电容触摸屏PMMA保护盖板注塑加工技术

电容触摸屏PMMA保护盖板注塑加工技术李星随着智能终端产品市场的爆发，可穿戴设备的兴起，光学级PMMA的材料优势，加上非常灵活的加工自由度，能够实现设计师各种各样的个性化设计灵感，电容触摸屏PMMA保护盖板在电子产品应用里，占有越来越重要的地位。电容触摸屏PMMA保护盖板的产品优势消费电子类产品越来越往智能化和轻量化方向发展，智能终端产品在人们日常生活中的应用也越来越广，而随之而来的产品使用过程中的安全性也越来越被人们所关注。特别是在一些订制的高端商务机器、儿童学习游戏机器产品上，产品使用过程中的物理防护和化学防护安全上，要求更加严格。跟使用普通的玻璃或蓝宝石保护盖板触摸显示器件不同的是，使用光学级PMMA保护盖板的触摸显示器件，在日常使用过程中，可以防止因意外跌落和撞击带来的玻璃或蓝宝石碎片所引起的物理伤害，以及破裂后显示器件内部化学物质泄漏所造成的污染伤害。电容触摸屏PMMA保护盖板，还可以通过IMD模内装饰技术、精密切割技术、表面印刷技术、激光内外雕刻技术、真空溅镀技术、化学电镀技术等等工艺进行后期处理，得到用户所需要的产品工艺效果，丰富产品的外观设计。什么是PMMA？PMMA的化学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯，俗称为：亚克力，亚加力，压克力，是英文acrylic的中文叫法，翻译过来其实就是有机玻璃！聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）具有极为优越的光学性能，是一种高度透明的热塑性塑料，获得了广泛的应用，PMMA的产品有板、管、棒、模塑料等各种品种，主要应用于航空、无线电、仪器、仪表、医疗器材、装饰、指示、广告等方面。由于PMMA表面硬度不高、易擦毛、抗冲击性能低、成型流动性能差等缺点，PMMA的改性材料相继出现。如甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯、丁二烯的共聚，PMMA与PC的共混等。光学级超级透明PMMA材料主要用于液晶显示器导光板、光纤材料、太阳能光伏电池、手机或平板保护盖板等。由于超级透明PMMA优秀的光学性能和稳定的电学性能，密度和重量比玻璃低一半，机械强度是普通玻璃高7～18倍，越来越多的厂商直接利用注塑机械，成型成2.5D、3DPMMA电容触摸屏保护盖板，替代造价和污染更高的强化玻璃保护盖板，在获得跟玻璃保护盖板相似的光学和电学性能下，为客户终端机型减轻了整机重量，并且更具使用安全性和优秀的性价比，在手机和平板领域越来越多的被采用，特别是在一些高档的商务机器和儿童学习、游戏机器、可穿戴设备产品上应用广泛。PMMA材料的性能简介：聚甲基丙烯酸甲酯的主要性能：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）无色透明的玻璃状物，比重1.19。难着火，但能缓慢燃烧，离火后仍能继续燃烧，燃烧时易碎裂，熔融滴落，火焰明亮，底部蓝色，顶端白色，发出强烈花果臭和腐烂的蔬菜臭味。未处理的PMMA制品表面硬度较低，容易被硬物划伤,经过表面改性加硬处理后，表面硬度可达6~7H，硬度仅次于石英晶体。1、透明性：PMMA是无定形高聚物，其内部分子的排列方式不致干扰进入它的光线在各个部分通过时的速度，因而能使光线都以相同速度前进（即均一的折光指数），根本不会使光线四面分散互相干扰。所以PMMA具有优良的光学性能，高度的透光率（90～92%，和波长有关）。表面极光滑的片或棒材，在弯曲到一定限度内也能将从一端射入的光线全部在其内部反射前进，最后从另一端射出，就好象水在管子里流过一样（一定的弯曲度是指弯曲后的位置和原来位置所成的角度，不能超过42°；弯曲呈弧形时，弧形半径必须大于棒直径或片材厚度的3倍）。但当其表面某部分磨毛时，光线就可从这里逸出而显示出光亮。可以利用这种特性来制造边缘发光装置、外科医疗器具、显示器件光源导光板等2、机械性能：PMMA的机械强度比普通玻璃高7～18倍以，但和其它塑料相比强度只能算中等。它的缺点是质轻脆、易开裂（或出现银纹）、表面硬度低，容易擦伤而失去光泽；耐磨性较差，其彼此之间的静摩擦系数是0.8，对钢的动摩擦系数是0.45～0.50，所以容易擦伤磨毛，一般需要进行改性加硬处理。3、电性能：PMMA的电性能是良好的，特别是在低频率工作条件下。然而其某些电性能是独特的：介电损耗角正切值随频率的升高而降低。温度和频率对介电常数有影响，而气候和湿度对电性能的影响不大。4、热性能：PMMA的耐热性不够好，使用温度仅80℃。可通过其单体与双酯基丙烯酸乙二醇酯或甲基丙烯酸丙烯酯等共聚、交联，以提高耐热性。PMMA的比热比大多数热塑性塑料都低，有利于它快速受热塑化。另外它还具有一定的耐寒性，在低温-50～-60℃下，冲击强度变化很小。5、化学性能：PMMA具有一定的耐化学腐蚀能力，但随温度升高而减弱。对气体的耐化学腐蚀能力较强，长期和臭氧、二氧化硫接触，未出现被腐蚀情况；氯气能腐蚀其表面。能溶解于乙酸乙酯或丁酯、冰醋酸、氯仿和苯等中；能吸附各种醇类有机化合物，使体积膨胀，表面粗糙发毛，但不溶于脂肪族化合物中。6、耐气候性：具有优良的耐候性，在热带气候下暴晒多年透明度和色泽变化很少。注射速率的提高对PMMA熔体的充模是有利的，但由于高速注射往往影响成型制品质量，特别在浇口周围常常是模糊不清，从而使制品的透光率大为降低，同时还增加了制品中的内应力。在一般情况下最好不采用高速注射，只有当浇口较小(大多为针形浇口)充模有困难时或熔接痕明显的情况下，选用较高的注射速率。最好采用多级注射。D、模具温度模具温度是PMMA成型中一个重要因素，模具温度的控制与制品的结构形状，使用要求以及材料本身有关。模具温度高对熔体的充模是有利的，可减少熔接痕的产生，改善制品的透明性，尤其可降低制品中的内应力。较高的模具温度会引起制品的收缩率有所增大，易发生凹痕和冷却时间长等问题，进而影响整个成型周期。在实际成型中，除了因充模困难，改善熔接痕、防止收缩孔等需要适当加高模温(一般为40～65℃)外，大多采取通水冷却的办法控制模具温度。E、成型周期成型周期往往与制品的壁厚有关，由于PMMA熔体在140℃左右就开始凝固，105℃达到Tg，可以在较高温度下脱模而很少发生变形，所以成型周期一般都比较短，只有当模具温度过高时，周期才略有延长。总的来说，PMMA的加工要求较严格，它对水份和温度很敏感，加工前要充分干燥，其熔体粘度较大，需在较高（225-245℃）和压力下成型，模温在65-80℃较好。PMMA稳定性不太好，受高温或在较高温度下停留时间过长都会造成降解。螺杆转速不宜过大（60%左右即可），较厚的PMMA制件内易出现“空洞”，需采取大浇口，“低料温、高模温、慢速”注射的办法来加工。电容触摸屏PMMA保护盖板IMD模内装饰技术IMD的中文名称：模内装饰技术，英文名称：In-MoldDecoration。IMD是将已印刷好图案的膜片放入金属模具(mould)内，将成形用的树脂注入金属模内与膜片接合,使印刷有图案的膜片与树脂形成一体而固化成成品的一种成形方法。IMD包含IML，IMF，IMR。IML：INMOLDINGLABEL（无拉伸,曲面小，用于2D产品）IMF：INMOLDINGFILM（适合高拉伸产品，3D产品）IMR：INMOLDINGROLLER（产品表面薄膜去掉，只留下油墨在产品表面。)[1]

不过目前行业内把IML和IMF都称为IML。1、IMD模内装饰技术优点IMD，具有表面耐腐蚀、耐磨、不脱落、色彩鲜艳、颜色图案可随时更换、表面装饰效果极佳等优点，广泛应用于手机、平板、MP3、家电、仪器仪表等产品的表面装饰。2、IMD模内装饰技术加工工艺流程IMD工艺主要由下列几部分过程：A、油墨和印刷技术。B、成型工艺。C、冲床和切割。D、背部注塑。3、IMD模内装饰技术加工工艺设计A、工件形状设计。B、模具设计。C、注塑口设计：注塑口的种类、位置、数量等。4、IMD模内装饰技术加工工艺选择A、根据产品要求选择适当的装饰片材材质、厚度及装饰油墨的类型（UV型或溶剂型）。B、根据装饰片材材质选择合适的专用IMD油墨。C、根据油墨类型如溶剂型或UV型，选用合适的干燥方式及干燥设备。5、IMD模内装饰技术加工过程A、菲林输出、制版：根据图文要求选择合适的丝网、感光浆或菲林。B、印刷：油墨充分搅拌，取适量油墨、按比例加入稀释剂、印刷（影响油墨印刷的参数：网版质量、刮刀速度及硬度等）。C、干燥方法和条件：一般是采用三段式干燥前烘干油墨，再放置在晾架上入烘箱中干燥，烘箱空气流通及空气交换良好，温度为70-90C1-5个小时进行后补干燥处理。D、成型：金属模成型、真空成型、高压成型等。E、剪切：与成型模、注塑模的匹配。F、注塑：根据需求选择PMMA牌号，根据注塑料选择不同的注塑温度。6、IMD模内装饰技术主要加工参数影响IMD工艺的参数有50多种，其中主要参数有如下：A、工件设计，B、装饰片材的选择，C、稀释剂/硬化剂加入量，D、油墨干燥，E、印刷及注塑间停留时间，F、注塑口，G、注塑温度，H、PMMA牌号选择，I、PMMA的流平性，J、注塑压力，K、循环周期，L、模具温度等等。7、IMD模内装饰技术注意要点IMD射出成型注意要点：因油墨所能承受的温度为250～260摄氏度。所以在设计射出模时，需考虑射压,射出时间，浇口大小数量及PMMA的物理特性。为达到射压低，射出时间短，可考虑方法如下：A、浇道设计愈短愈好,采用热浇道最佳。B、浇口面积可加大或采多点浇口。C、PMMA射料选择:流动性愈高愈好,射出温度愈低愈好。D、射出压力愈低及射出温度愈低,则油墨可承受的时间会愈长。E、在浇口位置可加防止冲墨的油墨。F、注塑模的结构，型腔与成型模形状的一致性。G、在PMMA射料会交点，尽量不要选择拉伸最高的位置（大多时候在四角的位置，因其地方较薄，热涨冷缩更为严重，会出现皱折。H、一模多穴的情况，比传统更为严格，因为射出，保压时间，温度要一致。I、射出条件在IMD工艺中可变性较少，所以建议选择半闭式，或者全闭式射出机。J、因FILM热涨冷缩的特性，其模具温度不能太高成型，所以建议使用模温机。K、因为内置薄膜，越厚的地方越容易产生缩水，所以缩水的解决办法不能用传统的保压，过压的方法来处理，只能通过减料，掏空的方法来处理。8、IMD模内装饰技术常见问题射出成型常出现的问题及解决方法：A、注塑中花样油墨被冲散(洗)掉的主要原因如下：a、油墨干燥不透，存在残留溶剂，且还会产生气泡，注塑时油墨扩散并与片材附着力下降等b、银色墨需要更长些时间烘干；c、PMMA片材厚度的影响，油墨被冲散的面积随片材厚度的增加而加大；d、与注塑口设计的结构、形状以及分布是否合理有关；e、与PMMA注塑料的温度有关，注塑PMMA温度加高，则被冲散的面积减小。温度设定与PMMA牌号及注塑模结构有关；f、油墨层印刷得太薄；g、油墨本身不耐高温；h、PMMA在注塑前未去湿，导致注塑时出现气泡；i、网印前油墨的黏度调节不合适，导致墨层出现针孔以及流平性差的问题。B、装饰片材易分离的原因：a、油墨中有残留溶剂；b、注塑机的温度、压力及其冷却系统控制不当；c、油墨中，色料含量太高，或与注塑工艺不匹配；d、油墨本身与基材的结合牢度欠佳；e、没有印水性黏合剂；f、镜面油墨离弯边太近；g、PMMA射料有水分；h、油墨的附着力与PMMA射料的温度有关系。电容触摸屏PMMA保护盖板表面改性加硬处理为了解决PMMA盖板的表面硬度问题，一般选择对盖板制品表面进行硬度改性处理。这样既能保证PMMA的优点，又便于批量生产。表面改性处理一般有三种方式：1、表面涂层硬度改性，既是我们众所周知的表面硬化处理（Hardcoating）。就是在PMMA保护盖板表面涂上一层硬度高的材料，从而提高PMMA保护盖板表面的硬度，可涂敷的材料通常有：无机物、有机硅涂料、氟碳漆、多官能团丙烯酸酯及少量热固性树脂等。表面涂层根据结合的性质又分为物理涂层和化学涂层两种，物理涂层与PMMA结合只是利用薄膜与板材之间的范德华力，而化学涂层中的分子可以和板材侧链中的官能团发生交联产生结合力更加强大的化学键力，因而化学涂层的附着力较高，更牢靠。2、表面镀膜处理（一般采用PVD方式完成）；主要是通过PVD方式在PMMA保护盖板表面镀上金属、金属氧化物或者其他无机物。3、表面化学处理，主要利用激光等手段使得PMMA表面结构发生变化。尽管改变PMMA保护盖板表面硬度的方法多种多样，但在对PMMA保护盖板进行表面加硬处理后，仍然保留PMMA原来的光学性能等优势的话，以有机硅为主要成分，掺杂少量金属氧化物及其他助剂的表面涂层工艺是目前PMMA保护盖板制品的表面硬化首选工艺。合适的硬化剂是PMMA硬化性能达标的基础和必要条件，否则硬化工艺就无从谈起。在硬化剂选定之后，在硬化剂涂布之前首先要保证硬化PMMA盖板表面的洁净和干燥，PMMA保护盖板表面的整洁度是硬化产品良品率的保证之一。然后根据硬化剂的黏度和流平性选择合适的涂布工艺，以保证硬化层的均一性。电容触摸屏PMMA保护盖板表面装饰电容触摸屏PMMA保护盖板上的装饰可能是功能性的，也可是装潢性的。功能性装饰改善抗磨损、抗擦伤、抗紫外线、抗化学性等。装饰可为电容触摸屏PMMA保护盖板提供标记和产品信息。所有的装饰都依赖于在盖板表面上作永久性的表面外印记或油漆涂层，而不损害原先的形状、性能和表面。实际上，采用许多不同的工艺可以装饰所有成形塑料。装饰时可能发生的问题会损坏装饰和盖板。引起破坏的一些常见的原因是成形润滑剂、转移至成形后盖板表面的添加物、表面潮湿、成形时保留下来的冻结内应力、干燥不当的成形材料、材料污染、粉碎回料，等等。为了消除这些问题，对装饰材料以及装饰过程建立质量管理和谐是重要的。1、共注共注射可被认为是一种装饰方法。共注一般指两种或两种以上不同塑料相应叠在一起生产盖板。这些塑料也可以是颜色不同的同种塑料。使用不同的塑料，如PMMA层加PC层时，在粘度（如果需要的话）和熔融温度上都应相容匹配。需要两个或两个以上的注射器，一种料用一个。塑料被注入专用的模具内，这些模具可以是旋转式的，也可以是来回穿梭运动的。共注可以指不同的产品如三明冶式夹心结构件、双注塑件、多注塑件、双色注射件等等。这些工件都有三明治式的夹心构造，两层或更多层塑料迭在一起，兼有不同塑料的优点：（1）集多种材料性能于一身；（2）可以使用成本较低的塑料如回用料；（3）能用较贵的塑料充作外表装饰层；（4）含有增强层等等。2、扩散印刷一种重要的新颖装饰方法是扩散印刷。扩散印刷可将保护盖板上的图案印至6mil的深度。该方法产生耐磨擦的多色图案，并且与许多成熟的工艺相容，如涂色和共注射。用扩散印刷方法得到的图案质量取决于盖板塑料本身的分子结构和热扭变温度。通过不同的应用技术，扩散印刷的两种基本方法（干法和湿法）产生同样的效果。湿法可用普通的印垫转印设备。而干法则需要特殊的机械。在染料分子量和极性的基础上，扩散染料对基质具有强烈的亲和力。在时间、温度和压力的各种组合下发生图案的转印，图案来自湿法中的印垫或干法中的载膜。干法中使用的染料与塑料基质的热接触中升华，即直接从固态转变为气态再次回到固态，中间不经过液相。染料和塑料分子间的吸引力将图案“拉”到保护盖板上，深度达到4-6mil。使用湿法时，染料通过普通的压印设备从印版上转印到盖板上，每次印刷一种颜色。对于成功的湿法转印，必须将保护盖板表面预先洗净，以便保证没有污染干扰印刷过程。另外，保护盖板必须作后固化以固定图案。染料扩散装饰需要独特的设备和材料。加工者购买已预制好的图案的载膜，商业化的转印设备将保护盖板和载膜加热到300-310℉干法扩散不需要保护盖板的预清洗，染料转印可透过大多数表面污染发生。干法扩散也不需要后固化。另外，由于干染料晶体从载膜上预制好的图案转印，所以一次可以转印多色图案。两种方法的一个共同缺点是所用的扩散装饰染料是半透明的。因此，只能在浅色基质上印刷图案。通过该方法约有8种基色可被转印，其中黄色是最浅的一种颜色。对扩散印刷感兴趣的盖板加工者应该考虑到干法优于湿法。虽然干法需要专用于扩散装饰的设备投资，但是干法装饰更为简单，不需要预制清洗和后固化。最后，干法可在一次加工中转印多色图案。电容触摸屏PMMA保护盖板激光内雕装饰1、激光内雕原理雕刻本是一门古老的艺术，一般雕刻工艺都是从外刻起，从材料外部雕出所希望的形状，而激光却可以在材料内部进行加工雕刻。激光要能雕刻PMMA保护盖板，它的能量密度必须大于使PMMA保护盖板破坏的某一临界值，或称阈值。而激光在某处的能量密度与它在该点光斑的大小有关，同一束激光，光斑越小的地方产生的能量密度越大。这样，通过适当聚焦，可以使激光的能量密度在进入PMMA保护盖板内部时，到达加工区之前低于PMMA的破坏阈值，而在希望加工的区域则超过这一临