專利名稱：成膜裝置和成膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在制品如三維部件或基材的表面上層合膜的成膜裝置，還涉及一種用于通過使用該成膜裝置形成膜的方法。
背景技術(shù)：
已嘗試通過層合以有色的(例如，油漆代替物)或設(shè)計的塑料膜而不是使用常規(guī)裝飾(例如，液體油漆)來裝飾汽車和摩托車、電子部件、家具等的外部和內(nèi)部部件中使用的三維部件的表面，或具有復(fù)雜形狀如在表面上包含突起和凹進(jìn)的形狀的制品如三維基材的表面。作為用制品的表面上層合膜的方法，已知使用真空成形裝置的膜層合形成方法。日本未經(jīng)審查的專利申請公布N0.2002-67137描述了一種真空成形裝置的構(gòu)造及使用該真空成形裝置在芯材上層合塑料片材的方法的工序。如該日本未經(jīng)審查的專利申請公布N0.2002-67137中所公開，真空成形裝置通常具有能彼此接合和分離的上腔室和下腔室，上腔室中包括加熱器。在使用真空成形裝置的通用層合方法中，將待向其上層合膜的制品支承在下腔室中并將被成形物即塑料膜設(shè)置在上腔室和下腔室之間。接下來，降低上腔室，使得上腔室和下腔室各自用塑料膜形成封閉區(qū)域，并且借助于真空泵使上腔室和下腔室內(nèi)的環(huán)境從大氣壓力改變?yōu)檎婵諣顟B(tài)。其后，通過由上腔室中的加熱器加熱使塑料膜軟化并僅向上腔室中引入空氣。通過以這種方式在上腔室和下腔室之間形成壓差，將塑料膜層合到下腔室中制品的表面上。

發(fā)明內(nèi)容
由于使用真空成形裝置的膜層合方法在膜對被層合制品的表面形狀的貼合性方面表現(xiàn)良好，因此其上被層合膜的制品包括各種形狀的制品，例如不僅有簡單的立方體和立方形或半球形部件，而且有環(huán)形和U形部件以及具有復(fù)雜形狀的組合的部件。但在其中待層合制品表面具有大高度差的突起和凹陷的情況下，膜不能完全貼合表面的形狀，這意味著在一些部分中可能發(fā)生膜的隆起。此外，近年已成為可取的方法是在一個腔室中支承盡可能多的制品以便能同時層合大量制品，從而提高生產(chǎn)效率。但當(dāng)增加腔室中的制品數(shù)量時，必然會讓制品之間的距離盡可能小，但隨著該距離變小，因制品之間的高度差而常發(fā)生膜的隆起，這意味著在制品的端部可能難以保持膜的令人滿意的形狀貼合性。因此，本發(fā)明的一個目的可包括提供一種真空成形裝置以及使用該成膜裝置的成膜方法，不論被層合制品的尺寸、形狀和數(shù)量如何該真空成形裝置都能在制品上層合膜的工序中以優(yōu)異的均勻性和良好的貼合性層合膜。根據(jù)本發(fā)明的一個方面的成膜裝置具有第一腔室、第二腔室、框式膜保持構(gòu)件和輔助壓膜工具，所述第一腔室設(shè)有加熱裝置并能保持真空或加壓狀態(tài)，所述第二腔室被設(shè)置成能與第一腔室接合和分離、設(shè)有在其上支承制品的可移動支承臺并能保持真空或加壓狀態(tài)，所述框式膜保持構(gòu)件設(shè)置在第一腔室和第二腔室之間用于保持膜，所述輔助壓膜工具具有當(dāng)膜被層合在制品表面上時抑制膜的隆起的壓膜部分。根據(jù)本發(fā)明的另一方面的輔助壓膜工具附裝在成膜裝置，所述成膜裝置具有第一腔室、第二腔室和框式膜保持構(gòu)件，所述第一腔室設(shè)有加熱裝置并能保持真空或加壓狀態(tài)，所述第二腔室被設(shè)置成能與第一腔室接合和分離、設(shè)有在其上支承制品的可移動支承臺并能保持真空或加壓狀態(tài)，所述框式膜保持構(gòu)件設(shè)置在第一腔室和第二腔室之間用于保持膜，并且該輔助壓膜工具附裝在第一腔室的底部或膜保持構(gòu)件并具有當(dāng)膜被層合在制品的表面上時抑制膜的隆起的壓膜部分。根據(jù)本發(fā)明的再一方面的成膜方法具有:將設(shè)有加熱裝置并能保持真空或加壓狀態(tài)的第一腔室與能保持真空或加壓狀態(tài)的第二腔室分離，以獲得大氣壓力下的開放狀態(tài)的步驟；將輔助壓膜工具附裝在第一腔室的底部或第一腔室和第二腔室之間的步驟；將膜保持在第一腔室和第二腔室之間的步驟；由所述膜在第一腔室和第二腔室這二者中獨立地形成封閉區(qū)域的步驟；在第一腔室和第二腔室這二者中形成真空的步驟；以及僅加壓第一腔室至大氣壓力或更高壓力、將第二腔室中的支承臺朝向第一腔室移動并借助腔室之間的壓力差和輔助壓膜工具局部地壓住膜以使膜層合在單個制品或多個制品的表面上的步驟。根據(jù)本發(fā)明的成膜裝置、輔助壓膜工具和成膜方法，可以借助于輔助壓膜工具有效地抑制膜的隆起并由此提高用于使用真空成形裝置在制品上層合膜的工序中的產(chǎn)率。此夕卜，可以不論腔室的尺寸和被層合制品的尺寸、形狀和數(shù)量如何，以優(yōu)異的均勻性和良好的貼合性實現(xiàn)膜層合。再者，在其中腔室中支承了多個制品的情況下，因為可以減小制品之間的距離，可以增加能被置于腔室中的制品的數(shù)量，并因此進(jìn)一步提高生產(chǎn)率。


圖1A和IB示出了本發(fā)明的成膜裝置的實施例的概念剖視圖。圖2A和2B示出了各步驟中成膜裝置的透視圖以說明采用本發(fā)明的成膜裝置的實施例的膜層合工藝。圖3A和3B示出了各步驟中成膜裝置的透視圖以說明采用本發(fā)明的成膜裝置的實施例的膜層合工藝。圖4A的圖示出了其中通過采用本發(fā)明的成膜裝置的實施例的膜層合工藝將膜層合在制品上的狀態(tài)。圖4B的圖示出了其中通過采用常規(guī)成膜裝置而不采用輔助壓膜工具的膜層合工藝將膜層合在制品上的狀態(tài)。圖5為平面圖，示出了多個制品被布置在本發(fā)明的實施例中的狀態(tài)。圖6為流程圖，示出了本發(fā)明的輔助壓膜工具的實施例的設(shè)計過程的實例。圖7A為透視圖，示出了不使用本發(fā)明實施例中的對應(yīng)輔助壓膜工具將膜層合在不同類型的制品上的狀態(tài)。圖7B為透視圖，示出了使用本發(fā)明的實施例中的相應(yīng)輔助壓膜工具將膜層合在不同類型的制品上的狀態(tài)。圖8A為透視圖，示出了不使用本發(fā)明實施例中的對應(yīng)輔助壓膜工具將膜層合在不同類型的制品上的狀態(tài)。圖SB為透視圖，示出了使用本發(fā)明的實施例中的對應(yīng)輔助壓膜工具將膜層合在不同類型的制品上的狀態(tài)。
具體實施例方式現(xiàn)在參照

本發(fā)明的實施例的模式。圖1A和圖1B示出了本發(fā)明的成膜裝置的實施例(后文稱“本實施例”)的模式的概念剖視圖。圖1A示出了當(dāng)制品被置于其中時成膜裝置的狀態(tài)，圖1B示出了當(dāng)膜被層合在制品上時成膜裝置的狀態(tài)。如這些圖中所示,本實施例的成膜裝置100包括第一腔室(10和第二腔室20,第一腔室能保持真空或大氣壓力或更高壓力下的加壓狀態(tài)。第一腔室10和第二腔室20被設(shè)置成彼此面向，所述腔室中的至少一者可由外部驅(qū)動機(jī)構(gòu)移動，并且所述腔室可接合在一起以形成封閉狀態(tài)并可彼此分離以形成開放狀態(tài)。此外，第一腔室10和第二腔室20的取向不受限制。例如，第一腔室10和第二腔室20可以被設(shè)置成上腔室和下腔室(如圖1A所示)，或者被設(shè)置成左腔室和右腔室。框式膜保持構(gòu)件30被設(shè)置在第一腔室10和第二腔室20之間并由該膜保持構(gòu)件30保持待層合于制品300上的膜200。用于加熱膜200的加熱裝置50設(shè)置在第一腔室10中，用于支承制品300的支承臺60設(shè)置在第二腔室20中。支承臺60可朝向第一腔室10移動，以將制品抬升。如果需要，制品300被固定在根據(jù)制品的形狀設(shè)計的基座70上并被設(shè)置在基座70和支承臺60上。本發(fā)明的成膜裝置的一個主要特征是引入了包括一個或多個壓膜部分的輔助壓膜工具。輔助壓膜工具可以與第一腔室的底部或膜保持構(gòu)件成一整體，或者可拆卸地附裝于第一腔室的底部或膜保持構(gòu)件。當(dāng)在制品上層合膜時，輔助壓膜工具將通過讓一個或多個壓膜部分貼靠其上設(shè)置制品的支承表面(例如，支承臺)壓住膜的易隆起的那些部分(即如果不使用該工具則將隆起的那些膜部分)而抑制膜的那些易隆起部分的隆起。輔助壓膜工具應(yīng)具有足夠的剛性，以將片狀膜壓靠在支承表面上。輔助壓膜工具的形狀不受特別限制，可根據(jù)膜隆起狀態(tài)設(shè)定并可取決于多種情況，例如其上待層合膜的制品的尺寸、形狀、數(shù)量和制品間距離、被層合的膜的尺寸以及腔室的尺寸。例如，輔助壓膜工具可包括按需確定尺寸的呈條、棒、板、釘、柱、脊、鰭等形狀的壓膜部分?？梢栽趯⑴c膜接觸的輔助壓膜工具表面上形成壓敏粘合劑層。在這樣的情況下，膜由壓敏粘合劑層以粘結(jié)方式支承在輔助壓膜工具上，并且可以抑制膜的中心部分因膜的自重造成的下垂。這里，本實施例的成膜裝置100的一個主要特征在于其上附裝有輔助壓膜工具40。輔助壓膜工具40可以與第一腔室10的底部或膜保持構(gòu)件30成一整體或者可拆卸地附裝于第一腔室10的底部或膜保持構(gòu)件30。當(dāng)膜200被層合在制品300上時，該輔助壓膜工具40通過具備壓緊膜200的壓膜部分來抑制膜的隆起。此外，“膜隆起”或膜的“隆起”指當(dāng)膜被層合在制品上時膜不是令人滿意地貼合制品的表面或基座形狀而是遠(yuǎn)離制品的表面的狀態(tài)。由于在制品或周圍基座或支承臺上發(fā)生鰭形浮起，在本說明書中，在許多情況下這也被稱為“成鰭形”。
如圖1A所示，如果在第二腔室20中的支承臺60上設(shè)置了多個制品300，則可將輔助壓膜工具40的壓膜部分設(shè)置在對應(yīng)于制品300間的間隙的位置處。輔助壓膜工具40應(yīng)為具有足夠剛性的構(gòu)件以壓住片狀膜200，并且輔助壓膜工具的形狀不受特別限制。輔助壓膜工具40的形狀根據(jù)膜隆起狀況并基于多種狀況設(shè)定，所述多種狀況如其上待層合膜200的制品300的尺寸、形狀、數(shù)量和制品間距離、被層合的膜的尺寸以及腔室的尺寸。通過使用輔助壓膜工具40，可以抑制膜隆起并從而能夠達(dá)成具有高度的均勻性和對制品表面形狀的貼合性的膜層合。此外，當(dāng)同一腔室中放置了多個制品時，由于膜的貼合性通常隨制品間的距離減小而變差，更容易發(fā)生隆起，但通過使用輔助壓膜工具40，可以減小制品間的距離。由于可以在腔室中放置更大量的制品，因此可以提高生產(chǎn)率?？梢栽趯⑴c膜200接觸的輔助壓膜工具40的表面上形成壓敏粘合劑層。在這樣的情況下，膜200由壓敏粘合劑層以粘結(jié)方式支承在輔助壓膜工具上，并且可以抑制膜的中心部分因膜的自重造成的下垂。此外，可以使用常見的市售真空成形裝置作為不具有輔助壓膜工具的成膜裝置。例如，可以使用布施真空公司(Fu-se Vacuum Forming)制造的真空成形機(jī)?？蓪⑤o助壓膜工具附裝在具有開口的框架構(gòu)件并或以機(jī)械方式或用粘合劑等設(shè)置在這些真空成形裝置的第一腔室的底部上。此附裝方法不受限制。優(yōu)選以可移除的方式設(shè)置輔助壓膜工具，以便可針對所用的每個制品附裝合適的輔助壓膜工具?，F(xiàn)在參照圖2A至3B所示裝置的概念透視圖說明使用本實施例的成膜裝置的成膜工藝。此外，這些圖示出了其中使用軸形的輔助壓膜工具41的實例，還示出了其中在基于汽車內(nèi)部部件的假想制品310上層合膜的實例。首先，使成膜裝置110的第一腔室和第二腔室如圖2A所示敞開于大氣環(huán)境，將待層合的制品310置于第二腔室21中的支承臺61上并將待層合于制品310上的片狀膜210置于膜保持構(gòu)件31上。但是，輔助壓膜工具41被置放在第一腔室11中具有開口的框架底部。例如，輔助壓膜工具41的軸被設(shè)置成平分開口的近似中心。這種設(shè)置對應(yīng)于兩個制品310間的間隙的近似中心。圖2A至3B示出了其中支承臺61為第二腔室的整個底部表面的實例，但其形狀和尺寸不受特別限制。制品310可直接放置在支承臺61上，但如果需要，可被固定在根據(jù)制品310的形狀準(zhǔn)備的基座(未示出)上。這里，兩個制品310被放置在支承臺61上，但制品的數(shù)量不受特別限制。如下文將提到的，膜保持構(gòu)件31所保持的膜210優(yōu)選地是一種能通過加熱而拉伸到至少150-200%、甚至300%的膜。接下來，如圖2B所示，使用外部驅(qū)動機(jī)構(gòu)(未示出)向上移動整個第二腔室21，使第一腔室11和第二腔室21由膜210封閉而形成上腔室和下腔室，并使每個腔室經(jīng)受抽真空以在每個腔室中形成真空(例如，IkPa或以下)。此外，開啟設(shè)置在第一腔室21的頂篷上的加熱裝置51以加熱膜210。再者，加熱裝置51不受特別限制，但為了能甚至在真空中有效地加熱，加熱裝置優(yōu)選地為能使用輻射熱的裝置，例如紅外燈加熱器。接下來，如圖3A所示，在加熱膜210的同時逐漸上推第二腔室21中的支承臺61，并移動支承臺61使得制品210從第一腔室底部上的開口移到幾乎整個制品均超過第一腔室底部的位置。膜210能通過加熱裝置51加熱而拉伸。膜加熱溫度不受特別限制，可根據(jù)所用的膜以及所需的拉伸度調(diào)節(jié)至不低于80°C且不高于200°C，或者不低于90°C且不高于180°C，例如大約120°C。隨著制品210被上推移動，可拉伸膜通過與制品表面接觸而被拉伸并被設(shè)置在剛好位于兩個制品之間的間隙處的軸形的輔助壓膜工具41壓住。在這種狀態(tài)下，只是第一腔室被加壓至合適的壓力(例如，大氣壓力至2MPa)。由于第一腔室11和第二腔室之間的壓力差，膜210將貼合并緊密地附著制品310的暴露表面的凹凸形狀，從而層合制品的表面。同時，由于兩個制品間的間隙中的膜被軸形的輔助壓膜工具41壓住，該間隙中膜的隆起受到抑制。接下來，如圖3B所示，再次打開第一腔室11和第二腔室21并返回大氣壓力，其上層合有膜210的制品310即可被移出。然后修剪掉附著于制品表面的膜310的不希望有的部分，例如邊緣?，F(xiàn)在參照圖4和5更詳細(xì)地說明輔助壓膜工具的作用。圖4A為其中在兩個制品310上層合膜并且其通過使用其中使用本實施例的輔助壓膜工具41的上述本實施例成膜裝置的膜層合工藝形成的狀態(tài)的模擬可視化透視圖，圖4B為其中除不使用輔助壓膜工具41外在相同的條件下層合膜的被層合膜狀態(tài)的模擬可視化透視圖。此外，該模擬中使用的條件如下。I)制品條件:使用兩個汽車門零件。當(dāng)使用與下面所述工作例中的條件幾乎相同的制品時，最大高度為70mm,其中所述制品的最大寬度為大約70mm,最大長度為大約205mm,高度為大約33mm，并被置于基座`上。兩個門零件以相同的取向設(shè)置在支承臺上，使得通過這兩個制品的重心的長軸相互平行，并且兩個門零件之間的最小距離為25mm。2)膜條件:膜面積為260mmX260mm，層合過程中的膜溫度為120°C。膜的熱膨脹系數(shù)為10_5/°c，在膜層合溫度下膜的彈性模量為19.4MPa，泊松比為0.45，屈服應(yīng)力為0.53MPa。3)輔助壓膜工具條件:橫截面直徑為2_的軸形構(gòu)件設(shè)置在兩個制品間的間隙的大致中心位置。根據(jù)模擬的結(jié)果，在其中未使用輔助壓膜工具41的情況下易于發(fā)生膜的隆起，尤其是在兩個制品310的端部，最終發(fā)生膜隆起如制品間的“鰭形”，如圖4B中虛線繪制的圓中所示。但如圖4A所示，根據(jù)模擬的結(jié)果，在其中使用上述本實施例的成膜裝置(其中使用本實施例的輔助壓膜工具41)在制品上層合膜的情況下，可以確認(rèn)在其中兩個制品間的距離也為25mm的情況下幾乎不因膜的隆起而發(fā)生“鰭形”。由于通過這樣使用本實施例的輔助壓膜工具41可以有效地抑制膜隆起(在層合多個制品時，其易于發(fā)生在制品間空間中)，因此可以減小制品間的間隙。因此，由于可以在單個腔室中放置更大量的制品，因此可以大大改善膜層合生產(chǎn)率。例如，在支承臺上均勻分布四個制品(310a至310d)的情況下，如圖5所示，如果不使用本實施例的輔助壓膜工具41，為抑制膜隆起，通過每個制品的重心的長軸方向節(jié)距Dl和短軸方向節(jié)距Ds應(yīng)使得制品間節(jié)距Dl須為至少106mm或更大并且制品間節(jié)距Ds須為253mm或更大。但在其中在制品沿長軸方向和短軸方向間的間隙的大致中心位置設(shè)有軸形的輔助壓膜工具41的情況下，制品間節(jié)距Dl可減小至91mm并且制品間節(jié)距Ds可減小至223mm而仍抑制膜隆起。換句話說，例如在如圖5所示設(shè)置四個制品的情況下，可以將設(shè)置效率提高24%。在單個腔室中放置大量制品的情況下，可以通過使用輔助壓膜工具41來增加制品的數(shù)量。此外，在進(jìn)一步增加單個腔室中的制品數(shù)量的情況下，通過在制品間的間隙的大致中心位置設(shè)置輔助壓膜工具，可以抑制膜隆起、改善膜對制品表面的貼合性并因此使制品上的層合狀態(tài)統(tǒng)一。此外，在其中使用具有高⑶、寬(W)和長(L)的長方體作為制品并將兩個具有相同形狀的制品沿其長軸方向彼此平行地設(shè)置在制品間距離(D)處的模擬模型中，如果制品間距離(D)相對制品高度(H)的比率(D/H)小或者如果制品長度(L)相對制品高度(H)的比率(L/H)小則因膜隆起而成鰭形的發(fā)生率顯著，因此用輔助壓膜工具來增強(qiáng)鰭形抑制效果。另外，可以在輔助壓膜工具與膜接觸的表面上設(shè)置壓敏粘合劑層，以將膜保持在壓敏粘合劑層上。在層合制品的表面時，由于膜加熱軟化，膜的中心部分可能因其自重下垂。特別地，通過增大腔室面積來提高生產(chǎn)率會導(dǎo)致膜的中心因重力而顯著下垂，這意味著膜的中心和邊緣間的層合條件的差異變大。由于不同部位之間層合條件的差異還導(dǎo)致膜的拉伸性差異，在要層合裝飾膜的情況下一些部位難以獲得均勻的裝飾。設(shè)置在輔助壓膜工具上的壓敏粘合劑層可保持膜并防止膜下垂，從而能夠達(dá)成更均勻的層合狀態(tài)。此外，在這樣的情況下使用的壓敏粘合劑膜不受特別限制，可以使用常用的粘合齊U，例如丙烯酸類粘合劑、基于聚酯的粘合劑、基于氨基甲酸酯的粘合劑、橡膠粘合劑或基于有機(jī)硅的粘合劑。其中，優(yōu)選使用具有可承受層合工序中使用的加熱條件的耐熱性的粘合劑，所述加熱條件為例如120°C或更高、150°C或更高、或者180°C或更高。例如，優(yōu)選使用丙烯酸類壓敏粘合劑。壓敏粘合劑層可用多種涂布方法形成，但可以使用市售雙面膠帶中使用的壓敏粘合劑層并將該層施加到輔助壓膜工具的按壓表面上。此外，輔助壓膜工具可以設(shè)有熱傳感器。由于輔助壓膜工具可接觸膜，膜的溫度可得到更準(zhǔn)確的測量并因此可以更精確地控制膜的加熱條件。圖3和圖4示出了具有軸形壓膜部分的輔助壓膜工具的實例，但輔助壓膜工具的形狀不受限制，只要能夠根據(jù)所用制品的形狀、數(shù)量、配置等有效地抑制膜隆起即可。此外，無論層合多個制品還是僅單個制品，都可以有效地使用輔助壓膜工具。因此，輔助壓膜工具優(yōu)選地根據(jù)具體的膜層合條件來設(shè)計。圖6為流程圖，示出了用于設(shè)計輔助壓膜工具的形狀和配置的過程的實例。首先，通過模擬來理解在不使用輔助壓膜工具時的膜層合狀態(tài)，由此可找出其中可能易于發(fā)生膜隆起的區(qū)域?；诖四M的結(jié)果，可以決定輔助壓膜工具的形狀。此類模擬中使用的計算方法可以為例如有限元法，更具體地講是顯式法，有限元法的一個類型。例如，可以通過使用Abaqus進(jìn)行模擬,Abaqus為Simulia銷售的進(jìn)行有限元分析的專有模擬軟件?，F(xiàn)在根據(jù)圖6中所示的程序進(jìn)行具體模擬。首先，獲得對于模擬必不可少的關(guān)于膜的物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)1010。這些物理性質(zhì)值包括關(guān)于膜層合條件下膜的拉伸性的數(shù)據(jù)，其自拉伸試驗或粘彈性試驗得到。接下來，獲得關(guān)于待層合制品的三維形狀的數(shù)據(jù)1020。此數(shù)據(jù)通常以制品的三維CDA數(shù)據(jù)獲得。此外，在其中制品為具有復(fù)雜形狀(具有小孔或突起等)的小部件的情況下，簡化制品形狀的數(shù)據(jù)是可以接受的，因為這對模擬結(jié)果幾乎沒有影響而又不使計算復(fù)雜。此外，在其中制品由許多部件構(gòu)成的情況下，將這些部件一起視為單個制品是可以接受的。接下來，設(shè)計用來固定制品的基座1030?；鶕?jù)制品的形狀來設(shè)計?；脑O(shè)計基于:制品的形狀、尺寸和高度，制品的固定角度，制品的數(shù)量，基座相對制品的位置關(guān)系，并且還根據(jù)與制品的形狀無關(guān)的數(shù)據(jù)，例如基座自身的凹凸形狀。接下來，獲得膜層合工藝條件1040。這里，工藝條件包括被層合在制品上的膜的尺寸(真空成形裝置中的膜保持構(gòu)件的框架尺寸)、層合過程中膜的加熱溫度以及第二腔室中支承臺上升的速度。根據(jù)以上獲得的數(shù)據(jù)，模擬出層合在制品上的膜的狀態(tài)1050。根據(jù)模擬結(jié)果，對被層合膜對制品表面形狀的貼合性進(jìn)行評價1060。具體而言，就被層合膜的拉伸是否超出膜可能破損的拉伸度以及就是否可能因某些部位的局部極度拉伸而導(dǎo)致膜破損進(jìn)行評價。如果這些評價結(jié)果顯得可以進(jìn)行良好的膜層合，則結(jié)束設(shè)計過程1100，但如果膜層合評價結(jié)果表明需要改變基座形狀，則重新評價基座形狀設(shè)計1040。當(dāng)基座形狀設(shè)計過程完成時，基于此數(shù)據(jù)進(jìn)行另一膜層合模擬1050并再次評價膜層合貼合性1060。接下來，基于這些結(jié)果設(shè)計輔助壓膜工具以抑制僅通過改變基座設(shè)計不能解決的膜隆起1070。換句話說，設(shè)計輔助壓膜工具的形狀、尺寸、配置等。加上所設(shè)計的輔助壓膜工具的數(shù)據(jù)，再次進(jìn)行膜層合結(jié)果的模擬1080。根據(jù)該模擬結(jié)果作出被層合膜的貼合性評價1090，在未取得令人滿意的膜貼合性的情況下，再次設(shè)計輔助壓膜工具。如果需要，重復(fù)進(jìn)行輔助壓膜工具的評價1090和設(shè)計1070以確立輔助壓膜工具的形狀。此外，如果從膜層合結(jié)果的模擬1080和評價1090可以確認(rèn)可以獲得良好的膜貼合性，則結(jié)束設(shè)計過程。圖7和圖8示出了不同制品的實例以及針對這些制品使用輔助壓膜工具進(jìn)行膜層合模擬的結(jié)果的實例。圖7A示出了假想情況下膜層合模擬的結(jié)果，其中在環(huán)的一部分缺失的單個環(huán)狀制品320上層合膜?？梢岳斫猓谝徊糠汁h(huán)缺失的環(huán)狀制品的一些部分中會發(fā)生膜隆起。該制品的輔助壓膜工具可為具有僅針對環(huán)缺失部分的壓膜部分42a的三維形狀的輔助壓膜工具42。圖7B示出了其中使用輔助壓膜工具42的膜層合模擬的結(jié)果。了解到這樣可以有效地抑制膜的隆起。這樣，在甚至因單個制品的形狀而發(fā)生局部膜隆起的情況下，可以使用具有僅針對該部分的壓膜部分42a的輔助壓膜工具。此外，輔助壓膜工具42的形狀可以根據(jù)制品的形狀而具有多種形狀。圖8A示出了對于以旋轉(zhuǎn)對稱方式設(shè)置兩個L-形制品的情況的膜層合模擬的結(jié)果，圖SB示出了對于根據(jù)兩個制品間的間隙的形狀使用夾狀輔助壓膜工具43的情況的膜層合模擬的結(jié)果。了解到這樣可以有效地抑制制品間膜的隆起。在上面給出的實例中，輔助壓膜工具通過根據(jù)制品的形狀或制品間的間隙的形狀(也就是說，根據(jù)一個或多個制品的設(shè)置)加工軸形構(gòu)件獲得，但輔助壓膜工具不限于軸形構(gòu)件，而是可以為帶形構(gòu)件或者寬度尺寸或形狀可根據(jù)制品間的間隙改變的構(gòu)件。此外，輔助壓膜工具可通過三維加工軸形或帶形構(gòu)件獲得。輔助壓膜工具的材料可以為任何剛性材料如金屬、合金、陶瓷或在膜層合過程中的加熱條件下即不低于80°C且不高于200°C、或者不低于90°C且不高于180°C的溫度下不變形的耐熱塑料?，F(xiàn)在更詳細(xì)地說明本發(fā)明的實施例中使用的制品和膜。有多種多樣的物件可以用作被層合膜的制品。典型的實例包括汽車的外部和內(nèi)部部件以及摩托車的裝飾部件。汽車的內(nèi)部部件的具體實例包括門把手、電動車窗的開關(guān)面板、裝飾件、方向盤、換檔面板、控制臺箱、飲料架、中控臺、儀表面板、中心裝飾件、門裝飾件、擋水板、防擦板和支柱。此外，汽車的外部部件的實例包括門拉手、前格柵、支柱、后門、支柱裝飾件、燈圈、模制件、油箱蓋、徽標(biāo)、保險杠和門鏡蓋。此外，摩托車的裝飾部件的實例包括擋泥板、護(hù)罩、油箱、油箱蓋、側(cè)蓋、中間整流罩、側(cè)整流罩、上整流罩、框蓋、散熱器蓋、前蓋、消音器蓋和側(cè)面板。此外，其他制品包括家用器具、電子部件和家具。其他具體實例包括:用于冰箱、電視機(jī)的飾面，用于膝上型計算機(jī)的飾面，用于移動電話的裝飾件、用于個人計算機(jī)的主體、椅子、書桌、擱板、廁座蓋、應(yīng)用于頭盔的裝飾和反射膜、種植器、花盆、照明反射膜、燈罩、衣箱和樂器。用于層合的膜不受特別限制，可以為能夠承受層合過程中所用加熱溫度的耐熱膜。例如，可以使用單一或復(fù)合熱塑性樹脂如聚酯(例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN))、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈/ 丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS)、丙烯腈/乙烯-丙烯-二烯/苯乙烯共聚物(AES)、聚氨酯、聚(甲基)丙烯酸酯(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯))或聚烯烴(例如，聚乙烯或聚丙烯)。其中，聚(氯乙烯)、聚氨酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚丙烯、聚碳酸酯、ABS和AES在加熱過程中呈現(xiàn)拉伸性并且對粘附體呈現(xiàn)粘附性，同時還呈現(xiàn)優(yōu)異的耐候性。聚(氯乙烯)、聚氨酯、聚(甲基)丙烯酸酯和聚丙烯尤其合適。一般來講，所述膜可以為具有多層結(jié)構(gòu)的層合膜，其含有通過澆注成型、擠出成型等形成的單層或多層基礎(chǔ)膜并且其任選地包含在基礎(chǔ)膜上的印刷層、金屬化膜、壓敏粘合
劑層等。為改善表面的防護(hù)性、耐候性、強(qiáng)度和美觀外表，膜的基礎(chǔ)膜可以是由相同或不同材料形成的層合膜。此外，出于裝飾的原因，層合的膜體可以含有單層或多層印刷層?？梢酝ㄟ^使用已知的方法如絲網(wǎng)印刷、凹版印刷、膠版印刷、噴墨印刷或靜電噴涂來進(jìn)行印刷。印刷層設(shè)置在例如基礎(chǔ)膜和壓敏粘合劑層之間。為賦予裝飾性，可以對膜的一個或多個層進(jìn)行加工，例如沉積鉻、鋁、鈦、銦、錫、鎳、不銹鋼、銀、金、銅或鈦的一種或多種金屬膜和/或施加含有粉末狀金屬微粒的涂層。尤其優(yōu)選銦的沉積膜或粉末狀金屬微粒的涂層，因為在膜被層合時其不會使金屬膜變白或開裂。沉積的金屬層或者含有粉末狀金屬微粒的層的厚度不受特別限制，可以是按預(yù)期設(shè)計和/或透光率設(shè)定的厚度，例如介于數(shù)納米至數(shù)十納米之間。所述膜還可以含有添加劑，例如增塑劑、抗氧化劑、UV吸收劑、顏料和填料。
整個膜的厚度不受限制，但如果此厚度為約200 U m或以下、尤其是約100 y m或以下，則可以改善膜對制品表面形狀的貼合性。但基于保護(hù)制品的觀點，膜的最小厚度為50 u m或以上、優(yōu)選地80 u m或以上，以確保一定程度的膜強(qiáng)度。所述膜可以在與制品表面接觸的表面上含有壓敏粘合劑層。壓敏粘合劑層可以通過涂布、噴射等形成。壓敏粘合劑層的厚度不受限制，只要在膜被層合時不發(fā)生剝離或折疊并且在高溫下不發(fā)生滲漏即可。例如，壓敏粘合劑層的厚度可以為大約IOym至大約50 iim，或者在不同的狀況下，大約20iim至大約40 y m。在其中制品的表面為表面自由能低并因此不易于粘附的烯烴類樹脂如聚乙烯或聚丙烯的情況下，可以在壓敏粘合劑層中引入賦予膠粘性的試劑如增粘劑以促進(jìn)粘附。此外，為增大被層合制品的表面自由能，由此提高可潤濕性并改善粘附強(qiáng)度，可以對制品表面進(jìn)行等離子處理、電暈放電處理等。在制品表面為烯烴類樹脂如特別是聚乙烯或聚丙烯的情況下，這類處理可有效改善粘附強(qiáng)度。SM現(xiàn)在說明本發(fā)明的工作例。< 實例 >使用雙面真空成形機(jī)(NGF-0709,布施真空公司(Fu_se Vacuum Forming)制造)作為成膜裝置。以旋轉(zhuǎn)對稱的方式將作為制品的兩個門零件置于第二腔室中支承臺上的基座上，使得通過這兩個制品的重心的長軸相互平行。所述門零件的形狀與圖4A中所示模擬中使用的幾乎相同，并且每個零件的尺寸為:最大寬度大約70mm、最大長度大約205mm、高度大約33mm,這意味著在置于基座上時的最大高度為70mm。兩個門零件之間的最小距離為25mm0準(zhǔn)備金屬絲衣架中所用并且橫截面直徑為2mm的金屬絲作為輔助壓膜工具。將其設(shè)置在框架上，框架的尺寸為260mmX 260mm、具有開口并且附裝在真空成形裝置的第一腔室的底部，使得金屬絲通過開口的近中心位置，彎折金屬絲的兩端，并以綁扎方式固定在框架上。以這樣的方式，金屬絲被設(shè)置在對應(yīng)于兩個門零件之間的間隙的近中心位置。與此同時，所述膜由框式膜保持構(gòu)件固定。膜保持構(gòu)件中開口的面積與第一腔室底部的開口的面積幾乎相同。所用的膜為如下所示具有7層結(jié)構(gòu)的裝飾膜(住友3M公司(Sumitomo3M Ltd.)出品的ITF1201J)。各層的類型和厚度如下所示。此外，在層合時剝下膜背側(cè)上的襯片，從而露出丙烯酸類壓敏粘合劑層(第一層)，其將與制品的表面直接接觸。所用膜的結(jié)構(gòu)第一層:丙烯酸類壓敏粘合劑層，厚度40 ii m第二層:底涂層，厚度Iym第三層:氨基甲酸酯層，厚度30 iim第四層:金屬沉積層，厚度I y m第五層:氨基甲酸 酯壓敏粘合劑層，厚度15第六層:有色的透明丙烯酸類樹脂層，厚度30第七層:透明的丙烯酸類樹脂層，厚度30i!m所述膜用以上參照圖3說明的程序?qū)雍显谥破飞?。換句話說，密封第一腔室和第二腔室，在各個腔室中分別抽真空，使得各個腔室中的壓力為IkPa或以下，并通過附裝在第一腔室頂篷的紅外燈將膜加熱至大約120°C的溫度。接下來，隨著在第二腔室中的支承臺被上推，一部分膜被金屬絲壓住，該金屬絲為輔助壓膜工具。然后將第一腔室加壓至大約2kPa的壓力。這樣，膜被層合在制品的表面上。盡管制品間的距離僅大約25mm，但也可以在不發(fā)生膜隆起(成鰭形)的情況下將所述膜層合。<比較例>作為比較例，使用真空成形裝置但不使用輔助膜支承工具進(jìn)行膜層合。使用與工作例相同的條件進(jìn)行膜層合，不同的是不使用輔助膜支承工具。但是，制品間的距離被設(shè)為40mm、45mm、50mm和55mm。當(dāng)制品間的距離為40mm時,制品間可見顯著的鰭狀膜隆起,而當(dāng)制品間的距離為45mm時，雖然膜隆起的高度減小大約一半，但仍留有一些鰭形。當(dāng)制品間的距離為50mm時，留有一些膜隆起而不能獲得完全的膜貼合性。為使制品間幾乎不發(fā)生膜隆起，須將制品間距離增至55mm。
權(quán)利要求
1.一種在制品的表面上層合膜的成膜裝置，所述成膜裝置包括: 第一腔室，所述第一腔室具有加熱裝置并能保持真空或加壓狀態(tài)； 第二腔室，所述第二腔室被設(shè)置成能與所述第一腔室接合和分離、設(shè)有在其上支承制品的可移動支承臺并能保持真空或加壓狀態(tài)； 框式膜保持構(gòu)件，所述框式膜保持構(gòu)件設(shè)置在所述第一腔室和所述第二腔室之間用于保持I旲；和 輔助壓膜工具，所述輔助壓膜工具具有當(dāng)所述膜在所述制品的所述表面上層合時抑制所述膜的隆起的壓膜部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜裝置，其中所述輔助壓膜工具的所述壓膜部分的形狀和配置根據(jù)當(dāng)不使用該支持工具在單個制品或多個制品的表面上層合所述膜時所述膜發(fā)生隆起的區(qū)域而定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的成膜裝置，其中，在所述第二腔室中有多個制品被支承在所述支承臺上的情況下，所述輔助壓膜工具的所述壓膜部分被設(shè)置在對應(yīng)于制品間的間隙區(qū)的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的成膜裝置，其中所述輔助壓膜工具的所述壓膜部分包括棒狀或帶狀剛性構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的成膜裝置，其中所述輔助壓膜工具還包括壓敏粘合劑層，所述壓敏粘合劑層位于在制品的表面上層合所述膜時與所述膜接觸的表面上。
6.一種附裝在成膜裝置上的輔助壓膜工具，所述成膜裝置包括: 第一腔室，所述第一腔室設(shè)有加熱裝置并能保持真空或加壓狀態(tài)； 第二腔室，所述第二腔室被設(shè)置成能與所述第一腔室接合和分離、設(shè)有在其上支承制品的可移動支承臺并能保持真空或加壓狀態(tài)；和 框式膜保持構(gòu)件，所述框式膜保持構(gòu)件設(shè)置在所述第一腔室和所述第二腔室之間用于保持膜， 其中所述輔助壓膜工具附裝在所述第一腔室的底部或所述膜保持構(gòu)件并且具有當(dāng)所述膜被層合在所述制品的表面上時抑制所述膜的隆起的壓膜部分。
7.一種用于成膜的方法，所述方法包括: 將設(shè)有加熱裝置并能保持真空或加壓狀態(tài)的第一腔室與能保持真空或加壓狀態(tài)的第二腔室分離，以獲得大氣壓力下的開放狀態(tài)； 將輔助壓膜工具附裝在所述第一腔室的底部或所述第一腔室和所述第二腔室之間； 將膜保持在所述第一腔室和所述第二腔室之間； 由所述膜在所述第一腔室和所述第二腔室這二者中各自形成封閉區(qū)域； 在所述第一腔室和所述第二腔室這二者中形成真空；和 僅加壓所述第一腔室至大氣壓力或更高壓力，將所述第二腔室中的支承臺朝向所述第一腔室移動，并借助于所述腔室之間的壓力差和所述輔助壓膜工具局部地壓住所述膜，以使所述膜片層合在單個制品或多個制品的表面上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種不論被層合制品的尺寸、形狀和數(shù)量如何均能以優(yōu)異的均勻性和良好的貼合性層合膜的成膜裝置(100)和方法。所提供的成膜裝置(100)具有第一腔室(10、11)、第二腔室(20、21)、框式膜保持構(gòu)件(30、31)和輔助壓膜工具(40、41、42)，所述第一腔室(10、11)設(shè)有加熱裝置(50、51)并能保持真空或加壓狀態(tài)，所述第二腔室(20、21)被設(shè)置成能與第一腔室(10、11)接合和分離、設(shè)有在其上支承制品(300、310、320)的可移動支承臺(60、61)并能保持真空或加壓狀態(tài)，所述框式膜保持構(gòu)件(30、31)設(shè)置在第一腔室(10、11)和第二腔室(20、21)之間用于保持膜(200、210)，所述輔助壓膜工具(40、41、42)具有當(dāng)膜(200、210)在制品(300、310、320)的表面上層合時抑制所述膜的隆起的壓膜部分(42a)。
文檔編號B29C51/16GK103189181SQ201180052234
公開日2013年7月3日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者竹之內(nèi)崇, 芹澤秀樹 申請人:3M創(chuàng)新有限公司