PC與PET雙軸延伸薄膜之應力場及模內印刷界面特性之研究

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研究生：	宋明逸 Ming-Yi Sung
論文名稱：	PC與PET雙軸延伸薄膜之應力場及模內印刷界面特性之研究 Effect of Stress State and Interfaial Characteristic on Biaxial Orientation and In-mold Printin of PC and PET Films
指導教授：	邱顯堂 Hsien-Tang Chiu
口試委員:	邱士軒 none 李俊毅 none 戴華山 none
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工程學院 - 材料科學與工程系 Department of Materials Science and Engineering
論文出版年：	2008
畢業學年度：	96
語文別：	中文
論文頁數：	104
中文關鍵詞：	模內裝飾、雙軸延伸薄膜、光彈性
外文關鍵詞：	BOPC, BOPET
相關次數：	點閱：261 下載：5
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本研究選擇以雙軸延伸試驗模擬IMD（In-mold Decoration；模內裝飾）製程在高壓成形時，油墨與薄膜所受之雙軸向應力，其優勢在於試驗後之試片為平面更易於觀測，並且能明確的掌握油墨與基材所受到的變形量。以延伸倍率為參數，分別對BOPET膜在對稱與非對稱的表面裝飾圖形於延伸後之應力場觀測，以及在延伸後BOPC膜之物性、應力分布、破壞行為、油墨之光學性質與介面性質作探討，應力場的觀測選用光彈性實驗施行，從上述一系列的實驗以獲得最佳之加工條件參數與成品設計原則。
對所使用之油墨進行沉降速率與粒徑分布的分析，其實驗上使用L.U.M.(Labor-Umweltdiagnistik & Medizintechnik)之Dispersion Analyser LUMiSizer，以光學離心的分析方法，利用粒子遷移速率與光的穿透關係，記錄下隨著時間改變之粒子行為。

This study selects biaxial stretch experiment simulating IMD（In-mold Decoration） process during high pressure forming; the biaxial stress that ink and film must bear, its superiority is,after experiment; the sample is flat, which is easy to observe, besides; it can precisely control strain that ink and substrate must bear. Take draw ratio as parameter,to observe stress filed regarding BOPET film respectively on symmetrical and non-symmetrical surface decoration graphic after stretch, as well as reviewing physical properties、stress distribution、destruction behavior of BOPC film、optical and interface property of ink after stretch. The photoelastic experiment is selected and performed for observation of stress fields, from afore-mentioned a series of experiments to obtain optimal processing conditional parameter and finished product design principle.)
To proceed the analysis on ink used about sedimentation rate and particle size distribution. The experiment uses Dispersion Analyser LUMiSizer of L.U.M.(Labor-Umweltdiagnistik & Medizintechnik), with optical and centrifugal analytical method in making use of relationship between particle mobility rate and light transmission to record particle behavior accompanying time change.

中文摘要………………………………………………………………I
英文摘要………………………………………………………………II
誌謝…………………………………………………………………IV
目錄……………………………………………………………………V
圖索引………………………………………………………………X
表索引………………………………………………………………XIII
第一章 緒論……………………………………………………………1
1.1 前言……………………………………………………………1
1.2 製程種類與優勢………………………………………………3
1.2.1 IMD成品製造流程………………………………………3
1.2.2 IMD製程類別……………………………………………4
1.2.3 製程優勢………………………………………………4
1.2.4 IMD產品設計之建議事項………………………………5
1.3 聚碳酸酯………………………………………………………6
1.4 合膠…………………………………………………………10
1.5 聚碳酸酯的物性改善………………………………………11
1.5.1 提高 PC 之熱變形溫度………………………………11
1.5.2 提高聚碳酸酯之抗溶劑性質…………………………12
1.5.3 提高聚碳酸酯之流動性質……………………………13
1.5.4 改善聚碳酸酯之光學性質……………………………13
1.6 聚對苯二甲酸乙二(醇)酯…………………………………14
1.6.1 雙軸延伸聚酯薄膜……………………………………15
第二章 文獻回顧及相關理論…………………………………………16
2.1奈米溶液分散性及穩定性之測定原理………………………16
2.1.1 沉降速率計算…………………………………………21
2.2 IMD成品之界面性質…………………………………………22
2.3 製程專利……………………………………………………23
2.4 高分子的延伸………………………………………………24
2.4.1 延伸機的構造…………………………………………24
2.4.2 延伸後的結構變化……………………………………28
2.4.3 延伸原理………………………………………………28
2.5 雙軸延伸……………………………………………………35
2.6 光彈性分析…………………………………………………41
2.6.1 雙折射效應……………………………………………44
2.6.2 平面偏振場與圓偏振場之光學效應…………………45
2.6.3 白光和單色光…………………………………………47
2.6.4 光彈法的應用與訊號處理……………………………48
第三章 BOPC膜物性與IMD加工之研究………………………………49
3.1 前言…………………………………………………………50
3.2 實驗架構……………………………………………………51
3.3 實驗材料與方法……………………………………………51
3.3.1 PC薄膜與油墨…………………………………………51
3.3.2 油墨之分散穩定性及粒徑分布………………………52
3.3.3 物性與熱性質…………………………………………52
3.3.3.1 力學性質測定…………………………………52
3.3.3.2 熱重分析儀測定………………………………53
3.3.3.3 菱鏡耦合儀……………………………………53
3.3.4 表面裝飾技術…………………………………………53
3.3.4.1 油墨製備………………………………………53
3.3.4.2 網版印刷………………………………………53
3.3.5 雙軸延伸試驗…………………………………………54
3.3.6 光彈性應力場分析……………………………………54
3.3.7 霧度之測定……………………………………………55
3.3.8 表面形態觀察…………………………………………55
3.3.9 PC薄膜/油膜之介面性質……………………………55
3.3.9.1 百格試驗………………………………………55
3.3.9.2 剝離試驗………………………………………55
3.3.10 退火熱處理…………………………………………56
3.4 結果與討論…………………………………………………56
3.4.1 光學離心法之轉速設定………………………………56
3.4.2 延伸倍率對BOPC膜之光學性質與應力場影響效應………………………………………………………………57
3.4.3 BOPC膜各異向性之力學性質…………………………58
3.4.4 表面裝飾的BOPC膜之應力場分析…………………58
3.4.5表面裝飾對BOPC膜之光學性質影響…………………59
3.4.6 PC薄膜/油墨介面效應對破壞形態之影響…………60
3.4.7 PC薄膜/油墨介面之剝離效應………………………61
3.4.8 PC薄膜厚度與延伸倍率對油墨表面形態影響………61
3.4.9 退火熱處理之應力消除效果…………………………62
3.5 結論…………………………………………………………62
第四章 BOPET膜之應力場……………………………………………64
4.1 前言…………………………………………………………64
4.2 實驗架構……………………………………………………65
4.3 實驗材料與方法……………………………………………65
4.3.1 PET薄膜與油墨………………………………………65
4.3.2 網版印刷………………………………………………66
4.3.3 力學性質測定…………………………………………66
4.3.4 180°剝離試驗…………………………………………66
4.3.5 雙軸延伸試驗…………………………………………66
4.3.6 光彈性應力場分析……………………………………67
4.4 結果與討論…………………………………………………67
4.5 結論…………………………………………………………67
第五章 總結論…………………………………………………………68
參考文獻………………………………………………………………99
圖索引
圖1-1 IMD流程…………………………………………………………3
圖1-2 聚碳酸酯分子式…………………………………………………7
圖1-3 聚碳酸酯分子結構………………………………………………7
圖1-4 PC摻混PS之共聚合物…………………………………………14
圖1-5 聚對苯二甲酸乙二(醇)酯分子結構…………………………14
圖2-1 L.U.M原理示意圖………………………………………………16
圖2-2 粒子沉降過程示意圖…………………………………………17
圖2-3粒子漂浮過程示意圖…………………………………………18
圖2-4 時間上與透光率之穩定性作圖………………………………19
圖2-5 顏料位置對透光率之參考圖…………………………………19
圖2-6 顏料位置對透光率之未加工作圖……………………………20
圖 2-7顏料粒子位置對透光率之加工後作圖………………………20
圖2-8 時間對透光率之穩定性比較…………………………………21
圖2-9 分子順向與結晶化對界面性質影響…………………………23
圖2-10 Sheet 加熱線圖，滾筒周速差………………………………25
圖2-11 延伸輪的安排方式……………………………………………26
圖2-12 延伸輪間距與膜厚的關係……………………………………27
圖2-13 球晶經拉伸後轉變為晶束結構示意圖………………………28
圖2-14 塑膠在熱延伸時的機械順向性與熱回復性關係……………29
圖2-15 PP在不同溫度下，以延伸比1:6，延伸效果的比較…………30
圖2-16 結晶與非晶PP在不同延伸倍率下之雙折射率關係………31
圖2-17 延伸倍率對聚丙烯扁絲強度性能的影響……………………31
圖2-18 延伸比與順向程度的關係……………………………………32
圖2-19 PC之(A)雙折射率、(B)順向函數與延伸倍率的關係………33
圖2-20 非晶、半結晶與多晶性高分子雙軸延伸及熱處理之分子鏈結構變化…………………………………………………………………35
圖2-21 PET/PEN雙軸延伸薄膜阻氣機構示意圖……………………37
圖2-22 電容器之構造…………………………………………………39
圖2-23 不同建築設計所受之雙軸應力………………………………40
圖2-24 遮蓬之應力分布………………………………………………40
圖2-25 雙折射現象……………………………………………………45
圖2-26 平面偏振場……………………………………………………46
圖2-27 互補色圖………………………………………………………47
圖3-1 實驗流程圖……………………………………………………51
圖4-1 實驗流程圖……………………………………………………66
圖3-2 BRUCKNER雙軸延伸機之外觀…………………………………72
圖3-3 可程式控制氣液壓夾頭………………………………………72
圖3-4 0.8㎜與0.25㎜之PC薄膜熱重分析比較……………………73
圖3-5 油墨之熱重分析………………………………………………73
圖3-6 各轉速之粒子沉降速率與光的穿透關係圖…………………74
圖3-7 經由軟體所計算之粒徑分布…………………………………75
圖3-8 油墨在850rpm之實驗轉速下之粒徑分布圖…………………76
圖3-9 油墨在850rpm之實驗轉速下之透光率穩定性………………76
圖3-10 等向雙軸延伸之各延伸倍率的應力場比較…………………78
圖3-11 非等向雙軸延伸之各延伸倍率的應力場比較………………79
圖3-12 800μm厚度之PC膜在180℃，不同之延伸倍率下之雙折射率比較…………………………………………………………………80
圖3-13 250μm厚度之PC膜在180℃，不同之延伸倍率下之雙折射率比較…………………………………………………………………80
圖3-14 各異向性應力應變圖…………………………………………81
圖3-15 表面印刷後的各延伸倍率的應力場比較……………………84
圖3-16 0.25㎜厚度PC膜印刷油墨後雙軸延伸之破壞形態………85
圖3-17 0.8㎜m厚度PC膜印刷油墨後雙軸延伸之破壞形態………85
圖3-18 單軸拉伸破壞於圖形介面……………………………………86
圖3-19 比較印刷油墨前後之應力應變曲線…………………………86
圖3-20 0.8㎜厚度之PC膜油墨受不同延伸倍率之霧度值…………87
圖3-21 0.25㎜厚度之PC膜油墨受不同延伸倍率之霧度值………87
圖3-22 百格試驗碳鎢鋼製六面旋轉球刀……………………………89
圖3-23 百格試驗剝離後之放大鏡圖像………………………………89
圖3-24 CNS 5812 K6508之可撓性材料對可撓性材料之Ｔ型剝離強度試片尺寸……………………………………………………………90
圖3-25 PC膜各延伸倍率之SEM照片…………………………………91
圖3-26 退火熱處理效果………………………………………………92
圖4-2 研磨流程………………………………………………………94
圖4-3 網版圖像………………………………………………………95
圖4-4 PET薄膜常溫與160℃之應力應變曲線比較…………………95
圖4-5 180°剝離試驗之試片尺寸……………………………………96
圖4-6 雙軸延伸試片尺寸……………………………………………96
圖4-7 SHIBAYAMA雙軸延伸機外觀……………………………………97
圖4-8 SHIBAYAMA雙軸延伸機內部……………………………………97
圖4-9 對稱與非對稱圖形延伸之應力場……………………………98
表索引
表1-1 IMD製程種類……………………………………………………4
表1-2 IMD產品設計之建議事項………………………………………6
表1-3 合膠的種類……………………………………………………11
表 2-1 高分子材料的Tg、熔點以及延伸溫度的關係………………34
表2-2 分子順向對氧氣滲透性的影響………………………………36
表3-1 油墨配方表……………………………………………………71
表3-2 ASTM D3359 黏著力TEST規範………………………………88
表3-3 剝離試驗之參數設定與實驗結果……………………………90
表4-1 配方表…………………………………………………………93
表4-2 180°剝離試驗之參數與結果…………………………………96

                                

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全文公開日期 2013/07/29 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (國家圖書館：臺灣博碩士論文系統)

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