塑料装饰与表面精饰

装饰与表面精饰

从概念到商业化的卓越工艺

出色的产品外观并非偶然！自1992年以来，SABREEN已为34个国家的525家企业解决塑料制造难题。我们的创新技术广泛应用于当今众多知名军事及商业产品的制造，涵盖国际空间站设备、制药产品乃至水下运动相机。SABREEN的工程技术为客户赢得了多项顶级行业奖项，包括年度最佳制药/医疗包装产品奖，并入选史密森尼国家博物馆。我们在项目早期介入，有效加快项目进度。

Sabreen 颠覆性工艺带来更低制造成本、六西格玛质量与关键市场优势。让我们为您的公司打造极具视觉冲击力的产品外观。

用于聚烯烃气密封装的定制粘接与固化技术

背光“日/夜”汽车按钮喷漆与激光烧蚀

曲面圆柱形笔杆数字（喷墨）印刷

PPS 保险箱锁盘360°移印，拔模角60°

热塑性弹性体与橡胶上的数字彩色喷墨打印及激光打标。大规模定制。

用于产品信息与安全防护的内部激光打标

用于大规模定制的数字印刷

用于增强附着力与高抗冲性的专用透明面漆

全彩数字印刷配FDA耐化学品透明面漆，适用于洗碗机稳定性要求

屡获殊荣的制药/医疗时尚避孕携带盒

聚合物屋面瓦装饰/涂装，模拟板岩与雪松纹理，40年耐光色牢度、防火防风保固

定制装饰与特效面涂，模拟软触感与木纹效果

装饰加工商采用多种二次工艺为容器及其他塑料零件打造引人注目的效果。此外，特效着色剂可直接注塑于塑料件中，赋予其本身美观的外观。更进一步，可将这些着色剂与喷漆、移印、水转印、激光打标和金属化等二次工艺相结合，产生独特的视觉与触觉特效。

特效着色剂的类型

表1列出了六大类特效颜料与染料，均有无重金属版本可选，部分产品符合FDA塑料法规要求。

表1列出了六大类特效颜料与染料，均有无重金属版本可选，部分产品符合FDA塑料法规要求：

珠光颜料。涂料、油墨和塑料中常用的珠光颜料以二氧化钛涂层云母片为主要基础¹。随着涂层厚度增加，颜色从银白色变化至黄色、红色、蓝色和绿色。通过加入氧化铁（金色和米色）或氧化铬（绿色）的第二涂层，可获得不同色彩；以氧化铁替换二氧化钛则可实现一系列金属色调（青铜色和铜色）。

金属颜料。金属颜料由铜合金和铝制成，提供多种颜色和颗粒形态。铜系颜料色调从明亮的黄绿金色到红金色不等；铝系颜料呈银色和银灰色。最初，绝大多数产品以片状形式供应，以最大化光泽度。与珠光颜料类似，塑料加工商须注意控制剪切力以保持颗粒形态；着色师通常将不同粒径的颜料混合，以达到所需的光泽度与遮盖力平衡。颗粒越小遮盖力越强，颗粒越大光泽度越高。由于金属颜料具有导热性和导电性，除装饰功能外，还常用于赋予其他功能特性。

荧光染料与颜料。有时被称为“日光发光”色彩，荧光颜色通过“拆东墙补西墙”的原理起作用。日光由紫外线、可见光和红外线辐射组成。对于普通颜料而言，我们所见的颜色源于可见光照射在物体上特定波长的反射。荧光颜料和染料不仅利用可见光，还利用紫外线辐射——其化学组成使其能够将吸收的部分UV射线以可见辐射的形式发射出来，该发射光叠加于反射的可见光之上，产生更为明亮、仿佛发光的色彩效果。商业荧光灯也存在类似效应。从泡泡糖到洗衣粉，众多消费品均采用荧光容器包装以吸引消费者视线。

磷光颜料。也称为“暗光发光”颜料，磷光颜料正广泛应用于多种场景，包括灯光开关、刻度盘、电视遥控器按钮及玩具等。与普通颜料吸光后立即发光不同，磷光颜料与光源的相互作用方式不同——这类颜料能在宽波段范围内迅速吸收光能，但发光却极为缓慢且持续时间长。最初，此类颜料采用硫化镉化学配方，如今多家企业已推出无重金属版本。使用时，只需将含此类颜料的制品暴露于普通白炽灯光源下“充电”，制品在离开光源后可持续发光数小时。

热致变色与光致变色着色剂。这类着色剂能产生显著的变色效果。顾名思义，热致变色着色剂随温度变化而改变颜色，由染料、活化剂和溶剂三种成分组成。溶剂的熔点决定发生颜色变化的温度，而染料决定颜色本身。热致变色着色剂在“软质塑料”中效果最佳——例如在PE、冲击改性聚苯乙烯和软质PVC中的效果优于PP、晶体聚苯乙烯或硬质PVC，原因在于软质塑料拥有更多自由体积以容纳3种必要组分。商业化热致变色产品价格差异较大，但均需以较高添加量使用才能实现显著的变色效果。光致变色着色剂基于暴露于阳光后分子形态发生改变的染料，添加量可较低（约0.5%及以下），适用于透明塑料。

装饰性水性涂料外观出色、功能卓越、性价比高且环保友好。水性涂料是一项快速发展的技术，以水为载体将涂料传递至塑料表面，正逐步成为新标准，取代众多溶剂型产品。如今的水性涂料化学配方在许多应用中可提供与溶剂型涂料相当乃至更优的外观及物理性能。

高性能水性涂料可实现超高装饰精饰标准，正在多个涂装与涂层市场领域快速普及。水性涂料环保“绿色”，满足严格排放法规要求，使制造商得以在众多应用中从溶剂型涂料系统转型。水性涂料毒性更低、VOC含量少且阻燃性更强，其使用将减少大气排放，改善工人健康与安全状况。

水性涂料提供多种固化机制，包括：a）自然挥发、b）烘箱固化和c）UV固化。近年来，汽车、船舶和建筑OEM行业对有色水性涂料及透明面漆（罩光）的使用量大幅增加。

在溶剂型涂料中，流化介质为有机溶剂或有机溶剂混合物（MEK、MIBK、二甲苯、甲苯等）。被归类为“水性”涂料，水必须作为重要或主要的流化介质。大多数符合水性涂料定义的产品在流化介质中仍含有少量有机共溶剂，通常为低分子量极性酮类、醇类和酯类。典型化学组成约为50%水、45%固体含量和5%共溶剂（共溶剂在流化介质中的比例可在2%至20%之间变化）。

施工工艺

水性涂料可采用传统施工工艺，包括各类喷涂方式和浸涂。与高固含量涂料因粘度较高无法浸涂相比，水性涂料在此方面具有优势。喷涂方式包括传统空气雾化、HVLP、无气和气辅无气喷涂。喷枪可用水或水基溶液清洗，无需稀料或丙酮。

干燥注意事项

水性涂料的固化时间明显长于溶剂型涂料。强制干燥或烘烤时，喷漆室与烘炉之间须留有足够的闪蒸时间，否则可能产生溶剂气泡。此外，需确保零件表面温度高于露点温度以防止凝结。在温暖月份通常问题不大，但在寒冷月份须特别注意。

高湿度的温热天气会延长闪蒸和干燥时间。湿度过高时，干燥过程中释放的水蒸气无处散逸，涂膜将无法固化。通过适度通风并提高温度，可为涂料持续补充新鲜空气，增强空气吸湿能力。在零件暴露于冰点温度之前，必须将涂层中的水分完全去除，否则残余水分结冰膨胀将导致附着力下降。

固化涂层和油墨的附着力与耐磨性是两项关键性能指标，其测量与控制对于稳健的制造至关重要。附着力与耐磨性是独立的物理性能，在失效模式分析中常被混淆诊断。附着力及耐磨性不良是造成现场失效、废品与返工、利润下降和客户不满的主要原因。目前已有相应技术手段对这些性能进行测量。

附着力与耐磨性之比较

在制造过程中，固化涂层与油墨在塑料基材上必须达到最优附着力与耐磨性（耐磨损），才能生产出可贯穿整个使用寿命的高品质产品。这两种性能可能相互关联，但通常互为独立——即固化涂层和油墨可能表现出良好附着力与差耐磨性，或差附着力与良好耐磨性。对附着力与耐磨性进行适当测试与理解，可确保符合规格要求，并对解决涂装和印刷问题具有重要价值。判明失效机制——附着力（内聚力）失效、磨损失效或两者兼有——将决定工程工艺解决方案的方向。历史测试方法与新型测量仪器均可用于测量和分析这些性能。

附着力测试方法

ASTM D 3359《胶带测试法测量附着力标准测试方法》历来是测试涂层和油墨附着力最广为人知、应用最广泛的方法之一，因其操作简单、成本低廉。胶带测试的基本操作步骤如下：

• 就胶带的选择达成一致。
• 涂层和油墨须在测试前完全固化。
• 按方法A在涂膜上划X形切口，或按方法B在每个方向划六条或十一条切口形成格状图案。
• 从胶带盘上撕去并丢弃两圈胶带。
• 用手指将胶带抹平贴牢，然后用铅笔末端的橡皮或类似物用力摩擦。胶带下方显现的颜色是接触完全的良好指示。
• 贴附后60至120秒内，以尽量接近180°的角度将胶带自由端迅速（勿猛拉）折回撕除。
• 检查切割区域涂层从基材上的剥离情况，并按预定描述和图示分级（0B、1B、2B、3B、4B、5B）评定附着力等级。

设计师可通过在模具型腔表面增加纹理来改善附着力。纹理形成峰谷结构，提供机械咬合式附着力。纹理可在模具内加工，也可手工借助百洁布和溶剂清洗实现。模内纹理为首选方案，因其可在不增加额外人工/化学品成本的前提下保持表面特性。例如，NTMA模腔光洁度“40-金刚石抛光1200目”对比“10-精细金刚石8000目”（0至3微米范围），前者更可能提升粘接强度。参见图4 SPI 模具表面光洁度参考图。即使轻微的纹理化表面也有利于附着力。对于连接器等凹孔应用，模具中的蚀刻型芯针效果尤为显著。

油墨与聚合物基材相容性——最难进行喷墨打印的聚合物包括：缩醛（POM）、聚酰胺（尼龙）、聚烯烃、聚酯（PET）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚酰亚胺“Kapton”（PI）、聚四氟乙烯（PTFE）和聚氨酯（PUR）。设计师选用这些低表面能（LSE）材料，看重其轻量化金属替代性、刚性与强度、耐化学品性及高温使用条件下的物理性能。

要实现成功的印刷与装饰，油墨与涂料必须在聚合物表面形成长期附着力。附着力在很大程度上取决于表面现象，即高温油墨必须能从喷头顺利喷射并与基材充分相互作用。油墨必须能与聚合物基材表面紧密接触。这种紧密接触被称为润湿或表面润湿，指油墨在表面铺展的能力。大多数聚合物表面天然呈疏水性，对润湿具有抵抗性。这类塑料具有化学惰性、无孔致密且表面能低等特征，使印刷附着几乎无从实现。表面能是固体表面（相对于内部）存在的过剩能量，源于表面分子无法像内部分子那样与等量的同类邻分子相互作用，因而具有过剩的相互作用能。

以聚酰胺（俗称尼龙）为例，其为半结晶聚合物，最常见的两种牌号为尼龙6和尼龙6/6。尼龙聚合物天然难以粘接，因为它们具有疏水性、化学惰性且表面润湿性差（即低表面能）。此外，尼龙具有吸湿性，可从大气中吸收超过自身质量3%的水分。水分本身即可导致附着力问题。尼龙树脂的正确干燥程序对加工和零件性能至关重要。尤其值得注意的是，尼龙的疏水性是表面性质，而亲水性是体积性质。由于尼龙是有机聚合物，表面能相对较低，这是聚合物及其他有机物的表面化学和表面物理特性所决定的。然而，尼龙链中的酰胺基团吸引水分子，赋予该材料在体积方向上吸水的亲水行为。因此，尼龙在本体中可表现出亲水性，而在表面却可能呈现疏水性。

聚苯硫醚（PPS）在所有先进工程塑料中具有最广泛的耐腐蚀性。PPS产品不吸湿，因此不会像尼龙（聚酰胺）那样出现尺寸膨胀问题。尽管如此，在注塑成型中使用干燥树脂仍至关重要。水分本身即可带来问题——高湿度可能产生孔洞，对零件性能、附着力和外观均产生不利影响。从干燥到加工的时间间隔应尽量缩短。PPS应在除湿料斗干燥机中干燥，一般不建议使用热风炉。要实现完全结晶态，模具温度须至少达到275至300°F。当PPS在低于275°F条件下成型时，制件为非晶态或半结晶态，并在此状态下保持，直至暴露于更高使用温度（包括热固化）时才发生转变。若使用温度超过成型温度，零件结晶度将提高，导致尺寸和性能变化。例如，40%玻璃纤维填充PPS在非晶态下成型的热变形温度（HDT，@264 psi / 1.8 MPa）仅为350°F，而在结晶态下则升至>500°F（260°C）。此外，模具温度对表面外观也有显著影响。

低分子量材料——如硅酮、脱模剂、防滑剂和工艺助剂——会阻碍油墨的流动及其与基材实现附着所必需的紧密接触。颜料和染料着色剂中使用的某些可溶性或非可溶性复合助剂也可能对附着力产生不利影响。注塑表面的化学成分、纹理和孔隙率对油墨流动和附着力有显著影响。处理质量和附着力受塑料表面清洁程度影响。表面须保持清洁，以实现最佳预处理效果和后续油墨附着力。表面污染物——如硅酮脱模剂、污垢、灰尘、油脂、油类和指纹——会阻碍处理效果。

材料纯度也是重要因素。经处理塑料的货架寿命取决于树脂类型、配方及储存区域的环境条件。经处理产品的货架寿命受低分子量氧化材料（LMWOM）的限制，如抗氧化剂、增塑剂、滑剂和抗静电剂、着色剂和颜料、稳定剂等。处理过的表面暴露于高温时，分子链流动性增加——链流动性越高，处理效果老化越快。经处理材料中的聚合物链流动性使处理所创建的结合位点向远离表面的方向迁移，这些组分最终可能迁移至聚合物表面。

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