑成型聚碳酸脂类薄膜涂布保护层时，包括至少二层涂层如下：

热塑层：邻接于热塑成型基材，是由一或多数具备热可塑性及在热压拉伸成型时不龟裂特性的涂层所组成，总厚度为3μm～30μm；铅笔硬度比热成型PC聚碳酸脂类基材更高，HB以上；

热成型硬化层：由一或多数具备在热压拉伸成型时不龟裂特性、并可以经过光照射完成硬化的涂层所组成，总厚度为3μm～30μm。

2.如权利要求1所述之表面保护层，其特征在于：该热塑层材料的软化温度点必须低于热压成型时的模具设定温度。

3.如权利要求1所述之表面保护层，其特征在于：该热成型硬化层之表面必须干燥或部份硬化要能完全不回黏，热成型硬化层最后可经由光照射后完全硬化，具有耐化学品侵蚀及抗刮性。

4.如权利要求1所述之表面保护层，其特征在于：在热成型硬化层之上贴合或涂布具有保护功能的用于防止制程中的刮伤的保护膜。

5.如权利要求1所述之表面保护层，其特征在于：该薄膜之反侧贴合或涂布具有保护功能的用于防止制程中基材刮伤的保护膜。

6.一种如权利要求1所述的表面保护层的制造方法，其特征在于：包括下列步骤：

在热塑成型薄膜基材上，涂布与干燥形成一或多数热塑层涂层；

在热塑层上重叠涂布生成一或多数热成型硬化层涂层，使其表面干燥或部份硬化要能完全不回黏，以于热塑成型薄膜基材上制成B stage保护层之热塑成型薄膜，以行后续作业。

7.如权利要求6所述之表面保护层的制造方法，其特征在于：该热塑层、热成型硬化层可以使用单层多次涂布方式或多层同时涂布方式或综合上述涂布方式来同时完成。

8.如权利要求6所述之表面保护层的制造方法，其特征在于：在制造成型对象具有表面保护层时，包含步骤有：

将具有B stage保护层之热塑成型薄膜在保护层的背面进行印刷或图案的处理；另外，也可以在B stage保护层表面经由热压力压出希望之图案；模具和热塑成型薄膜两者皆到达预热成型温度后，经由真空吸引力或上模具加压下使热塑成型薄膜成型；运用光照射在B stage保护层上，使保护层涂布层完全硬化；再置放于射出成型机的模穴内，带有保护层之一面和模具接触，注入预热完成的树脂与预成型体内面结合成一体而形成具有硬度而不会变形的形状，且使该成型对象表面能抗化学品侵蚀及具抗刮性。

9.如权利要求6所述之表面保护层的制造方法，其特征在于：在模具和热塑成型薄膜两者皆到达预热成型温度后，经由上模具加压下将接触到保护层端模具上的图案压到保护层上。

10.如权利要求6所述之表面保护层的制造方法，其特征在于：在制造成型对象具有表面保护层时，包含步骤有：

在热塑成型温度操作下，置放表面具B stage保护层之热塑成型薄膜在已成型对象之上，再经由真空或压力操作方式，使该热塑成型薄膜和成型对象结合成一体；在结合成一体的成型对象上，使用光照射使热塑成型薄膜的保护层完全硬化，使该成型对象表面能抗化学品侵蚀及具抗刮性。

11.如权利要求10所述之表面保护层的制造方法，其特征在于：在热塑成型薄膜于热塑成型过程时，依据模具表面上具有压花图型表面，接触到保护层而形成所希望的图案。

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