层压温度和时间对PVC卡剥离强度和外观质量的影响

2016-07-06赵贵彬

印刷技术·数字印艺 2016年3期

赵贵彬

现代人的生活离不开卡，除了银行卡，还有社保卡、公交卡、加油卡等。由于这些卡大多由PVC材质制成，所以业内将其统称为PVC卡。普通的PVC卡由两层片基及两层透明胶膜组成，多采用UV胶印的方式进行印刷，使卡片呈现出细腻的线条和丰富的层次。然而，大量应用UV胶印油墨也会带来诸多负面影响，比如墨层过厚、网点面积率过大时，会降低PVC卡的剥离强度。对此，制卡厂一般会采用覆盖带胶膜的方法来改善这一情况。带胶膜是涂有聚氨酯胶层的PVC面膜，其胶层中分解的NCO活性基团可与PVC卡进行化学交联，提高PVC卡的剥离强度，改善PVC卡粘结力不足的情况。

本文通过PVC带胶膜和PVC实地测试片基的层压实验，模拟生产中的实际情况，通过调整层压时间和层压温度，研究层压温度和层压时间对PVC卡剥离强度和外观质量的影响。

实验部分

1.实验器材

四色UV胶印机、层压机、模切机、拉力机、PVC白片基、PVC带胶膜、UV胶印黑墨。

2.PVC实地测试片基的制作

采用实地印刷，实验环境温度为（2 3±3）℃，相对湿度为40%～60%。

将PVC白片基裁切成140mm×140mm的尺寸，打开四色UV胶印机，对其各项性能进行检查，保证其处于正常工作状态，并确保UV灯管与UV油墨的波长相匹配。准备好实验材料，将几张PVC白片基夹入PVC压力片基，注意PVC白片基的印刷面应朝上。固定PS版，并用润版液擦拭，然后给墨辊上墨。接着打开UV灯管，开机进行试印，同时用密度计检测实地密度并注意墨层的固化情况。待实地密度达到要求后，印制一定数量的PVC实地测试片基。

3.层压实验

（1）PVC层压覆膜参数

在层压实验中，根据层压工艺的特性，设定3个工艺参数，分别是层压温度、层压压力以及层压时间。通过固定2个工艺参数，改变另一个工艺参数的方法，进行实验，并获取实验数据。用获取的实验数據与标准工艺参数获得的实验数据进行比较、分析，获得实际工艺参数。

①PVC层压覆膜标准参数

本实验的标准工艺参数为：层压时间为30min，其中热压、冷压各15min；层压温度为热压温度150℃，冷压温度（23±2）℃；层压压力为热压压力10.0MPa，冷压压力10.5MPa。

②不同层压时间下进行剥离强度实验的PVC层压覆膜参数

层压热压温度分别为120℃、150℃、170℃，热压压力10.0MPa，冷压压力10.5MPa。将打样后的PVC实地测试片基与PVC带胶膜配料，分别按20min、30min、40min、50min、60min的层压时间分别进行层压覆膜实验，并做好记录。

③不同层压温度下进行剥离强度实验的PVC层压覆膜参数

层压时间3 0 m i n，热压压力10.0MPa，冷压压力10.5MPa。将打样后的PVC实地测试片基与PVC带胶膜配料，分别按110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃的层压温度进行层压覆膜实验，并做好记录。

（2）PVC层压覆膜过程

①层压前的准备

把要层压的PVC材料正确放入层压托板内。层压材料放置顺序为：托板-层压垫-钢板-PVC带胶膜-PVC实地测试片基-PVC实地测试片基-PVC带胶膜-钢板-层压垫-托板。

②热压过程

开启层压机，设定层压温度，热压单元上、下两块加热（加压）铁板开始升温。开启空压机，给层压机提供气源动力。当层压机加热（加压）铁板温度升至预设的层压温度后，热压单元进入保温状态，将装有PVC材料的层压托板从工作窗放入层压机热压单元。关闭热压单元工作窗，层压机升压，上、下两块加热（加压）铁板闭合。设定热压压力和时间参数，层压机进入热压状态。

③冷压过程

待热压过程结束后，层压机启动减压程序，上、下两块加热（加压）铁板分开。打开热压单元工作窗，用隔热手套，把装有PVC材料的层压托板从热压单元取出，转移至冷压单元。开启水冷循环装置进行降温，关闭冷压单元工作窗，层压机升压，上、下两块制冷（加压）铁板闭合，设定冷压压力和时间参数，层压机进入冷压状态。

PVC材料在层压机中经由热压、冷压环节，融渗、凝固成有一定黏附力的卡体，达到了固化定型的目的。待冷压过程结束，层压机启动减压程序，上、下两块制冷（加压）铁板分开。打开冷压单元工作窗，把层压托板从冷压单元中取出，对层压好的PVC实地测试片基做好标记。

4.性能检测

（1）剥离强度

剥离强度的测试参考中国银联股份有限公司企业标准Q/CUP010-2006，当剥离角度为90°时，剥离强度不小于5.0N/cm即满足要求。

测量前将待测PVC卡置于环境温度（23±3）℃、相对湿度40%～60%的标准测量环境下存放24小时。测量时，将其沿长度方向切成宽为10mm、长为70mm的样片。采用拉力机分别对各待测样片进行剥离实验，并做好记录。

具体检测方法如下：使用锋利的刀将样片的表层背面切离芯层约10mm，并用夹具夹住或用黏性条黏住已切开的表层背面和芯层。把准备好的样片放入拉力机的夹紧装置中，以300mm/min的速度对PVC卡剥离强度进行测量，并记录拉伸强度值曲线，不考虑最初5mm的拉伸强度和长度小于1mm的任何特征值，找出最小拉伸强度值，作为PVC卡的剥离强度。

（2）外观质量

PVC卡的外观质量检验采用目视方法，即在自然光下目测检验，具体检验方法参考国家标准GB/T 14916-2006。检测项目包括卡体内墨色迁移程度和墨层边缘产生的裂纹程度。若卡片出现墨色迁移或墨层边缘产生裂纹，即判定PVC卡不合格。

实验结果与讨论

结合层压时间和层压温度对PVC卡剥离强度和外观质量的影响，确定最佳层压工艺参数。

1.层压时间对PVC卡剥离强度和外观质量的影响

（1）层压时间对PVC卡剥离强度的影响

各组试样剥离强度如图1所示。当层压温度为120℃时，层压时间延长对PVC卡剥离强度上升无显著影响。这是因为当层压温度为120℃时，PVC带胶膜涂层中的NCO活性基团比较稳定，延长层压时间也无法使NCO活性基团从涂层中分解出来参与反应。

当层压温度为150℃时，PVC带胶膜涂层中NCO活性基团开始变活泼，慢慢分解出来参与化学交联，交联点增多，粘结力增加，PVC卡剥离强度增大，并在层压时间为30min时达到最大值。但随着层压时间的延长，分解出来的NCO活性基团越来越多，交联点增多，影响了PVC带胶膜涂软段的结晶，粘结力减小，导致PVC卡剥离强度降低。

当层压温度为170℃时，随着层压时间的延长，PVC带胶膜涂层中的NCO基团在胶层中过快、过早地交联，影响了胶层与PVC基材的结合，导致PVC卡剥离强度下降。

根据以上数据得出结论：PVC带胶膜和PVC实地测试片基覆膜层压时，在没有达到一定层压温度时，延长层压时间无法使PVC卡剥离强度提高；但当层压温度高于某一范围，PVC卡剥离强度随时间的延长呈下降趋势，在合适的层压温度下，层压时间的延长和PVC卡剥离强度的提高不呈正比关系；当层压温度为150℃时，PVC卡剥离强度普遍较高，并在层压时间为30min时达到最高，此层压时间刚好为标准层压时间。

（2）层压时间对PVC卡外观质量的影响

选取层压温度为150℃时的试样，对其进行外观质量判定，如表1所示。层压时间为20min和30min时，PVC卡无墨色迁移，墨层边缘未产生裂纹，外观质量表现为合格；层压时间为40min以上时，PVC卡边缘出现裂纹，并伴随油墨迁移，外观质量表现为不合格。这是因为在一定层压温度下，随着层压时间的延长，PVC卡基材料变软，逐渐产生热形变，PVC卡体内的模量、刚性降低，在压力的作用下，引发了PVC卡体边缘裂纹及油墨迁移等现象。

综合以上层压时间对PVC卡剥离强度和外观质量影响的分析，我们得知：在热压压力为10.0Mpa、冷压压力为10.5MPa的条件下，当层压温度为150℃时，最佳层压时间为30min。

2.层压温度对PVC卡剥离强度和外观质量的影响

（1）层压温度对PVC卡剥离强度的影响

当层压时间为30min时，不同层压温度下各组试样的剥离强度如图2所示，PVC卡剥离强度随层压温度的升高呈现先上升后下降的趋势。當层压温度低于160℃时，PVC卡剥离强度随着层压温度的升高而提高，并于层压温度为160℃时达到最大值8.5N/cm，随后PVC卡剥离强度开始出现下降趋势，当层压温度为170℃时，下降到6.7N/cm，比层压温度为160℃时下降了21%。

当层压温度较低时，PVC带胶膜涂层中的NCO活性基团无法分解出来参加化学交联，另一方面，低温也无法使材料间形成良好的物理结合，所以PVC卡剥离强度较低。随着层压温度的升高，PVC带胶膜涂层NCO活性基团开始变得活泼，慢慢分解出来参加化学交联，在层压温度为160℃时达到材料结合的最佳温度和最佳粘结力，使PVC卡剥离强度达到最大值。但是随着层压温度的进一步提高，PVC带胶膜涂层中大部分NCO活性基团发生了交联反应，交联点过密，影响到了PVC带胶膜涂层的结晶，粘结力减小，导致PVC卡剥离强度降低。

由此得出结论：当层压时间为30min时，最佳层压温度为160℃。

（2）层压温度对PVC卡外观质量的影响

当层压时间为30min时，对PVC卡外观质量进行判定，如表2所示。当层压温度为110℃、120℃、130℃、140℃、150℃时，PVC卡无墨色迁移，墨层边缘未产生裂纹，外观质量表现为合格；当层压温度为160℃时，PVC卡边缘出现裂纹，外观质量表现为不合格；当层压温度为170℃时，PVC卡墨层有明显迁移，外观质量表现为不合格。这是因为随着层压温度的升高，PVC卡基材料变软，逐渐产生热形变， PVC卡体内的模量、刚性降低，在压力的作用下，材料间的流动，引发卡体边缘裂纹及油墨迁移等现象。