一種基于柱透鏡光柵凹槽表面立體冷燙的研究

陳 莉

（四川省宜賓普什集團3D有限公司，四川 宜賓 644007）

目前關于柱透鏡光柵材料表面的設計比較陳舊，缺乏時尚感，工藝不夠精美，因此需要區別于傳統包裝的優良特性，發掘柱透鏡光柵材料在產品上新型表現力，以創新設計為推動力，提高柱透鏡光柵材料技術水平，整合多材質的應用，增強視覺享受，引領高、中、低端產品發展趨勢，提高柱透鏡光柵材料表面的檔次和防偽性能，而UV油墨在柱透鏡光柵凹槽表面的附著力是亟須解決的問題。柱透鏡光柵是由許多相同柱鏡半徑和柱鏡間距的小圓柱透鏡組成的透明塑料薄片，一側是平面，另一側是具有一定曲率半徑的周期性起伏變化的半圓柱面[1]。柱透鏡光柵是微透鏡陣列成像技術，以軟件形圖像處理方式，研究表面工藝在不同基材上的承印差異，通過UV油墨在柱透鏡光柵表面絲印工藝流程的分析，尋找最理想的UV油墨附著力、輥輪溫度、輥輪壓力及轉印速度，使UV油墨在絲印過程中、定位轉移印刷過程中的附著力達到理想值，才能把轉印鋁箔很好地附著在承印物表面上，發揮其應有的作用，實現轉移印刷的目的[2]。整個柱透鏡光柵材料表面在冷燙的點綴下既有光柵虛擬的立體圖像，又有平面真實的立體觸摸感，為柱透鏡光柵材料增加時尚感、精美度，使其具有強烈的視覺沖擊力和吸引力。因此緊跟市場潮流，提高配套服務的及時性和有效性，創造產品獨特的效果和較高的附加值，將為客戶提供無限的商機，并可成為一個應用廣泛、利潤豐厚且前景廣闊的高科技項目[3]，有可預見的廣闊市場和發展空間。

1 試驗

1.1 材料

主要材料：柱透鏡光柵材料，0.65 mm/155 LPI，四川省宜賓普什集團3D有限公司；UV油墨，UV-1160A，廣州龍珠化工有限公司；轉印鋁箔，HC008，浙江紹興虎彩有限公司。

1.2 設備

主要設備：絲網印刷機，YKP-800×600B，上海大揚印刷機械有限公司；冷燙轉印機，LT-1050S，汕頭市華南機械有限公司。

1.3 工藝結構設計

如圖1所示，柱透鏡光柵復合型產品主要由1（UV膠印油墨層）、2（柱透鏡光柵材料）、3（UV絲印油墨層）和4（轉印鋁箔層）4個部分組成。對2層柱透鏡光柵基材進行了充分的電暈處理，1層UV油墨的附著力才能在UV膠印過程中有效增強。3層是柱透鏡光柵復合型工藝結構的重要部分，3層的UV油墨黏度、硬度要達到一定的標準，才能提高UV油墨的厚度和牢固度，進而填平2層的柱透鏡光柵凹槽部分。最后4層的轉印鋁箔才能平整的附著在3層的UV油墨表面，整個復合型產品表面才能達到預期的效果。

2 立體冷燙工藝流程

先利用絲網印版圖文部分網孔部分漏油墨，非圖文部分網孔不漏墨的原理，把UV油墨均勻倒在400 目網版上，采用全自動絲印機在平行于光柵方向使刮板在絲印網版上的油墨部位施加一定壓力，同時另一端移動，油墨在移動中被刮板從圖文部分的網孔中擠壓到另一個面的承印物上。由于柱透鏡光柵溝槽高度是10.6 μm，在印刷過程中過墨比較大才能填平光柵溝槽，因此印刷刮刀壓力調節在22 N/cm2。

UV油墨的光固化過程是指液態低分子油墨連結料在紫外光作用下發生光化學聚合反應轉化成立體網狀大分子而變成固態的過程。附著UV油墨的光柵通過傳送帶進入紫外光照射的通道，液態低分子油墨連結料在紫外光作用下發生光化學聚合反應，轉化成網狀大分子而變成固態[4]。

預固化絲印有冷燙膠水（UV光固樹脂和熱黏樹脂）的圖案通過UV紫外光照射后分子結構發生變化，使膠水半固化，圖案已經凝固定型，圖案表面存在膠黏力，圖案的定型和膠黏力直接影響冷燙質量和還原厚度，既要控制好UV干燥時間，又要防止產品其表面熱干燥過快、受熱不均勻而導致凸顯不好，因此必須保持油墨層要有良好的可塑性、UV油墨凸起來填充光柵凹槽和提高整體UV油墨高度。鋁箔壓合在承印物上，使鋁箔與圖案黏合，形成具有凸感的圖案。半干狀態的油墨在合壓作用下，轉印鋁箔與承印物（光柵材料表面不同光固圖案）接觸，具有一定熱量的電熱輥使轉印鋁箔受熱，溫度保持在65 ℃，壓力在42 N/cm2，恰當的溫度和均勻平衡壓印才能燙出高質量產品。壓印輥后方設置2個高壓氣刀，高壓氣刀吹氣方向對準壓印位吹氣就能將轉印鋁箔與光柵材料快速剝離。附著轉印鋁箔的柱透鏡光柵通過傳送帶進入固化通道，在通道內均勻分布2組7200 W燈管，UV光固化機傳送速度控制在0.33 m/s，UV油墨迅速固化，進而呈現出柱透鏡光柵立體圖像和全息圖像的組合，具有手感凹凸、視覺感較強的效果。如圖2所示。

3 結果與討論

3.1 不同墨層厚度比較

不同墨層厚度附著力效果如圖3所示。由圖3可知，在柱透鏡光柵表面進行的壓印輥內部安裝了加熱管，能對壓印輥進行加熱，加熱溫度分輥內溫度和輥表溫度，分別由探頭檢測顯示在控制臺上。要根據圖案的凸感和精細程度調節燙印溫度，一般調節在60 ℃～90 ℃。弓形輥通過調節手輪使弓形輥轉動，壓印輥壓力調節使其兩端平衡，距離支承輥0.2 mm。絲印油墨通過UV紫外光照射后分子結構發生變化，使膠水半固化填平柱鏡光柵凹槽，并使圖案凝固定型形成凸起，在其表面進行轉印鋁箔，經光固機受熱光固后更穩定，轉印鋁箔不易被拉扯掉。由此可見，絲印油墨填平柱透鏡光柵凹槽后，附著力和耐刮效果明顯增強。將柱透鏡光柵表面UV油墨（或轉印鋁箔）的面積與黏拉后柱透鏡光柵表面UV油墨（或轉印鋁箔）殘留面積的百分比進行比較，單位面積的UV油墨（或轉印鋁箔）殘留的百分比越大，說明柔韌性、附著力的性能越好[5]。然后對不同厚度的墨層進行附著力測試，單位面積內殘留的油墨面積越大，附著力等級越高，越穩固。

用量不同的UV油墨，凝固定型會產生不同的干涉。填平絲印油墨要控制填平，用量過低會使油墨易脆、易脫落；用量過大會使油墨不能完全固化及固化后材料的物理性產生負面的影響。該文通過3組試驗，對不同用量的UV油墨效果做了對比，不同厚度UV油墨有不同的附著力等級。參照GB/T 7706—2008進行UV油墨附著力測試。黏拉后油墨脫落小于18%，設定等級為1；黏拉后油墨脫落小于12%，設定等級為2；黏拉后油墨脫落小于8%，設定等級為3。得到的結果是厚度為35 μm的UV油墨效果比其他2種厚度的UV油墨效果都好。這樣才能獲得圖文清晰干凈、平整牢固、光澤度高且無臟點的良好效果[6-7]。見表1。

表1 產品附著力的不同等級

3.2 不同轉印冷燙壓力比較

電熱輥溫度65 ℃，柱透鏡光柵表面UV油墨厚度35 μm，轉印冷燙時間0.6 s，光固傳遞速度0.33 m/s時，使用不同的輥輪壓力（30 N/cm2，42 N/cm2，52 N/cm2）。轉印冷燙壓力對產品附著率的影響見表2。由表2可知，在柱透鏡光柵附著UV油墨部位進行轉印冷燙，當電熱溫度、速度一定時，冷燙壓力過小，UV油墨在電化鋁箔附著力不夠，油墨易脫落；冷燙壓力過大，柱透鏡光柵會變形，導致圖案變形、褪色和產生氣泡；冷燙壓力達到42 N/cm2時，柱透鏡光柵表面轉印鋁箔更平整、更均勻，單位面積轉印鋁箔附著率大，效果好，UV油墨不脫落、不起泡且不褪色。

表2 轉印冷燙壓力對產品附著率的影響

3.3 不同轉印冷燙時間比較

電熱輥溫度65 ℃，柱透鏡光柵表面UV油墨厚度35 μm，輥輪壓力42 N/cm2，光固傳遞速度0.33 m/s時，使用不同的轉印冷燙時間（0.3 s，0.6 s，1.2 s）。轉印冷燙速度對產品附著率的影響見表3。

表3 轉印冷燙速度對產品附著率的影響

3.4 不同光固傳遞速度比較

電熱輥溫度65 ℃，柱透鏡光柵表面UV油墨厚度35 μm，輥輪壓力42 N/cm2，轉印冷燙時間0.6 s時， 使用不同光固傳遞速度（0.16 m/s，0.33 m/s，0.5 m/s）。固傳遞速度對產品附著率的影響見表4。由表4可知，UV油墨的固化速度直接關系到油墨的干燥程度,并會對UV油墨的附著力產生重要影響。固化傳遞速度0.16 m/s，UV油墨干燥過度，部分油墨會出現易脆、破裂等現象，附著力不強，效果不好；固化傳遞速度0.5 m/s，UV油墨在1.2 m長的固化通道停留時間太短，UV油墨沒有得到充分干燥，沒有附著力牢度，效果不好；固化傳送速度在0.33 m/s，單位面積UV油墨的殘留率越大，附著力越強，整體外觀效果就越好。因此，在UV光能量固定的需要的干燥時間就越長，固化傳遞速度就要放慢；UV油墨層越薄，需要的干燥時間就越短，固化傳遞速度就要加快。

表4 光固傳遞速度對產品附著率的影響

4 結論

綜上所述，通過對UV油墨墨層厚度、紫外光照射、電熱輥溫度、輥輪壓力以及轉印冷燙時間的特性分析，可得光固機固化傳遞速度決定了油墨的干燥程度、油墨的附著力。在立體冷燙過程中，對附著不同UV油墨墨層厚度的柱鏡光柵表面進行紫外光照射，調整不同輥輪壓力、轉印鋁箔轉印時間都會影響轉印冷燙的效果。該文通過測試得到了最佳工藝技術參數：電熱輥溫度固定在65 ℃，柱透鏡光柵表面UV油墨厚度35 μm，轉印冷燙時間0.6 s，輥輪壓力42 N/cm2，光固傳遞速度0.33 m/s，轉印鋁箔與凸出的UV油墨牢固地粘接在一起。單位面積內殘留的油墨面積越大，附著力等級越高，越穩固，效果更好，且不脫落、不起泡和不褪色。近年來，UV油墨技術正逐步走向成熟,對開發PET復合型包裝具有重要意義，立體冷燙技術應用也越來越廣泛。