改进的模内装潢方法 本发明涉及塑料制品的制造，更尤其涉及用于制造此产品的改进的模内装潢方法。所揭示的方法特别适于制造汽车灯组件，其中将一或多种颜色网印到单片薄膜上，然后将该薄膜与其它部件在模内装潢方法中结合为一体。
本发明涉及一种改进的模内装潢方法和产品，其特别适于制造汽车灯组件。
在典型的模内装潢方法中，将所印制的基材成型为三维形状，放入模中。然后将熔融树脂注入所成型的基材后面的模腔空间，形成单个的模制品。这种方法特别适于不特别复杂的部件。然而，为了生产例如尾后灯这样的部件该方法必须要改进，这些灯通常需要多色和/或反射元件。
本申请人在此揭示一种改进的模内装潢方法，其极大地简化了复杂部件的制造。在例如制造尾后灯组件的情况下，所揭示的方法不仅比较简单而且所生产的单件产品胜过目前买到的多部件尾后灯组件。
到目前为止，汽车尾后灯和相类似的产品使用复杂的和/或昂贵的制造程序来生产。因此需要高度复杂性完成这种部件，它们一般在一个框架内结合几个不同部件。例如，标准的尾后灯通常包括透明镜片、着色镜片、反射部件，等等。这些分离的制件以适宜的次序配置并在一个框架内结合在一起，然后把该框架装到汽车上。
另一种方法是在一个模具中成型镜片的第一部件，然后将此第一成型地部件传送到具有第二模具的第二注射成型机。将第一成型部件插入第二注射机并可将一种新颜色注射到第一部件上形成双色镜片。该方法可以按照需要重复多次以生产所需要的尾后灯组件。显然，这种方法是昂贵的因为需要至少两台注射成型机和至少两个模具。
另一方面，使用多级注射成型机。多级注射是一种方法，使用一个以上的注射螺筒以得到多色部件。这种方法非常昂贵，因为它需要特殊设计的注射螺筒和模具。在一个代表性的应用中，可将一种透明的涂层一开始就注射到三维制件上，然后使用不同的注射螺筒将各种着色的或反射的部分以适宜的次序注射到底基制件上。尽管比构成各个制件先进，多级注射还附带有许多缺点，包括以前所讨论的增加的模具费用，较长的加工周期时间，附加的部件废品和需要维持附加的材料存料量。
最近，模内加工的各种构成技术已在美国专利5275764中提出。该’764专利建议将一种或多种着色的或反射元件放入单个模腔内。然后将熔融树脂注入该模腔致使各个已着色的或反射的元件结合为一件组件，其在单镜片屏内具有一种或多种着色或反射的手段。它宣称由于该元件可具有均匀的厚度和密度，因此该单件组件当被照亮时提供更均匀的颜色分布。另外，据说此单件组件与先有技术的尾后灯相比降低了费用和制造时间。
本发明的目的在于一种用于制造汽车灯组件或类似结构的改进方法，其包括以下步骤：
(1)提供一种例如由聚碳酸酯制造的底基；
(2)任选与底基一起共挤出，或层合其上一种耐天候氟聚合物薄膜；
(3)在所说的底基表面网印和/或用其它方法装潢一种或多种颜色；
(4)成型和修整该已印底基为三维形状，例如汽车尾后灯的形状；
(5)将该已印底基装配到模具内，该模具有与底基的三维形状相匹配的表面；和
(6)通过许多位于已印底基后面的浇口注射熔融树脂，例如聚碳酸酯至模腔内以便生产一件永久粘合的适用于例如汽车尾后灯的三维产品。
本发明的目的还在于由所说的方法制造的尾后灯或类似结构。在根据本发明制造的多色尾后灯情况下，所说的尾后灯可以在设计和式样方面广泛变化，但是优选含有四层预计的层。以从所暴露的外表面至接近光源的内表面的次序，这些层是：
(1)聚碳酸酯薄膜层或其它透明底基，PVDF薄膜层合到其上面；
(2)并非必要的，聚偏二氟乙烯(“PVDF”)薄膜或耐紫外光(UV)的其它材料；
(3)装潢层，其可根据需要变化，其被印在聚碳酸酯层的暴露表面上；和
(4)聚碳酸酯底基或具有适宜粘合强度的其它底基，该底基紧抵装潢层被直接注射成型。
所揭示的方法省略了构成各个部件和先有技术多级注射技术的需要。而且本发明方法有利地降低了这些先有技术方法的模具费用，加工周期时间，部件废料和材料存料量。此外可以对本方法简单地进行设计变更或改进并有效地节省费用，因为当需要时，可对网印而不是对注射成型或模具装备进行这种变更或改进。
一种最有效和省钱的装潢部件方法是在成型周期过程中进行装潢。实现此目的的一种方法是将装潢的基材插入成型模具的模腔内然后在其后面注射塑料。这种方法一般称为模内装潢或嵌模装潢(IMD)。对于对已完成的部件的装潢可以或暴露于环境(“正面装潢”)和/或在基材和注射材料之间封装(“背面装潢”)。模内装潢可以提供超越其它装潢方法的许多优点：
●模内图案可以为消费者的应用提供产品的变异；
●在一次操作中部件可被装潢然后成型；
●甚至当使用相同注射成型模具时可以改变图案；
●可以装潢复杂的三维部件；
●可以降低加工和劳力费用；
●可以省略二次操作例如粘合；
●模内薄膜在部件的使用期保持在原位；
为了优选任何模内装潢方法，应当考虑许多先决条件：
●选择适宜的基材(例如LEXAN聚碳酸酯)和薄膜厚度；
●确定哪个表面将进行装潢；
●对于三维部件，利用真空成型或冷成型专门技术；
●用部件审美学装潢并考虑浇口系统；
●选择相容薄膜/树脂/油墨组合；
尽管有覆盖先有技术的显著优点，但是模内装潢还有许多缺点。对正面装潢的明显缺点是装潢暴露于环境中，因此对磨蚀敏感。当然，此问题用背面装潢部件已消除，其中装潢被封装在保护内层和外表面之间
这并不是说背面装潢没有问题。实际上已经承认至少有两个问题，且它们是粘连相关的。第一问题是洗除(wash out)，即，当注射材料接触油墨时装潢层和基材之间的粘合可能损失或减弱，造成图案变形。为了和这种现象斗争，已建议装潢夹心在两种基材之间从而保护其免受环境和注射材料的影响。显然，由于第二基材层对该方法添加了复杂性和对部件的费用，因此此建议不实用。
当改进注射方法以便将洗除极小化时，又出现了第二个问题，即注射材料和装潢基材之间的粘合损失。一种适宜的解决此问题方法是装潢使用限制在远离注射成型部件浇口区域的区域即，注射材料被注入模具的区域。用此方法的主要问题是严格限制可能的装潢。上述对解决第一个问题的努力已普遍地使第二个问题更严重，反之亦然。
本方法提供一种同步解决涉及背面模内装潢的两个最普通问题的方法。通过以下的通用方法可以获得本发明的优良背面IMD部件：
(1)用平滑的透明基材开始；
(2)在该基材的背面上印制图案；
(3)如果用几何学描述，成型已印的基材(扁平部件一般不需要成型)；
(4)提供一个模具，其具有与已成型的基材的形状或未成型基材的尺寸相匹配的一个表面；
(5)修整基材使其能装配到注射模具之内；
(6)把该已成型的经修整的装潢基材放入模具的两个半模之间；
(7)合模抵着基材背面的装潢注射材料。
所揭示的方法生产一件注射模制件，其具有永久粘合的印刷缝饰，其中图案被夹在基材和注射材料之间。此模制件克服了与背面装潢有关的上述问题。
在大范围的调查中为了解决和消除先前的背面装潢的缺点，本发明人又确定许多影响制备本发明优良的背面装潢部件的其它参数。
首先，优选使用用于图案的耐高温，可成型油墨。背面装潢要求更耐用的油墨系统以便在成型加工过程中提供充分的油墨粘合力。而且，在例如灯组件的应用中，其中光传输要求高，应当使用染料油墨而不使用着色油墨从而不影响光线传输和雾度读数(haze readings)。许多不同油墨的评定表明许多油墨系统不适于背面装潢。它们之中合适的油墨如下：
●Naz-dar 9600
●Colonial/Coates C-37 Series
●Marabuwerke IMD Spezialfarbe 3060
●Nor-cote(UK)IMD Series
实验模具可由普通材料例如塑料、硬木、玻璃纤维、合成的泡沫塑料和聚硅酮构成。这些材料相当容易加工并允许较小的改进。对于设计师来说渴望用IMD进行实验以从现有注射模具铸塑硅成型模具，这是一个普通的实验。必须注意此实验适于确定初始可行性，但是由于材料收缩和铸塑材料的膨胀相结合所形成的薄膜样品不能准确地适应模腔。这常常造成在模腔中装配不良，尤其是复杂的三维部件，因而导致模内装潢部件外观不良。为了得到对现有注射模具适宜装配薄膜嵌件，建议由注射模具的模具图生产成型实验模具。证实可行性之后，建议形成新的注射和成型模具，其专门设计用于IMD。例如生产用于LEXAN聚碳酸酯的成型模具应当由耐用材料例如铸造或机加工的铝、钢或金属填充的环氧树脂构成。传热模具应内部被加热到250°F的温度。
模制件当从模具取出并进行冷却时尺寸要收缩。收缩量取决于所选择的材料，但它是可预计的并且当计算模具尺寸时必须要核算。在操作温度模具的膨胀也如此。例如，LEXAN聚碳酸酯薄膜依据模具成型之后一般大约收缩0.5-0.9％。模具材料在250°F操作温度的热膨胀性必须从薄膜收缩数减去以得到准确的模具尺寸。另外，建议5至7度的斜度角以便于部件从阳模取出。阴模需要较小的斜度(1至2度)。
在浇口系统中要考虑的基本事项是部件设计、料流、最终使用要求和模内图案的设置。常规浇口系统的标准指标与几个额外的考虑事项一起用于IMD。例如应使用一个浇口尽可能减少使薄膜起皱的可能。浇口应设置在远离最终使用的冲击以及提供由厚至薄的部分的流动以减少熔合线。浇口还应以相对流道正确的角度设置以减小漩纹、放射斑和浇口白晕。需要多个浇口的大部件应包括浇口位置充分靠近以减小压力损失。可以使用连续浇口以便防止薄膜在熔合线处褶皱。浇口面长度应保持尽可能短。可以使用冲净浇口以保证进入料流直接对着模腔壁或模芯以防止漩纹。排气(特别是全周边排气)可通过顶出机构、模芯和分模线实现并在使用时尽可能避免夹气，其可焦烧和破坏薄膜。另外，由于提高了剪切力，接近浇口区域的流体阻力可以增加洗除潜力。如果接近浇口处需要凸台、模芯合模沿口等等，应该使用圆形部件或圆角以降低剪切力。最后，要注意保证浇口在大面积上分布注射压力，这样就降低了在浇口处的剪切力。实现此目的的浇口的例子包括扇形浇口和沉陷式浇口，其通过一根肋线进入部件。
当选择树脂时，树脂的粘度充分低是有利的，这样就可以降低注入模具所需的压力。另外，注射可以靠模加工(profiled)致使注射材料的粘度在浇口区域维持在充分低的水平而在浇口附近建立了适当的硬皮层之后树脂粘度可被提高。在较低粘度时，注射材料的剪切力较低，因此不太可能扰动基材背面上的油墨。当使用LEXAN聚碳酸酯基材时，发现当树脂是聚碳酸酯(例如LEXAN)或是含有聚碳酸酯的树脂(例如CYCOLOY,XENOY,VALOX)时基材/树脂粘合是合格的。
也可以在基材上印刷图案致使它们延伸到浇口区域之外并延伸到流道系统。在此情况下，如果油墨被注射材料的流动扰动，则油墨将在流道区域内被扰动，该区域将在该部件从模具顶出之后被修整掉。
当然，也可以使用无流道系统或热浇口系统。用无流道系统时，滴点直径(drop diameter)必须足够大以便充分分布压力或流入部件，例如筋。用热浇口系统时，热浇口的末梢被维持在充分低的温度，低于基材的软化温度，从而防止基材变形。
网印是一项在本发明薄膜基材上产生图案的合适技术的一个例子。网印基本上是丝网印刷方法，现时可借助于各种软件单元通过计算机形成。其准确改变和控制油墨厚度的能力已使其成为装潢许多不同类型塑料基材的非常有用的方法。
在网印中，制备网板或模板并将其粘合到细的编织织物上，后者再在刚性支架上绷紧。支架可由木材或金属制成，优选使用金属。该支架必须尺寸稳定，在印刷过程中能经受操作。网板织物一般由金属化聚酯、尼龙、不锈钢制成，最普通的是由聚酯制成。织物在精确控制下使用尺寸精确的长丝紧密编织而成。有许多种影响油墨附着的变量，包括纱线直径，刮墨板角度和硬度，乳液稠密度等等。对于所成型的IMD应用建议使用较高目数的网板。
基本网印方法包括使用平台，在网印过程中基材在其中通过真空夹持。支架夹具将网板定位并在网印过程中在垂直和水平方向夹持它。随着网板降低到基材板台上方并通过压力保持在脱离接触的距离，刮墨板托架以预定的速度、压力、行程和角度移动刮板跨越网板。
重要的是在网印操作过程中对准原图。通常是通过将支架锁入夹具来完成，夹具使用销钉或夹子使支架对齐。一般优选销钉对齐法因为原图可与网板支架一道被对齐。基材与印刷图象的对齐可通过使用边缘导向器、机械制动器或自动仪器来进行。第一种颜色通过这种方法来对齐，随后的颜色通过使用标板或沿着原图边缘印刷的定位装置标记来对齐。
油墨被印刷之后，必须依据所用的油墨工艺将其干燥或固化。如果油墨是溶剂基或水基的，则可以使用气体燃烧干燥器或电干燥器来干燥油墨。当在塑料薄膜上印刷时，重要的是控制烘箱内的温度和停留时间避免薄膜变形。如果使用溶剂油墨，重要的是使用具有良好空气流动的烘箱以便扩散烟气。也可以对某些油墨类型使用红外线干燥器，但是必须特别注意该系统的温度控制。如果油墨是紫外线可固化的，则可以使用许多合适的工业化设备固化这种反应型油墨类型。
如果最终的部件是三维的，有两项基本技术用于成型三维IMD部件。对于撑压深度大于1/2英寸的部件建议用热成型法。对于含有详细字母数字图案的部件或撑压深度小于1/2英寸的部件优选冷成型法。
以上的说明仅仅解释本发明而本发明并不受其限制，因为本领域的熟练人员具有以前所揭示的知识将可以在不背离本发明范围的情况下作出改进和变化。此外，此处所讨论的各种参数可被本领域的熟练人员调整以取得最大化的结果。作为例子，根据本发明的背面装潢的部件使用LEXAN聚碳酸酯基材，溶剂基油墨和LEXAN1树脂在热集料系统中成型。当使用510°F的熔融温度时所得的部件在浇口位置具有大约0.1英寸的洗除(washout)。通过变换树脂为CYCOLOYC2950HF以及450°F的熔融温度，可以消除洗除(washout)。洗除(Washout)也可以通过改变加工参数而消除。例如，在由CYCOLOYC2950HF树脂成型的另一部件中当树脂仅仅用注射成型机速度能力的5％进行初始注射直至围绕浇口的区域被填充为止时观察不到洗除(washout)。因此，注射以注射机注射速度能力的50-100％进行。对于本领域熟练人员来说显然此方法变异降低了浇口附近区域，即，开始洗除(washout)的区域，的剪切力。