CN115157806B - 一种数码打印板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数码打印板材及其制备方法，当基材层的厚度不小于5mm时，数码打印板材包括主要由热熔性的第一树脂与填料构成的基材层、与所述基材层的装饰表面复合为一体的背景膜层、设置在所述背景膜层表面的2D图案层和覆盖所述2D图案层的主要由第二树脂构成的3D模拟层；当基材层厚度不大于5mm时，数码打印板材除上述结构外还包括与所述基材层的基底面复合为一体的弹性应力层；上述弹性应力层和背景膜层通过在线压贴或者共挤的方式与基材层复合为一体。本发明通过对基材层厚度与产品质量之间的研究，基于不同厚度的基材层提供了两种不同结构的数码打印板材，可以在简化生产工艺以及产品结构的同时保证产品合格率。

Description

一种数码打印板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及3D打印板材技术领域，具体地涉及一种数码打印板材及其制备方法。

背景技术

在进行地面装修时，常常会使用到地板。为了提高地面装修的外观档次，实木地板通常是高档装修的首选对象，其形成的木质纹路和图案可以提高视觉上的美感。然而实木地板对木材质量的要求较高，价格昂贵，且保养维护的费用较高，铺装使用会带来较大的经济开销，且不符合目前的环保理念。

为了降低生产、维护成本，提高地板的使用寿命，人们采用了多种材料来替代实木，并且通过一些手段来使这些替代产品同样具有木质纹路和图案。如专利申请号为CN202011282338.2的专利文件提供了一种石塑地板，该地板以PVC和石粉为原料制得石塑基材，随后在基材上贴合彩膜及其他膜层。石塑基材相较于实木具有防水、防火、抗腐蚀等优点，生产成本和维护成本均相较实木更低，而贴合的彩膜则能够模拟木纹效果，因此可以一定程度上替代木质地板。然而现实中的木纹是由3D结构构成的，彩膜形成的2D木纹与真实的木纹存在较大观感差别，因此难以获得外观逼真的仿实木地板。

专利申请号为CN202010237877.8的专利文件公开的基于聚烯烃生物质复合材料的室内地板，该地板以聚烯烃和生物质材料为原料制备芯材，随后在芯材的外层贴合木皮，相较于彩膜，由于木皮本身具有木质纹路且具有一定的厚度，使整体产品具有极强的木质感，然而目前市面上珍稀木皮材料常常供货短缺，因此在生产上仍然存在一定限制。

专利申请号为CN202010725836.3的专利文件公开了一种SPC基3D打印板材，具体地，该板材包括SPC基材层、3D打印色彩层以及UV防护层；基材层包括SPC芯层和与SPC芯层通过共挤复合在一起的背景膜层；背景膜层上还压印有呈木纹、花纹或者图案的纹理；或者SPC基材层包括SPC芯层和与SPC芯层通过在线压贴复合在一起的背景膜层，还包括树脂凹凸效果层，所述树脂凹凸效果层设置在所述的色彩层和UV防护层之间。该专利文件通过打印色彩层来形成平面的图案，并通过压印呈木纹、花纹或者图案的纹理或者设置树脂凹凸效果层的方式来形成立体的沟壑效果，进一步提升了板材的仿木效果，且不需要木皮等天然材料。然而该方案在实施过程中存在一定的缺陷，即树脂凹凸效果层需要利用光聚合树脂等材料在基材层上形成，而在光聚合过程中不可避免地发生表层应力的改变，常常发生整体板材的开裂、弯曲现象。

专利申请号为CN202111419020.9的专利文件提供了一种用于数码打印的基材、数码打印板材，在该专利文件的技术方案中，首先制得基底面具有弹性应力层的用于数码打印的基材，随后再在基材的装饰表面上进行3D打印操作，利用弹性应力层来抵消图案模拟层成型过程中产生的翘曲应力，弹性应力层与图案模拟层平衡后可以防止板材弯曲。该专利的目的是进一步地解决基材层可能出现的开裂、弯曲问题，而解决该问题需要弹性应力层与图案模拟层形成应力抵消。在实际生产过程中，为了达到上述效果，需要特别地控制弹性应力层的材料配方、厚度以及弹性应力层在基材上的形成工艺，并且该弹性应力层是预制的，因此弹性应力层在制作时要求特别高，需要严格控制工艺，应力小则效果不明显，应力大则容易出现反向翘曲；目前该方案产品虽然中试获得成功，但是还不能进行大货生产，原因就在于需要对参数进行严格的控制，对设备要求高，操作窗口也小。

发明内容

本发明提供了一种数码打印板材及其制备方法，以解决上述的整体板材可能出现的开裂、弯曲的问题，并且使得板材更加容易实施生产。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种数码打印板材，包括主要由热熔性的第一树脂与填料构成的基材层、与所述基材层的装饰表面复合为一体的背景膜层、设置在所述背景膜层表面的2D图案层和覆盖所述2D图案层的主要由第二树脂构成的3D模拟层；所述的3D模拟层形成有凹凸的立体图案结构；所述基材层的厚度不小于5mm。

现有的3D纹路形成方式是：先在基板上通过打印等方式形成一层具有2D图案的图案层，随后在2D图案上覆盖一层流动态的树脂前体（如由光聚合树脂的单体及其引发剂构成的液体），再对该流动态的树脂前体进行局部处理，最后对树脂前体进行固化处理，局部处理过的部位不发生固化或形成硬度较低的聚合物，因此容易被去除，而去除后便形成了3D的沟壑结构。一般而言，树脂前体固化形成的3D树脂层是透明的，因此图案层的图案可以透过该3D树脂层被观察，而该树脂层形成的沟壑结构则能为2D图案提供3D的视觉效果，从而形成仿木的3D纹路。在树脂前体固化的过程中会发生明显的收缩，从而使3D树脂层产生由边缘部位向中间部位的应力，而该应力会拉扯与3D树脂层复合的基材层，导致基材层向装饰表面一侧翘曲，而基材层主要是由PVC与70%以上的无机矿物粉体制得的，因此韧性较低，在表层应力的作用下容易产生断裂现象，向基材层中添加较多的增塑剂使基材层韧性提高可以一定程度上减少断裂现象，但增塑剂的过多添加会导致基材层本身材质较软，在受到应力时产生的翘曲度较大，导致产品合格率降低。因此现有技术中采用了“弹性应力层”等结构来抵消3D树脂层的应力的方案，避免板材产生弯曲、断裂。然而发明人发现，在生产结构为“弹性应力层-基材层-背景层-3D树脂层”的3D打印板材时，不同批次的板材存在明显的成品率差异。因此，发明人希望能解决批次间差异大的问题。经过严格的生产管理，发明人发现，批次间的问题并非是操作不当产生的。发明人不得不推定，这是由于“弹性应力层-基材层-背景层-3D树脂层”的技术方案本身对参数控制要求高，实施难度大导致的。

在产品中试期间，发明人发现基材层的厚度参数在批次差异上具有一定的影响。因此，发明人适当调整了基材的厚度。试验中，发明人将基材厚度控制在4mm以上，然后进行“弹性应力层-基材层-背景层-3D树脂层”的技术方案，发现显著地降低了批次间的差异，并且提高了成品率。因此，发明人推定，当基材层达到一定厚度时，基材对于表层的弹性应力具有较强的抵抗能力。发明人进一步联想，是否当基材层进一步增厚时，就无须弹性应力层的设置。

发明人进行了一系列的试验，发现当基材的材质是为以PVC为基体树脂，以碳酸钙为填料，且基体树脂与塑化剂含量不超过25%时，可将基材层的厚度调整至5mm，而不发生整体板材翘曲开裂问题的技术方案。在上述试验中，发明人进行了一系列的配方调整，进行了不同比例的PVC树脂、碳酸钙填料、塑化剂的研究，发现5mm是一个门槛，即，在不使用弹性应力层的情况下，将基材厚度调整至5mm以下，而不发生整体板材的翘曲或开裂是难以实现的。

也就是说，当基材层的厚度在5mm以上时，基材层自身的结构强度足以抵抗3D树脂层成型过程中的应力，因此针对该类产品无需采用设置弹性应力层也能保证产品不发生翘曲或断裂等现象，相对于设置弹性应力层的方案可以减少产品的生产工序。

现有技术中为了遮蔽基材层的颜色所使用的技术方案是采用光固化白漆对基材层进行处理，即在基材层的装饰表面上涂覆白漆，随后用紫外光进行处理，紫外光处理后即会形成由白漆构成的硬质背景层。白漆形成的硬质背景层主要由非热熔性高分子材料构成，因此同样缺乏韧性，且硬质背景层与3D树脂层类似，其成型过程中伴随着较为明显的体积收缩，因此会导致基材层受到朝向装饰表面一侧的翘曲力，而硬质背景层与3D树脂层对基材层的翘曲力会叠加，进一步导致板材受力损坏的阈值降低。

现有技术中设置的“弹性应力层”可以一定程度上解决上述问题的影响，而本发明方案因为不设置有“弹性应力层”，因此采用了另一种方案来改善该状况，即在基材层的装饰表面上复合一层由热熔性的第二树脂形成背景膜层以替代光固化白漆，以解决上述提到的叠加问题。这里的背景膜层可以通过共挤的方式与基材层一同从模具中挤出；也可以采用在线压贴的方式，在基材层挤出且尚未完全冷却时通过热压合与基材层复合为一体。优选地，可以采用在线压贴预制的背景膜层的方式，因为预制的背景膜层的厚度更容易控制，与基材层复合后也颜色也更加均匀，使背景膜层在能够遮蔽基材层颜色的同时做到厚度控制，精准控制产品质量。

此外，本发明中背景膜层主要由热熔性树脂材料形成，因此可以为基材层提供一定的韧性，当装饰表面一侧受到冲击时可以起到缓冲作用，而白漆形成的硬质背景层达不到该效果。

进一步地，述背景膜层的横向拉伸强度不低于25MPa，纵向拉伸强度不低于30MPa。

进一步地，所述背景膜层的横向加热尺寸变化率不超过2%，纵向加热尺寸变化率不超过6%。

进一步地，所述背景膜层的厚度不超过基材层的五分之一。

对于通过挤出成型方法制得的背景膜层，通常其纵向拉伸强度与横向拉伸强度存在一些差异，同样地，对于挤出成型的背景膜层，其纵向和横向的尺寸变化率也存在一定的差异。

需要说明的是，本发明所述的加热尺寸变化率基于ISO23999-2021标准，具体方法为：将背景膜层切割为240mm*240mm的试样，并在试样横向和纵向距离边缘20mm处各画出两对间距为200mm的平行线，形成四个交点，将试样放置在铝板上方，在23±2℃和50±5%RH条件下放置24h，通过卡尺测量四个交点在横向上的初始间距和在纵向上的初始间距各两个，取平均值得到横向初始间距A1和纵向初始间距B1；调节恒温干燥箱中的温度为80℃，将试样连同铝板一同放入至恒温干燥箱中放置6h，随后将试样连同铝板取出，在23±2℃和50±5%RH条件下放置24h，通过卡尺再次测量四个交点在横向上的间距和在纵向上的间距各两个，取平均值得到横向间距A2和纵向间距B2，横向加热尺寸变化率＝（A2-A1）/A1 ，纵向加热尺寸变化率（B2-B1）/B1。

进一步地，所述背景膜层的导热系数大于所述基材层。

由于本发明的上述方案中不含有“弹性应力层”，基材层的背面缺少反向平衡力，因此需要考虑基材与背景膜层复合成型过程中的产品质量问题，否则当背景膜层产生的应力足够大时仍然会有基材层开裂的风险。一般而言，将两层热塑性材料复合存在两种途径，其一是将两层结构分别预制成型，随后通过热压合的方式使其复合为一体，另一种是将两层结构的原料共挤至同一模具中，使其复合为一体结构，由于两层结构各方面的物理参数存在差异，因此成型过程中存在一些需要考虑的方面。对于热压贴法，在复合过程中两层结构均需先受热后冷却，那么在该过程中存在一个热膨胀到冷却复原的过程，因此两层结构分别会发生不同的体积变化。对于基材层而言，其含有大量的填料，因此热膨胀系数较小，若背景膜层热膨胀系数较大，则背景膜层冷却复原的过程中会相较于基材层产生较大的收缩并形成应力，影响基材层的结构稳定性。对于共挤法，两层结构存在一个由熔融态冷却到固态的过程，该过程一般而言还存在成型收缩率这一参数，即热塑性材料冷却成型后的体积相对于在模具中的熔融态体积存在一定收缩，当基材层和背景膜层成型收缩率存在较大差异时同样会产生较大应力，但在实际生产过程中，膜一般采用的PVC、EVA等材料成型收缩率均小于1%，因此不会产生较为明显的影响。即本发明方案在采用共挤法或热压法将基材层与背景膜层进行复合时，一般而言需要考虑膜的尺寸变化率。此外，在能够起到遮蔽基材层颜色的前提下，背景膜层一般而言越薄越好，但过薄的背景膜层在进行后续的2D图案层以及3D树脂层成型过程中可能会存在一些问题，因此背景膜层需要保留一定的厚度来保证足够的结构强度，优选地厚度为基材层的五分之一到十分之一。

还有一点需要考虑的是，对于单独的基材层，其冷却过程中两面均与空气直接接触，因此冷却速率基本相当，而单面复合背景膜层后，对于基材层而言该侧面不能与空气直接换热，存在冷却速率下降的问题，因此需要提高背景膜层的导热系数，使背景膜层的导热性大于基材层，从而弥补该缺陷。由于不同树脂材料的导热系数存在差异，因此为了更方便、简洁地确保背景膜层与基材层的导热系数大小关系，本发明优选地可以使背景膜层和基材层所包含的基础树脂为同一种类，例如背景膜层与基材层中基础树脂均为PVC，同时基材层中含有导热系数低于基础树脂的填料，例如重钙等，由此可以较为容易地形成背景膜层导热系数大于基材层的状态。

进一步地，所述的第一树脂为聚烯烃树脂或聚氯乙烯树脂。

进一步地，所述背景膜层为浅色，且能够遮蔽基材层的颜色。在本发明中，背景膜层需要遮盖基材层的颜色，以避免基材层形成的颜色、纹路等对2D图案层和3D树脂层的视觉效果造成影响，同时背景膜层自身的颜色也不能对2D图案层和3D树脂层的视觉效果造成影响，因此背景膜层需要选用非透明或者半透明的浅色材料，优选地，所述的背景膜层为不透明的白色膜层。

进一步地，所述的3D树脂层表面还复合有表面保护层。表面保护层通常为耐磨材料形成，例如光固化涂料等，用于保护3D树脂层的凹凸结构不被磨损。

本发明的目的还包括提供另一种数码打印板材。

一种数码打印板材，包括主要由第一树脂与填料构成的基材层、与所述基材层的装饰表面复合为一体的第一背景膜层、与所述基材层的基底面复合为一体的弹性应力层、设置在所述第一背景膜层表面的2D图案层、覆盖所述2D图案层的主要由第二树脂构成的3D模拟层；所述的3D模拟层形成有凹凸的立体图案结构；所述的基材层厚度不大于5mm。

进一步地，所述的弹性应力层与第一背景膜层相同，且厚度均不超过基材层厚度的五分之一。

发明人在实际生产中发现，当SPC基材层厚度小于5mm时，生产得到的结构为“基材层-背景层-3D树脂层”的板材时在成品率方面存在一定的缺陷，基材层容易发生开裂。现有技术中解决的方法是设置“弹性应力层”，即产品结构为“弹性应力层-基材层-背景层-3D树脂层”，利用弹性应力层来抵消背景层和3D树脂层产生的应力。然而实际操作时，因为弹性应力层对应的是“背景层+3D树脂层”，并且背景层是由多层光固化漆层复合而成，理论上来讲需要考虑到多种材料的收缩率，因此实际生产时对弹性应力层的所需的厚度难以把控。发明人经过分析认为，基材层开裂的主要原因是基材层韧性不足，因为SPC基材层包含大量的矿物质粉体填充料，因此变得质地坚硬但显脆性，在现有的3D打印技术中，需要在基材层上涂底漆、白漆以及3D树脂层材料，这些物质在成型过程中均会产生明显的收缩，从而产生应力，而脆性的SPC基材层在厚度为4mm以下时难以承受该应力。因此为了解决基材层开裂的问题，需要从两方面进行改进，其一是增强基材层韧性，使其抗应力能力提高，其二是降低3D打印过程中产生的应力，使基材层受力降低。本发明基于上述分析，提供了一种数码打印板材，该板材的基材层两侧通过共挤或在线压贴的方式设置有背景膜层与弹性应力层，且优选的背景膜层与弹性应力层的材质、厚度均相同，即在进行3D打印之前，基材层形成了“背景膜层-基材层-背景膜层”的复合基材，由于双面均设置有具有弹性的膜层结构，复合基材的整体韧性相较于基材层明显增强，抗应力的阈值提高，与此同时通过背景膜层替代了现有技术中的底漆和白漆，减少了应力的积累，使得3D打印过程中只有3D树脂层会产生应力，进一步降低了基材层开裂的概率。从另一方面，由于基材层厚度较低，因此其受背景膜层影响也会比较明显，而双面均复合膜层时，两背景膜层之间也会形成应力抵消，使复合基材结构更加稳定。

从另一方面，在本发明中，对于弹性应力层和背景膜层的设置可以同时进行也可以先后进行，因为即使两者因为复合先后的原因导致基材层受到不对称的应力，后续也可通过热辊压等方式使复合基材的应力释放，经过热辊压处理的复合基材因为两侧面的弹性应力层与背景膜层材质、厚度相同，冷却过程中产生的应力是基本对称的，因此不易发生翘曲。

本发明的目的还包括提供上述数码打印板材的制备方法。

一种数码打印板材的制备方法，包括以下步骤：

S1、将热熔性的第一树脂与填料混合并加热形成第一熔体，将所述的第一熔体导入至模具中形成基材层前体；

S2、将预制的膜输送至基材层前体的一侧表面或将两层预制的膜分别输送至基材层前体的两侧表面，在基材层前体未完全冷却固化时将膜与基材层前体在线热压合，随后定型处理得到包含膜与基材层的复合基材；或者将用于形成所述背景膜层的原料或者形成所述背景膜层和弹性应力层的原料加热形成第二熔体，将所述的第二熔体导入至模具中，并使第二熔体包覆在尚未完全冷却的基材层前体的一侧表面或两侧表面，在模具中复合、定型，得到包含背景膜层与基材层的复合基材或者得到包含背景膜层、弹性应力层与基材层的复合基材；

S3、通过第一打印设备在复合基材的背景膜层上形成2D图案层，得到第一打印板材；

S4、向第一打印板材的2D图案层表面均匀施加非固态的第二树脂组合物；所述的非固态的第二树脂组合物为包含可交联形成第二树脂的预聚体、单体及引发剂的混合液体；或者所述的非固态的第二树脂组合物为熔融态的第二树脂；

S5、通过第二打印设备向所述的第二树脂组合物的表面依照图案形状施加包含阻聚剂或者阻凝剂的表面处理液，随后使第二树脂组合物通过交联聚合的方式固化，形成3D模拟层前体，再去除表面处理液或者第二树脂组合物与表面处理液形成的混合体，形成具有凹凸的立体图案结构的3D模拟层；所述的阻凝剂为包含可交联形成第三树脂的预聚体、单体的混合液体，且所述的第三树脂tg值低于第二树脂；

S6、在3D模拟层表面涂覆保护涂料，固化后形成表面保护层，即得到数码打印板材。

需要说明的是，这本发明提供的方法中，基材层前体可以复合一层背景膜层，也可以复合一层背景膜层与一层弹性应力层，具体工艺取决于基材层的厚度；若基材层厚度在5mm以上，则仅复合一层背景膜层，而复合有背景膜层的一侧面则被称作装饰表面；若基材层厚度在5mm以下，则复合背景膜层与弹性应力层，当复合背景膜层与弹性应力层时，优选地使弹性应力层与背景膜层的材质、厚度相同，后续进行3D打印时任选一面进行打印即可，而进行3D打印的一面与基材层复合的层结构被称为背景膜层，未被进行3D打印的一面与基材层复合的层结构被称为弹性应力层，因此对于背景膜层与弹性应力层的命名取决于后续3D打印工艺的实施方式。

本发明中第二树脂为光聚合树脂，第二树脂组合物为形成该光聚合树脂的预聚体、单体及引发剂，当未发生聚合时，第二树脂组合物为液态漆状，因此可以均匀涂覆在形成有3D图案的背景膜层表面。表面处理液可以是包含阻聚剂的液态物质，当表面处理液施加在第二树脂组合物上时，表面处理液与第二树脂组合物接触的部位形成包含阻聚剂、预聚体、单体及引发剂的混合体，在对第二树脂组合物进行光聚合处理时，未接触表面处理液的第二树脂组合物正常固化形成硬质的光聚合树脂，而混合体因为阻聚剂的存在，不发生固化或者固化形成硬度低的低聚树脂，在后续处理中通过冲刷等方式去除；或者表面处理液为包含可交联形成tg值更低的第三树脂的预聚体、单体的混合液体，在进行光固化时，第二树脂组合物与表面处理液分别进行固化，第二树脂组合物形成tg值更高的较为硬质的第二树脂，表面处理液形成tg值更低的较为软质的第三树脂，在后续处理中通过钢刷等器具可以将第三树脂从第二树脂表面去除，去除后第二树脂表面即形成由第三树脂原本占有的空间形成的沟壑结构。在施加表面处理液之前，优选地可先对第二树脂组合物进行紫外光预处理，使第二树脂组合物流动性降低，以便3D模拟层的定型以及使第二树脂组合物与表面处理液之间容易形成分界，紫外光预处理时还应当控制紫外光强度以及处理时间，避免第二树脂组合物固化程度过高。

综上所述，应用本发明技术方案可以取得以下有益效果：

本发明通过调整基材层厚度可以在简化生产工艺以及产品结构的同时保证产品合格率。当基材层为5mm以上时，板材结构为基材层-背景膜层-2D图案层-3D模拟层，无需在基材层的背面贴合弹性应力层来抵消3D模拟层产生的应力，基材层本身的结构强度配合具有弹性的由树脂材料制成的背景膜层即可达到防止基材层开裂的目的，背景膜层的设置也消除了现有的通过白色底漆遮盖基材层颜色的方案中白色底漆成型收缩产生的应力；当基材层为5mm以下时板材结构为弹性应力层-基材层-背景膜层-2D图案层-3D模拟层，其中弹性应力层和背景膜层与基材层预复合成型后再进行2D图案层和3D模拟层的加工，利用弹性应力层和背景膜层的增韧效果来避免后续3D打印过程中基材层出现开裂等问题，并且优选地使弹性应力层与背景膜层材质、厚度相同，使基材层两侧的受力对称，降低基材层自身发生翘曲、开裂的概率，同时，当基材层与背景膜层材质、厚度相同时，复合基材可选取任意一面进行3D打印加工，使生产加工更加方便。

具体实施方式

对比例1

S1、将PVC树脂、重钙、增塑剂及其他添加剂混合，通过第一挤出机加热并导入至模具中形成基材层前体；基材层中包含PVC树脂15份、重钙75份、增塑剂3份、相容剂3份、稳定剂1.5份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份；

S2、将PVC树脂及其他添加剂混合，通过第二挤出机加热熔融导入至模具的次级流道中形成弹性应力层前体，并包覆基材层前体的基底面，基材层前体与弹性应力层前体构成的复合结构经定型、冷却后从模具中导出，得到基底面复合有弹性应力层的基材；其中，基材层厚度为3mm，弹性应力层厚度为0.5mm；

S3、在基材的装饰表面用辊涂机涂覆附着底漆，涂布量10g/m²，通过紫外光固化；本实施例中，用395 nm、8 W / cm²的紫外灯照射；

S4、在附着底漆的表面用辊涂机涂覆白色底漆 30g/m²，通过紫外光固化；光照强度设置同上一步骤；

S5、将所述的基材导入至2D打印设备中，在2D打印设备上导入所需打印的图案，设置板材尺寸、设置打印头高度、打开真空吸附装置、LED、紫外光固化灯；在上一步得到的基材的装饰表面上打印出所需的2D平面图案；打印图案的色浆为紫外光固化色浆；打印完成后，通过紫外光固化灯照射将图案定型，得到第一打印基材；本步骤中的设备为市场上购置的2D打印设备；

S6、在第一打印基材的2D平面图案上用辊涂机涂覆耐磨层，耐磨涂布量50g/m²，紫外光固化；光照强度操作设置同上；

S7、通过辊涂机在所述的耐磨层表面涂覆第二树脂组合物，本实施例中，第二树脂组合物主要包含丙烯酸、甲基丙烯酸及其低聚物，其中丙烯酸、甲基丙烯酸单体约占70vol%；允许少量混有其他单体或它们的低聚物，如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯等；必然含有少量的光引发剂；第二树脂组合物的涂布量为180g/m²；通过紫外光固化设备进行光固化处理，使产品通过设备时表面的第一树脂层不完全固化；

S8、利用3D打印设备，根据打印图案选择性的在图案模拟层前体上定点喷涂表面处理液，然后通过紫外光处理，使第二树脂组合物和表面处理液分别固化；本步骤中，表面处理液是光固化的单体，但与第三树脂组合物中的单体有所区别；本实施例中，3D墨水主要是由甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正己酯和它们的低聚物；允许少量混有其他单体或它们的低聚物，如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯形成的物质；必然含有少量的光引发剂；其中甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正己酯单体约占85vol%；

S9、利用辊刷机，去除由表面处理液固化形成的物质；此过程中需调节刷辊钢刷的硬度，在不产生划痕的同时去除表面处理液固化形成的物质，并清除干净；由此用表面处理液在打印的区域中产生三维结构，形成具有3D效果的表面纹理，即得到成型的3D模拟层；

S10、在3D模拟层表面涂覆10g/m²的UV面漆，并进行光固化处理形成有表面保护层，即得到数码打印板材。

对比例2

与对比例1基本相同，区别在于基材层厚度为3.5mm。

对比例3

与对比例1基本相同，区别在于基材层厚度为4mm。

对比例4

与对比例1基本相同，区别在于基材层厚度为5mm。

对比例5

与对比例1基本相同，区别在于基材层厚度为5.5mm。

对比例6

与对比例1基本相同，区别在于基材层厚度为6mm。

对比例7

与对比例1基本相同，区别在于基材层厚度为7mm。

产品测试：分别根据上述对比例1~7中方法分别批量生产50件长宽规格为500mm×500mm的方形板材，观察板材是否出现开裂、脱层现象，并测量板材的初始翘曲度和加热翘曲度，统计产品合格率，结果如表1所示。其中，出现肉眼可观察的质量问题的板材以及加热翘曲度大于1mm/m的板材均记为不合格。

翘曲度检测流程：将板材切割为240mm*240mm的试样，耐磨层朝上放置在铝板上方，在23±2℃和50±5%RH条件下放置24h，通过卡尺测量板材的初始翘曲度；调节恒温干燥箱中的温度为80℃，将试样连同铝板一同放入至恒温干燥箱中放置6h，随后将试样连同铝板取出，在23±2℃和50±5%RH条件下放置24h，通过卡尺测量板材的加热翘曲度。

对比例1~7采用的是现有技术中设置弹性应力层形成反向翘曲力的方案进行3D打印板材生产的方法，从表1中的结果可以看出，当基材层厚度低于4mm时，产品合格率出现降低，且初始翘曲度较高，这是由于基材层厚度较薄时，对基材层进行弹性应力层复合的过程中，基材层自身的结构强度难以抵抗弹性应力层产生的应力而容易产生反向翘曲，基材层越薄反向翘曲度越大，甚至会导致基材层开裂，当基材层厚度大于4mm时产品合格率能够达到100%，且翘曲度较小。据此，发明人提出当基材层厚度足够大时，基材层不设置弹性应力层的情况下也能直接抵抗3D打印过程中形成的应力而不发生开裂并且翘曲度合格。

实施例1

一种数码打印板材的制备方法，包括以下步骤：

S1、将PVC树脂与重钙及其他添加剂混合，通过第一挤出机加热形成热熔体，并将所述的热熔体导入至模具形成基材层；基材层中包含PVC树脂15份、重钙75份、增塑剂3份、相容剂3份、稳定剂1.5份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份；

S2、在基材层尚未完全冷却固化时，将预制的膜预热并分别放卷至基材层前体的一侧面上，随后进行在线热压合，在基材层一侧表面形成背景膜层，得到双层的复合基材；复合基材中基材层厚度为3.0mm，背景膜层厚度为0.5mm；背景膜层和弹性应力层由2.0份CPE树脂、60份聚氯乙烯、0.8份聚乙烯蜡、4.0份刚性填料混合挤出并压延成型；背景膜层纵向拉伸强度为42.79MPa，横向拉伸强度为32.37MPa，纵向加热尺寸变化率为4.81%，横向加热尺寸变化率为1.53%；

S3、将所述的复合基材导入至2D打印设备中，在2D打印设备上导入所需打印的图案，设置板材尺寸、设置打印头高度、打开真空吸附装置、LED、紫外光固化灯；在上一步得到的复合基材的任一背景膜层上打印出所需的2D平面图案；打印图案的色浆为紫外光固化色浆；打印完成后，通过紫外光固化灯照射将图案定型，得到第一打印基材；本步骤中的设备为市场上购置的2D打印设备；

S4、在2D平面图案固化后，在具有2D平面图案的SPC基材上用辊涂机涂覆耐磨层，耐磨涂布量50g/m2，紫外光固化；光照强度操作设置同上；

S5、通过辊涂机在所述的耐磨层表面涂覆第二树脂组合物，形成图案模拟层前体，本实施例中，第二树脂组合物主要是由甲基丙烯酸甲酯和其单体构成的低聚物，其中甲基丙烯酸甲酯单体约占70vol%；允许少量混有其他单体或它们的低聚物，如丙烯酸、甲基丙烯酸及其低聚物；必然含有少量的光引发剂；第二树脂组合物的涂布量为200g/m²；通过紫外光固化设备进行光固化处理，使产品通过设备时表面的第一树脂层发生不完全固化；

S6、利用3D打印设备，根据打印图案选择性的在图案模拟层前体上定点喷涂表面处理液，然后通过紫外光固化，使第二树脂组合物和表面处理液分别固化；本实施例中，表面处理液由感光阻聚剂及其溶剂构成，其成分为8% 三(N-亚硝基-N-苯基羟胺)铝盐和92%2-酚基乙氧基丙烯酸酯；

S7、利用辊刷机，去除由表面处理液固化形成的物质；此过程中需调节刷辊钢刷的硬度，在不产生划痕的同时去除表面处理液固化形成的物质，并清除干净；随后喷淋清洗液去除表面残留的因为表面处理液导致的未形成固化的残留液体，并烘干；由此用表面处理液在打印的区域中产生三维结构，形成具有3D效果的表面纹理，即得到成型的3D模拟层；

S8、在3D模拟层表面涂覆10g/m²的UV面漆，并进行光固化处理形成有表面保护层，即得到数码打印板材。

实施例2

与实施例1基本相同，区别在于基材层厚度为3.5mm。

实施例3

与实施例1基本相同，区别在于基材层厚度为4mm。

实施例4

与实施例1基本相同，区别在于基材层厚度为4.5mm。

实施例5

与实施例1基本相同，区别在于基材层厚度为5mm。

实施例6

与实施例1基本相同，区别在于基材层厚度为6mm。

对实施例1~6的产品合格率以及平均翘曲度的检测结果如表2所示。翘曲度测试方法与表1相同。

实施例1~6为不设置弹性应力层的方案，从表2可以看出，基材层厚度由3mm逐渐提高到5mm的过程中，产品的合格率逐渐提高，且产品的平均翘曲度降低，当基材层厚度不小于5mm时，产品合格率达到了100%，因此在基材层厚度不小于5mm，不需要设置弹性应力层即可实现3D打印板材的生产，相较于现有技术工艺更简单，且避免了因为弹性应力层的设置导致的基材层的反向翘曲以及开裂。

实施例7

一种数码打印板材的制备方法，包括以下步骤：

S1、将PVC树脂与重钙及其他添加剂混合，通过第一挤出机加热形成热熔体，并将所述的热熔体导入至模具形成基材层；基材层中包含PVC树脂20份、重钙70份、增塑剂4份、相容剂3份、稳定剂1.5份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份；

S2、在基材层尚未完全冷却固化时，将预制的膜预热并分别放卷至基材层前体的一侧面上，随后进行在线热压合，在基材层一侧表面形成背景膜层，得到双层的复合基材；复合基材中基材层厚度为3.0mm，背景膜层厚度为0.5mm；背景膜层和弹性应力层由2.0份CPE树脂、1份EVA树脂、60份聚氯乙烯、0.8份聚乙烯蜡、3.0份刚性填料混合挤出并压延成型；背景膜层纵向拉伸强度为43.42MPa，横向拉伸强度为32.56MPa，纵向加热尺寸变化率为4.85%，横向加热尺寸变化率为1.56%；

S3、将所述的复合基材导入至2D打印设备中，在2D打印设备上导入所需打印的图案，设置板材尺寸、设置打印头高度、打开真空吸附装置、LED、紫外光固化灯；在上一步得到的复合基材的任一背景膜层上打印出所需的2D平面图案；打印图案的色浆为紫外光固化色浆；打印完成后，通过紫外光固化灯照射将图案定型，得到第一打印基材；本步骤中的设备为市场上购置的2D打印设备；

S4、在2D平面图案固化后，在具有2D平面图案的SPC基材上用辊涂机涂覆耐磨层，耐磨涂布量50g/m2，紫外光固化；光照强度操作设置同上；

S5、通过辊涂机在所述的耐磨层表面涂覆第二树脂组合物，形成图案模拟层前体，本实施例中，第二树脂组合物主要是由甲基丙烯酸甲酯和其单体构成的低聚物，其中甲基丙烯酸甲酯单体约占70vol%；允许少量混有其他单体或它们的低聚物，如丙烯酸、甲基丙烯酸及其低聚物；必然含有少量的光引发剂；第二树脂组合物的涂布量为200g/m²；通过紫外光固化设备进行光固化处理，使产品通过设备时表面的第一树脂层发生不完全固化；

S6、利用3D打印设备，根据打印图案选择性的在图案模拟层前体上定点喷涂表面处理液，然后通过紫外光固化，使第二树脂组合物和表面处理液分别固化；本实施例中，表面处理液由感光阻聚剂及其溶剂构成，其成分为8% 三(N-亚硝基-N-苯基羟胺)铝盐和92%2-酚基乙氧基丙烯酸酯；

S7、利用辊刷机，去除由表面处理液固化形成的物质；此过程中需调节刷辊钢刷的硬度，在不产生划痕的同时去除表面处理液固化形成的物质，并清除干净；随后喷淋清洗液去除表面残留的因为表面处理液导致的未形成固化的残留液体，并烘干；由此用表面处理液在打印的区域中产生三维结构，形成具有3D效果的表面纹理，即得到成型的3D模拟层；

S8、在3D模拟层表面涂覆10g/m²的UV面漆，并进行光固化处理形成有表面保护层，即得到数码打印板材。

实施例8

与实施例7基本相同，区别在于基材层厚度为4mm。

实施例9

与实施例7基本相同，区别在于基材层厚度为5mm。

实施例10

与实施例7基本相同，区别在于基材层中包含PVC树脂25份、重钙65份、增塑剂5份、相容剂3份、稳定剂1.5份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份；

实施例11

与实施例10基本相同，区别在于基材层厚度为4mm。

实施例12

与实施例10基本相同，区别在于基材层厚度为5mm。

对实施例7~12的产品合格率以及平均翘曲度的检测结果如表3所示。翘曲度测试方法与表1相同。

实施例7~9和实施例10~12分别采用了与对比例1~6不同的基材层方案，改变了基材层中PVC树脂、增塑剂以及重钙的配比，从表3的结果来看，三者配比的调整对于整体合格率趋势没有较为明显的影响，基材厚度达到5mm时才能保证产品合格率，因此在基材厚度为5mm以上时可以采用不设置弹性应力层的方法。

实施例13

一种数码打印板材的制备方法，包括以下步骤：

S1、将PVC树脂与重钙及其他添加剂混合，通过第一挤出机加热形成热熔体，并将所述的热熔体导入至模具形成基材层；基材层中包含PVC树脂20份、重钙70份、增塑剂4份、相容剂3份、稳定剂1.5份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份；

S2、在基材层尚未完全冷却固化时，将两层材质、厚度相同的预制的膜预热并分别放卷至基材层前体的两侧面上，随后进行在线热压合，使基材层两侧分别形成，得到三层的复合基材；复合基材中基材层厚度为3.0mm，背景膜层厚度为0.3mm；背景膜层由2.0份CPE树脂、60份聚氯乙烯、0.8份聚乙烯蜡、4.0份刚性填料混合挤出并压延成型；背景膜层纵向拉伸强度为42.79MPa，横向拉伸强度为32.37MPa，纵向加热尺寸变化率为4.81%，横向加热尺寸变化率为1.53%；

S3、将所述的复合基材导入至2D打印设备中，在2D打印设备上导入所需打印的图案，设置板材尺寸、设置打印头高度、打开真空吸附装置、LED、紫外光固化灯；在上一步得到的复合基材的任一背景膜层上打印出所需的2D平面图案；打印图案的色浆为紫外光固化色浆；打印完成后，通过紫外光固化灯照射将图案定型，得到第一打印基材；本步骤中的设备为市场上购置的2D打印设备；

S4、在2D平面图案固化后，在具有2D平面图案的SPC基材上用辊涂机涂覆耐磨层，耐磨涂布量50g/m2，紫外光固化；光照强度操作设置同上；

S5、通过辊涂机在所述的耐磨层表面涂覆第二树脂组合物，形成图案模拟层前体，本实施例中，第二树脂组合物主要是由甲基丙烯酸甲酯和其单体构成的低聚物，其中甲基丙烯酸甲酯单体约占70vol%；允许少量混有其他单体或它们的低聚物，如丙烯酸、甲基丙烯酸及其低聚物；必然含有少量的光引发剂；第二树脂组合物的涂布量为200g/m²；通过紫外光固化设备进行光固化处理，本步骤中对光照强度或通过时间予以适当下调，使产品通过设备时表面的第一树脂层不完全固化；如将光照强度下调至原先强度的0.8倍或将通过时间设定为原先的0.8倍；

S6、利用3D打印设备，根据打印图案选择性的在图案模拟层前体上定点喷涂表面处理液，然后通过紫外光固化，使第二树脂组合物和表面处理液分别固化；本实施例中，表面处理液由感光阻聚剂及其溶剂构成，其成分为8% 三(N-亚硝基-N-苯基羟胺)铝盐和92%2-酚基乙氧基丙烯酸酯；

S7、利用辊刷机，去除由表面处理液固化形成的物质；此过程中需调节刷辊钢刷的硬度，在不产生划痕的同时去除表面处理液固化形成的物质，并清除干净；随后喷淋清洗液去除表面残留的因为表面处理液导致的未形成固化的残留液体，并烘干；由此用表面处理液在打印的区域中产生三维结构，形成具有3D效果的表面纹理，即得到成型的3D模拟层；

S8、在3D模拟层表面涂覆10g/m²的UV面漆，并进行光固化处理形成有表面保护层，即得到数码打印板材。

实施例14

S1、将PVC树脂与重钙及其他添加剂混合，通过第一挤出机加热形成热熔体，并将所述的热熔体导入至模具形成基材层前体；基材层中包含PVC树脂20份、重钙70份、增塑剂4份、相容剂3份、稳定剂1.5份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份；

S2、在基材层尚未完全冷却固化时，将背景膜层原料通过第二挤出机加热形成第二熔体，将第二熔体导入至模具中使其包覆基材层前体的装饰表面，再将弹性应力层原料通过第三挤出机加热形成第三熔体，将第三熔体导入至模具中使其包覆基材层前体的基底面，经冷却、定型后得到三层的复合基材；复合基材中基材层厚度为3.0mm，背景膜层厚度为0.3mm；背景膜层和弹性应力层均由2.0份CPE树脂、60份聚氯乙烯、0.8份聚乙烯蜡、4.0份刚性填料混合挤出并压延成型；背景膜层纵向拉伸强度为42.79MPa，横向拉伸强度为32.37MPa，纵向加热尺寸变化率为4.81%，横向加热尺寸变化率为1.53%，成型收缩率为0.62%；

S3、将所述的复合基材导入至2D打印设备中，在2D打印设备上导入所需打印的图案，设置板材尺寸、设置打印头高度、打开真空吸附装置、LED、紫外光固化灯；在上一步得到的复合基材的任一背景膜层上打印出所需的2D平面图案；打印图案的色浆为紫外光固化色浆；打印完成后，通过紫外光固化灯照射将图案定型，得到第一打印基材；本步骤中的设备为市场上购置的2D打印设备；

S4、在2D平面图案固化后，在具有2D平面图案的SPC基材上用辊涂机涂覆耐磨层，耐磨涂布量50g/m2，紫外光固化；光照强度操作设置同上；

S5、通过辊涂机在所述的耐磨层表面涂覆第二树脂组合物，形成图案模拟层前体，本实施例中，第二树脂组合物主要是由甲基丙烯酸甲酯和其单体构成的低聚物，其中甲基丙烯酸甲酯单体约占70vol%；允许少量混有其他单体或它们的低聚物，如丙烯酸、甲基丙烯酸及其低聚物；必然含有少量的光引发剂；第二树脂组合物的涂布量为200g/m²；通过紫外光固化设备进行光固化处理，本步骤中对光照强度或通过时间予以适当下调，使产品通过设备时表面的第一树脂层不完全固化；如将光照强度下调至原先强度的0.8倍或将通过时间设定为原先的0.8倍；

S6、利用3D打印设备，根据打印图案选择性的在图案模拟层前体上定点喷涂表面处理液，然后通过紫外光固化，使第二树脂组合物和表面处理液分别固化；本实施例中，表面处理液由感光阻聚剂及其溶剂构成，其成分为8% 三(N-亚硝基-N-苯基羟胺)铝盐和92%2-酚基乙氧基丙烯酸酯；

S7、利用辊刷机，去除由表面处理液固化形成的物质；此过程中需调节刷辊钢刷的硬度，在不产生划痕的同时去除表面处理液固化形成的物质，并清除干净；随后喷淋清洗液去除表面残留的因为表面处理液导致的未形成固化的残留液体，并烘干；由此用表面处理液在打印的区域中产生三维结构，形成具有3D效果的表面纹理，即得到成型的3D模拟层；

S8、在3D模拟层表面涂覆10g/m²的UV面漆，并进行光固化处理形成有表面保护层，即得到数码打印板材。

实施例15

与实施例13基本相同，区别在于基材层厚度为3.5mm。

实施例16

与实施例13基本相同，区别在于基材层厚度为4mm。

实施例17

与实施例13基本相同，区别在于基材层厚度为4.5mm。

对实施例13~17的产品合格率以及平均翘曲度的检测结果如表4所示。翘曲度测试方法与表1相同。

由表4可以看出，通过在基材层的两侧表面设置同种材质、厚度的背景膜层和弹性应力层，再对复合基材进行3D打印，可以使5mm以下厚度的基材的合格率达标，与现有技术不同的是，本发明实施例采用的方案是制得包含弹性应力层、基材层和背景膜层的三层复合基材，随后在复合基材的其中一侧表面进行3D打印，而现有技术是制得包含弹性应力层和基材层的两层复合基材，随后在复合基材的装饰表面进行3D打印操作。在本发明方案中，由于复合基材两侧受力基本平衡，依次不会如现有技术一般出现容易反向翘曲的问题，同时两侧的弹性应力层和背景膜层为基材层提供韧性，使其不易开裂，且基材层因为3D打印过程受到应力影响时，弹性应力层也会形成内部张力以抵抗翘曲。从加热翘曲度来看，相较于实施例1~12中仅设置单面背景膜层的方案，设置双面背景膜层，使其中一背景膜层充当弹性应力层，可以使产品的加热翘曲度一定程度上降低，因为受热过程中两层背景膜层可以同步发生体积变化。

综上所述，本发明根据现有技术中结构为“弹性应力层-基材层-背景层-3D树脂层”的产品在实际生产时存在产品合格率和翘曲度数据得到了高合格的率数码打印板材及其生产方法，具体地，当基材厚度为5mm以上时，数码打印板材的基本结构为“基材层-背景膜层-3D树脂层”，当基材厚度小于5mm时，数码打印板材的基本结构为“弹性应力层（背景膜层）-基材层-背景膜层-3D树脂层”。

以上具体实施例仅仅是对本发明的解释，并非对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (2)

1.一种数码打印板材，其特征在于：包括主要由热熔性的第一树脂与填料构成的基材层、与所述基材层的装饰表面复合为一体的背景膜层、设置在所述背景膜层表面的2D图案层和覆盖所述2D图案层的主要由第二树脂构成的3D模拟层；所述基材层以PVC为基体树脂，以碳酸钙为填料，且基体树脂与塑化剂含量不超过25%，基材层的厚度不小于5mm；所述的3D模拟层形成有凹凸的立体图案结构；所述背景膜层的横向拉伸强度不低于25MPa，纵向拉伸强度不低于30MPa，横向加热尺寸变化率不超过2%，纵向加热尺寸变化率不超过6%，厚度不超过基材层的五分之一，导热系数大于所述基材层，背景膜层中含有与基材层相同的基体树脂。

2.权利要求1所述的数码打印板材的制备方法，包括以下步骤：

S1、将热熔性的第一树脂与填料混合并加热形成第一熔体，将所述的第一熔体导入至模具中形成基材层前体；

S2、将预制的膜输送至基材层前体的一侧表面，在基材层前体未完全冷却固化时将膜与基材层前体在线热压合，随后定型处理得到包含膜与基材层的复合基材；或者将用于形成所述背景膜层的原料加热形成第二熔体，将所述的第二熔体导入至模具中，并使第二熔体包覆在尚未完全冷却的基材层前体的一侧表面，在模具中复合、定型，得到包含背景膜层与基材层的复合基材；

S3、通过第一打印设备在复合基材的背景膜层上形成2D图案层，得到第一打印板材；

S4、向第一打印板材的2D图案层表面均匀施加非固态的第二树脂组合物；所述的非固态的第二树脂组合物为包含可交联形成第二树脂的预聚体、单体及引发剂的混合液体；或者所述的非固态的第二树脂组合物为熔融态的第二树脂；

S5、通过第二打印设备向所述的第二树脂组合物的表面依照图案形状施加包含阻聚剂或者阻凝剂的表面处理液，随后使第二树脂组合物通过交联聚合的方式固化，形成3D模拟层前体，再去除表面处理液或者第二树脂组合物与表面处理液形成的混合体，形成具有凹凸的立体图案结构的3D模拟层；所述的阻凝剂为包含可交联形成第三树脂的预聚体、单体的混合液体，且所述的第三树脂tg值低于第二树脂；

S6、在3D模拟层表面涂覆保护涂料，固化后形成表面保护层，即得到数码打印板材。