CN102673209A - 利用超临界流体转印薄膜至工件的方法与转印系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用超临界流体转印薄膜至工件的方法与转印系统。该方法包含有将一工件设置于一第一模腔内且设置一转印薄膜于该工件上；闭合该第一模腔与一第二模腔，且通入压力大于一临界压力的加压气体于该第一模腔与该第二模腔内；使该加压气体的温度大于一临界温度，以使其达到超临界流体状态；该超临界流体软化该转印薄膜；该转印薄膜的一粘着层、一印刷层、以及一硬化层转印至该工件上；以及开启该第一模腔与该第二模腔以取出该工件。
Description
技术领域
本发明涉及一种转印薄膜至工件的方法与转印系统，尤其是涉及一种利用超临界流体转印薄膜至工件的方法与转印系统。
背景技术
随着环保意识抬头，相关法规愈趋严格，为符合环保与法规要求，表面装饰技术朝向免喷涂或水性漆喷涂等方式发展，举例来说传统热转印方式可将具有装饰图样的塑胶薄膜转印至产品外观表面，以达到产品外观装饰效果，然而热转印的加热温度需提高至塑胶薄膜的玻璃转移温度(Glass Transition Temperature，Tg)之上，方能软化塑胶薄膜，如此一来会造成能源消耗，且延长制作工艺时间，此外受限于塑胶薄膜的塑性能力，其无法达成产品外观圆弧导角要求；再者若产品为塑胶等不耐温材料所制成，使用传统热转印方式可能会导致产品在转印过程中发生热变形等缺陷，故如何设计出一种符合环保要求且具有设计弹性的转印技术，便为现今在产品外观设计上的重要课题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用超临界流体转印薄膜至工件的方法与转印系统，以解决上述的问题。
为达上述目的，本发明揭露一种利用超临界流体转印薄膜至工件的方法，其包含有将一工件设置于一第一模腔内且设置一转印薄膜于该工件上；闭合该第一模腔与一第二模腔，且通入压力大于一临界压力的加压气体于该第一模腔与该第二模腔内；使该加压气体的温度大于一临界温度，以使其达到超临界流体状态；该超临界流体软化该转印薄膜；该转印薄膜的一粘着层、一印刷层、以及一硬化层转印至该工件上；以及开启该第一模腔与该第二模腔以取出该工件。
本发明另揭露该方法另包含于该超临界流体软化该转印薄膜后，卸除该第一模腔内压力，以使该转印薄膜贴平于该工件上。
本发明另揭露该方法另包含卸除该第二模腔内压力后，开启该第一模腔与该第二模腔以取出该工件。
本发明另揭露该方法另包含于取出该工件后，利用紫外光照射经转印过后的该工件，用于固化该硬化层。
本发明另揭露该气体为二氧化碳，且加压该气体超过73.8巴(bar)以及加热该气体超过32.1℃，以使其达到超临界流体状态。
本发明另揭露使该加压气体的温度大于一临界温度，以使其达到超临界流体状态包含加热该加压气体，以使该加压气体的温度大于该临界温度，而达到超临界流体状态。
本发明另揭露一种利用超临界流体转印薄膜至工件的转印系统，其包含有一第一模腔，其用来承载一工件以及一转印薄膜；一第二模腔，其用来与该第一模腔互相闭合；以及至少一气体增压单元，其连通于该第一模腔与该第二模腔，该气体增压单元用来通入压力大于一临界压力的加压气体于该第一模腔与该第二模腔内。其中当该加压气体的温度大于一临界温度以达到超临界流体状态时，该超临界流体软化该转印薄膜，以使该转印薄膜的一粘着层、一印刷层、以及一硬化层转印至该工件上。
本发明另揭露该气体增压单元为一气体增压循环单元，其包含有至少一进气阀、至少一出气阀，以及一气体增压循环器，该气体增压循环器连接于该进气阀与该出气阀，且该气体增压循环器用来通过该进气阀通入该加压气体至该第一模腔与该第二模腔内以及通过该出气阀抽出气体。
本发明另揭露该气体增压单元用来于该超临界流体软化该转印薄膜后抽出该第一模腔内气体，以使该转印薄膜贴平于该工件上。
本发明另揭露该转印系统另包含一紫外光照射机，其利用紫外光照射经转印过后的该工件，用于固化该硬化层。
本发明另揭露该气体为二氧化碳，该气体增压单元用来加压该气体超过73.8巴(bar)，以及该加热器用来加热该气体超过32.1℃，以使其达到超临界流体状态。
本发明另揭露该转印系统另包含一加热器，其用来加热该加压气体，以使该加压气体的温度大于该临界温度，而达到超临界流体状态。
本发明利用超临界流体软化转印薄膜，用于将转印薄膜转印至工件上，由于其转印温度不需提高至玻璃转移温度之上，即可软化转印薄膜，故可大幅降低制作工艺温度，减少能源消耗，同时因为不需加热至玻璃转移温度以上，因此不需费时的冷却过程，而可缩短制作工艺时间，且可避免若工件为塑胶等不耐温材料所制成而产生热变形的缺陷。此外本发明可有效地提高转印薄膜的塑性能力，故可满足产品外观圆弧导角要求。因此，本发明提供一种符合环保要求且具有设计弹性的转印技术。
附图说明
图1至图3分别为本发明实施例转印系统转印转印薄膜至工件的过程的示意图；
图4为本发明实施例转印薄膜的结构示意图；
图5为本发明实施例转印系统转印转印薄膜至工件的流程图。
主要元件符号说明
50 转印系统 52 转印薄膜
521 粘着层 523 印刷层
525 硬化层 527 离形层
529 塑胶薄膜基材 54 工件
56 第一模腔 58 第二模腔
60 气体增压单元 601 进气阀
603 出气阀 605 气体增压循环器
62 加热器 64 紫外光照射机
具体实施方式
请参阅图1至图3，图1至图3分别为本发明实施例一转印系统50转印一转印薄膜52至一工件54的过程的示意图。转印系统50可将具有装饰图样的转印薄膜52转印至工件54的表面，以达到产品外观装饰效果，其中装饰图样可利用涂布或印刷等方式设置于塑胶薄膜上，而形成转印薄膜52，举例来说，请参阅图4，图4为本发明实施例转印薄膜52的结构示意图，转印薄膜52可包含一粘着层521、一印刷层523、一硬化层525、一离形层527、 与一塑胶薄膜基材529，其中粘着层521提供转印薄膜52与工件54粘着的作用；印刷层523提供产品外观装饰作用，意即其上可形成有花样色彩等；硬化层525提供产品外观表面硬度；离形层527则提供将硬化层525与作为承载用途的塑胶薄膜基材529分离的作用。此外，工件54可为一产品外壳，例如为一笔记型电脑外壳等，且工件54可由塑胶或其他材质所组成。
转印系统50包含有一第一模腔56、一第二模腔58、至少一气体增压单元60、一加热器62，以及一紫外光照射机64。第一模腔56用来承载工件54以及转印薄膜52；第二模腔58用来与第一模腔56互相闭合，以使第一模腔56与第二模腔58内部形成密闭空间；气体增压单元60连通于第一模腔56与第二模腔58，气体增压单元60用来通入加压气体于第一模腔56与第二模腔58内，举例来说气体增压单元60可为一气体增压循环器，意即气体可在此闭回路中被循环利用，气体增压单元60可包含有至少一进气阀601、至少一出气阀603，以及一气体增压循环器605，其可为加压泵，气体增压循环器605连接于进气阀601与出气阀603，且气体增压循环器605用来通过进气阀601通入加压气体至第一模腔56与第二模腔58内，以及通过出气阀601由第一模腔56与第二模腔58内抽出气体。其中当第一模腔56与第二模腔58欲共用同一气体循环机制时，则可共用同一组气体增压单元60；若第一模腔56与第二模腔58欲个别使用不同的气体循环机制时，则可设置两组气体增压单元60分别连接于第一模腔56与第二模腔58，其端视实际设计需求而定。再者，加热器62用来加热该加压气体，以使其达到超临界流体状态。许多气体在高于特定的温度(临界温度)与压力(临界压力)下即为超临界流体状态，如CO2，N2O，SF6，NH3，H2O，n-C4H10，n-C5H12，Xe，CCl2F2，CHF3等，超临界流体兼具气态与液态的特性，它的低粘度与高扩散能力近似于气体，而密度则近似液体，有如液体般的溶解能力；超临界流体可渗入转印薄膜52内，减少塑胶键结的纠结程度，以增加塑胶键结的活动能力，使塑胶的粘滞度下降，因此转印温度不需提高至玻璃转移温度之上，即可软化转印薄膜52，大幅降低制作工艺温度，减少能源消耗，同时因为不需加热至玻璃转移温度以上，因此不需费时的冷却过程，而可缩短制作工艺时间。以二氧化碳(CO2)为例，二氧化碳在温度高于临界温度Tc＝32.1℃、压力高于临界压力Pc＝73.8巴(bar)的状态下，即为超临界流体，由于性质发生变化，其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的100倍，溶解参数可在 7-10之间变化，故具有惰性、无毒性、非燃性、无腐蚀性等优点。故则气体增压单元60可用来加压二氧化碳以使其的压力超过临界压力，如超过73.8巴(bar)，且加热器62可用来加热二氧化碳以使其温度超过临界温度，如超过32.1℃，以使其达到超临界流体状态；而紫外光照射机64可利用紫外光照射经转印过后的工件54，用于固化工件54上的硬化层525。
请参阅图5，图5为本发明实施例转印系统50转印转印薄膜52至工件54的流程图，其包含有下列步骤：
步骤100：将工件54设置于第一模腔56内且设置转印薄膜52在工件54上。
步骤102：闭合第一模腔56与第二模腔58，且利用气体增压单元60通入加压气体在第一模腔56与第二模腔58内。
步骤104：加热器62加热该加压气体，以使其达到超临界流体状态。
步骤106：该超临界流体软化转印薄膜52。
步骤108：卸除第一模腔56内压力，以使转印薄膜52贴平于工件54上。
步骤110：转印薄膜52的粘着层521、印刷层523、以及硬化层525转印至工件54的表面上。
步骤112：卸除第二模腔58内压力后，开启第一模腔56与第二模腔58以取出工件54。
步骤114：紫外光照射机64利用紫外光照射经转印过后的工件54，用于固化工件54上的硬化层525。
步骤116：结束。
在此对上述步骤作一详细说明，如图1所示首先可将工件54设置于第一模腔56内且设置转印薄膜52于工件54上，此时转印薄膜52与工件54之间仍形成有一空间。接下来如图2所示，先闭合第一模腔56与第二模腔58，且利用气体增压单元60通入加压气体于第一模腔56与第二模腔58内，意即气体增压循环器605可通过进气阀601通入加压气体至第一模腔56与第二模腔58内，以气体为二氧化碳为例，气体增压单元60可通入加压超过临界压力(如73.8巴(bar))的二氧化碳。接着，加热器62可加热该加压气体，以使其达到超临界流体状态，以气体为二氧化碳为例，加热器62可加热加压过后的二氧化碳以使其温度超过临界温度(如32.1℃)，如此一来便可达到 超临界流体状态。此外，若为在常温下即已超过其临界温度的气体，例如氮气(其临界温度为-147℃，临界压力为34巴(bar))，则可不需经由加热即可进行转印，意即加热器62与加热过程可为一选择性的配置，端视工作气体的性质而定。一旦气体进入超临界流体状态，其可渗入转印薄膜52内，用于减少塑胶键结的纠结程度，而增加塑胶键结的活动能力，故可使塑胶的粘滞度下降，由于转印温度不需提高至玻璃转移温度之上，即可软化转印薄膜52，故可大幅降低制作工艺温度，减少能源消耗，同时因为不需加热至玻璃转移温度以上，因此不需费时的冷却过程，而可缩短制作工艺时间。之后便可经由出气阀603卸除第一模腔56内压力，以使第一模腔56与第二模腔58间产生压力差，故可驱使转印薄膜52贴平于工件54上，如以真空吸附的方式将转印薄膜52贴平于工件54上，待转印薄膜52的粘着层521、印刷层523、以及硬化层525转印至工件54的表面上后，离形层527仍留于塑胶薄膜基材529上，但并未与粘着层521、印刷层523、以及硬化层525分离。之后可经由出气阀603卸除第二模腔58内压力，再开启第一模腔56与第二模腔58以取出工件54，且将塑胶薄膜基材529连同离形层527撕离工件54的表面，只留下粘着层521、印刷层523、以及硬化层525于工件54表面上，而塑胶薄膜基材529与离形层527在此制作工艺中是属于废料。此外，转印薄膜52的结构可不局限于上述实施例，举例来说其可只包含粘着层521、印刷层523、硬化层525与塑胶薄膜基材529，并无离形层527存在，且塑胶薄膜基材529也会被转印至工件54的表面，其设计方式端视实际需求而定。最后再利用紫外光照射机64以紫外光照射经转印过后的工件54，用于固化工件54上的硬化层525，经由固化处理则可加强工件54的外观表面硬度。此外，紫外光照射机64可为一选择性的配置，举例来说若是硬化层525使用PU材质，则可采用加热固化的方式，故固化方式可端视硬化层525的材料设计而定。
相比较于背景技术，本发明利用超临界流体软化转印薄膜，用于将转印薄膜转印至工件上，由于其转印温度不需提高至玻璃转移温度之上，即可软化转印薄膜，故可大幅降低制作工艺温度，减少能源消耗，同时因为不需加热至玻璃转移温度以上，因此不需费时的冷却过程，而可缩短制作工艺时间，且可避免若工件为塑胶等不耐温材料所制成而产生热变形的缺陷。此外本发明可有效地提高转印薄膜的塑性能力，故可满足产品外观圆弧导角要求。综 上所述，本发明提供一种符合环保要求且具有设计弹性的转印技术。
以上所述仅为本发明的实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (12)
1.一种利用超临界流体(supercritical fluid)转印薄膜至工件的方法，其包含有：
将一工件设置于一第一模腔内且设置一转印薄膜于该工件上；
闭合该第一模腔与一第二模腔，且通入压力大于一临界压力的加压气体于该第一模腔与该第二模腔内；
使该加压气体的温度大于一临界温度，以使其达到超临界流体状态；
该超临界流体软化该转印薄膜；
该转印薄膜的一粘着层、一印刷层、以及一硬化层转印至该工件上；以及
开启该第一模腔与该第二模腔以取出该工件。
2.如权利要求1所述的方法，其另包含于该超临界流体软化该转印薄膜后，卸除该第一模腔内压力，以使该转印薄膜贴平于该工件上。
3.如权利要求2所述的方法，其另包含卸除该第二模腔内压力后，开启该第一模腔与该第二模腔以取出该工件。
4.如权利要求1所述的方法，其另包含于取出该工件后，利用紫外光照射经转印过后的该工件，用于固化该硬化层。
5.如权利要求1所述的方法，其中该气体为二氧化碳，且加压该气体超过73.8巴(bar)以及加热该气体超过32.1℃，以使其达到超临界流体状态。
6.如权利要求1所述的方法，其中使该加压气体的温度大于一临界温度，以使其达到超临界流体状态包含加热该加压气体，以使该加压气体的温度大于该临界温度，而达到超临界流体状态。
7.一种利用超临界流体转印薄膜至工件的转印系统，其包含有：
第一模腔，其用来承载一工件以及一转印薄膜；
第二模腔，其用来与该第一模腔互相闭合；以及
至少一气体增压单元，其连通于该第一模腔与该第二模腔，该气体增压单元用来通入压力大于一临界压力的加压气体于该第一模腔与该第二模腔内；
其中当该加压气体的温度大于一临界温度以达到超临界流体状态时，该超临界流体软化该转印薄膜，以使该转印薄膜的一粘着层、一印刷层、以及一硬化层转印至该工件上。
8.如权利要求7所述的转印系统，其中该气体增压单元为一气体增压循环单元，其包含有至少一进气阀、至少一出气阀，以及一气体增压循环器，该气体增压循环器连接于该进气阀与该出气阀，且该气体增压循环器用来通过该进气阀通入该加压气体至该第一模腔与该第二模腔内以及通过该出气阀抽出气体。
9.如权利要求8所述的转印系统，其中该气体增压单元用来于该超临界流体软化该转印薄膜后抽出该第一模腔内气体，以使该转印薄膜贴平于该工件上。
10.如权利要求7所述的转印系统，其另包含一紫外光照射机，其利用紫外光照射经转印过后的该工件，用于固化该硬化层。
11.如权利要求7所述的转印系统，其中该气体为二氧化碳，该气体增压单元用来加压该气体超过73.8巴(bar)，以及该加热器用来加热该气体超过32.1℃，以使其达到超临界流体状态。
12.如权利要求7所述的转印系统，其另包含一加热器，其用来加热该加压气体，以使该加压气体的温度大于该临界温度，而达到超临界流体状态。
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