CN109849459A - 一种带有金属层的复合材料及其制备方法和光泽加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有金属层的复合材料及其制备方法和光泽加工方法，将光泽效果图案输入电脑系统；将带有金属层的复合材料制成的包装物、印刷物的成品或半成品的遮蔽层置于激光雕刻装置光源之下；通过验证得出所需的激光光源功率、调整激光束的焦距、射频频率和振镜头偏转的速度使激光加工完指定深度的参数。激光束在电脑系统的控制下，按照预先输入到电脑系统中的图案和参数，在由带有金属层的复合材料为原料制作的盒子、袋子、书籍封面、卡片等制成品或半成品的遮蔽层一面，通过一次或多次移动激光束路径来雕刻去除遮蔽层、胶黏剂A层、底涂层和一少部分清漆层，直至呈现出金属层的色泽，生成指定的光泽图案，从而实现图案光泽加工。

Description

一种带有金属层的复合材料及其制备方法和光泽加工方法

技术领域

本发明涉及复合材料加工领域，尤其是一种印刷品、包装品表面整饰领域中的复合材料及其制备和光泽加工方法。

背景技术

光泽加工是对商品包装、书籍封面等印刷品表面进行印刷光泽感的油墨、在光泽材料上局部印刷具有遮蔽效果油墨或者是贴附带有光泽的色箔，属于印刷品表面整饰工艺，目前的技术有大致3种光泽加工的工艺方法：

1、印刷光泽油墨，随着市场经济的发展，对商品包装、书本封面等印刷品的高级感和注目度提出了更高要求，除了印刷光谱色，还有光泽色，特别是金属光泽色的需求出现，通过印刷设备印刷金属光泽色，比如金色或银色的带有金属色泽微粒的油墨可以增加装饰效果，但是金、银色油墨印刷也有他的不足和缺点，目前大部分工艺技术印刷金、银色油墨需要使用凸版、凹版、胶版、网版印刷设备来完成印刷，在印刷过程中需要制版和依靠施加压力来转印油墨完成印刷，如果想实现光泽加工部分图文的可变数据印刷，只能通过更换印版并重新调整印刷设备实现，这一过程耗费时间和物料成本，同时使用凸版、凹版、胶版、网版印刷设备来完成印刷，在印刷过程中需要依靠施加压力来转印油墨完成印刷，因为压力的参与也不易对压力敏感的材料，比如表面平整度差、较软或薄而脆的材料进行印刷，特别是很难在已经体现出立体结构样式或带有不能承受压力的腔室结构的成品、半成品的包装盒、包装袋、管状包装物、书籍等产品上进行印刷，同时金银油墨长时间与空气接触会发生氧化反应，使金、银色逐渐变暗、变黑，影响外观效果。

2、贴附色箔加工，使用胶黏剂将金属箔或者是电化铝箔通过施加压力的方法，将带有光泽的色箔压印到印刷品或包装材料上完成光泽加工的工艺方法，目前常用的方法有：

2-1，贴金箔，贴金箔是指使用具有高延展性的金属，如高纯度的金、银、铜等金属压延成的箔片通过涂刷专用的粘合剂将金属箔通过毛刷、刮板或压力辊等施加压力手段贴合到承印物表面，缺点是金、银、铜等金属箔价格高昂，贴附过程一般使用人工或半自动设备，效率低，成本高，目前在普通的印刷品和包装品上很少应用。

2-2，热烫印，热烫印也是目前光泽加工中最常用的光泽加工方法，热烫印技术是通过专门的烫印设备加热烫印凸版，烫印凸版一般为金属锌、镁、铝、铜及其合金或导热性能良好的耐热合成树脂为主的复合材料制成，在烫印过程中通过施加压力和温度的方法将粘合剂熔融、并把专用的烫印电化铝色箔压印到印刷品、包装品等承印物的表面，以形成光泽的图案部分达到特殊装饰效果，其缺点是想完成图案部分的光泽烫印加工首先需要制备烫印用的版材，以及在烫印版的安装过程用需要对位置、连接固定，压印的压力和时间、版体的加热温度等参数进行耗时的调整，特别是烫印版的制备过程。一般的烫印版材为铜、镁铝合金、锌合金等金属制成，通过照相蚀刻或机床铣削而成，照相蚀刻工艺中的遮蔽用感光胶片制作和金属版材的化学蚀刻过程中需要消耗水和使用腐蚀性化学品，如不妥善处理会对环境产生负担。通过机床铣削加工烫印版材，是将金属原料通过铣削刀具按照最终图案要求将多余的部分铣削切割去除，目前技术条件下加工周期较长、加工成本也比蚀刻工艺高。但无论采用何种烫印版的加工工艺，其材质对加工制作、运输、保管和使用环节都有成本上的支出，实体版材也很难通过频繁换版实现可变数据、可变图案的加工，同时在烫印过程中同样需要依靠施加压力来完成烫印色箔的压印，因为压力的参与也不能对压力敏感的材料，比如表面平整度差、较软或薄而脆的材料进行烫印加工，特别是很难在已经体现出立体结构样式或带有不能承受压力的腔室结构的成品、半成品的包装盒、包装袋、管状包装物、书籍等产品上进行烫印加工。

2-3，冷烫印，冷烫印技术是在需要光泽图案的部分通过柔版、胶版、凸版、喷墨印刷设备和工艺印刷可通过感光固化、微波固化或电子束固化的胶黏剂，一般使用紫外线固化的UV胶黏剂，并将无热熔胶的专用冷烫电化铝色箔，通过UV胶黏剂固化装置和复合压力完成光泽色箔的压印过程，而无需通过加热印版和电化铝色箔实现光泽加工。其缺点是其使用的UV固化胶黏剂的价格目前与常用的包装材料胶黏剂高很多，光泽层与承印物的结合程度也比普通的热烫印箔强度差，一般还需要通过在其表面上光油或覆膜的方法加以保护，支出额外的成本，同时在冷烫印过程中同样需要依靠施加压力来完成专用的冷烫电化铝色箔转印，因为压力的参与也不能对压力敏感的材料，比如表面平整度差、较软或薄而脆的材料进行烫印加工，特别是很难在已经体现出立体结构样式或带有不能承受压力的腔室结构的成品、半成品的包装盒、包装袋、管状包装物、书籍等产品上进行烫印加工。

3、在光泽材料上印刷带有遮蔽作用的油墨，一般是通过印刷方式将与呈现光泽图案效果反向的，带有遮光或消光效果的油墨印刷到光泽材料上，如印刷在金、银卡纸或光泽的金属板上的方法，使其呈现部分光泽来达到表面整饰的效果，其印刷过程中需要制作印版，遮蔽油墨的转印过程中需要施加压力，不利于对压力敏感的承印材料。

随着光泽加工的个性化需求增多，上述的光泽加工工艺无法满足快速、多样化和灵活性的局限。当加工带有可变数据信息的光泽图案和对于压力明感的承印物品时有一定的难度，比如表面平整度差、较软或薄而脆的材料进行光泽加工，特别是很难在已经体现出立体结构样式或带有不能承受压力的腔室结构的成品、半成品的包装盒、包装袋、管状包装物、书籍等产品上进行光泽加工。

发明内容

本发明目的在于提供一种带有金属层的复合材料及其制备方法和光泽加工方法，用以解决上述不足。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明提供了一种带有金属层的复合材料，所述复合材料为多层材料，从上至下分别为遮蔽层、胶黏剂A层、底涂层、清漆层、金属层、胶黏剂B层和底基层；其中，金属层上表面设有清漆层，遮蔽层通过胶黏剂A层、底涂层与金属层上表面的清漆层粘接，金属层下表面通过胶黏剂B层与底基层粘接。

进一步的，所述的遮蔽层由片状的非金属材料制成，所述非金属材料为纸张或者是装帧布料、丝绸、PET塑料、PP塑料、皮革、人造革、木片或竹片。

进一步的，所述清漆层可由清漆和色料混合组成涂层。

进一步的，所述金属层是经过研磨、抛光、拉丝、压光加工或压纹加工的金属箔；所述金属层中的金属为金或银或铜或铝或其合金，金属层的厚度为0.003~3mm。

进一步的，所述底基层为纸张、纸板、塑料片、无纺布或人造革。

本发明还提供了一种带有金属层的复合材料制备方法，步骤如下：

S1，将金属箔复合胶水放入金属箔复合机的涂胶装置；

S2，将纸张、纸板、塑料片、无纺布或人造革制成的底基材料和金属箔分别放置在金属箔复合机相应的放料装置上；

S3，金属箔经过涂胶装置涂布胶黏剂B，在压力装置上与底基材料复合；

S4，将金属箔清漆，置入到金属箔复合机的上色装置上，并对金属箔面进行均匀的涂布；可将金属箔清漆和颜料的均匀混合物按重量比为100:1~10进行配比，使经过金属箔清漆和颜料的均匀混合物染色后，可使金属箔呈现自身色泽以外的颜色或光泽；

S5，将S4得到的产品经过金属箔复合机的加温烘道烘干，冷却后得到单面的金属箔复合材料；

S6，将S5得到的单面金属箔复合材料在15摄氏度~25摄氏度下阴凉干燥18~48小时后，放置在电晕处理机上，对金属箔复合材料的清漆层进行电晕放电处理（corona dischargetreatment），电晕处理机产生的等离子体可使清漆层表面粗化，去油污、水汽和尘垢，提高表面张力，提高后续步骤中底涂层和胶黏剂A层的附着力；

S7，将S6得到的经过电晕放电处理过的带有清漆层的金属箔复合材料，在72小时以内置入到表面涂布淋膜机的放料装置上，使用市售的可增强胶黏剂A粘附性能的水性底涂液对金属箔复合材料的清漆层面进行水性底涂液的涂布处理，在带有干燥装置的烘道下进行水性底涂层的干燥，或展开放置于15℃~25℃，30~50%相对湿度的阴凉处自然干燥24~72小时，干燥结膜后的涂层厚度控制在2~50微米厚；水性底涂层的作用主要是提高清漆层与胶黏剂A的附着力，最终提高金属层与遮蔽层的结合强度；

S8，将S7得到的材料与遮蔽层通过辊式涂胶机、喷胶机、刮胶机、丝网印刷或手工涂刷复合用胶黏剂A进行复合，通过压力装置压合紧固，并放置于15℃~25℃、30~50%相对湿度的阴凉处干燥24~72小时；制成所述带有金属层的复合材料。

本发明另提供了一种带有金属层的复合材的光泽加工方法，具体步骤如下：

L1，将要呈现光泽效果的图案输入到电脑系统中；

L2，将制成的带有金属层的复合材料或由带有金属层的复合材料制成的包装物、印刷物，比如用由带有金属层的复合材料为原料制作的盒子、袋子、书籍封面、卡片等制成品或半成品，将其制成品或半成品的遮蔽层置于激光雕刻装置光源之下；

所述的激光雕刻装置为二氧化碳射频激光器及与光源配合的激光振镜系统，所述的二氧化碳射频激光器，根据材料的不同可以选择光源波长10600纳米，用于雕刻遮蔽层材料为纸张、木材、竹片、布料、皮革或作为优化选择光源波长为9300纳米，用于雕刻PET塑料、PP塑料、PUR塑料等塑料材质；

L3，通过验证得出需要激光雕刻割去除遮蔽层、胶黏剂A层、底涂层和一少部分清漆层所需的激光光源功率、调整激光束的焦距、射频频率和振镜头偏转的速度使激光加工完指定深度的参数。

L4，激光束在电脑系统的控制下，按照预先输入到电脑系统中的图案和参数，在由带有金属层的复合材料为原料制作的盒子、袋子、书籍封面、卡片等制成品或半成品的遮蔽层一面，通过一次或多次移动激光束路径来雕刻去除遮蔽层、胶黏剂A层、底涂层和一少部分清漆层，直至呈现出金属层的色泽，生成指定的光泽图案，从而实现图案光泽加工。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、通过数字化图形技术和电脑控制激光束雕刻带有金属层的复合材料进行光泽加工方法，实现了只需要将光泽加工的设计图案输入电脑系统，无需制备光泽加工的印版，省去了制版的时间和物料成本，提高了灵活性，通过数据库软件和数字化的激光控制技术也能够实现光泽加工图案的可变数据加工。

2、采用了激光束雕刻去除带有金属层的复合材料的遮蔽层、胶黏剂A层、底涂层和一少部分清漆层的光泽加工工艺，因为没有直接的压印力参与，可以用来加工对压力明感的承印物品，比如表面平整度差、较软或薄而脆的材料进行光泽加工，特别是在已经体现出立体结构样式或带有不能承受压力的腔室结构的成品、半成品的包装盒、包装袋、管状包装物、书籍等产品上进行光泽加工。

3、因为遮蔽层的材料存在一定的厚度，通过用激光束雕刻去除掉局部遮蔽层、胶黏剂A层、和一少部分清漆层时，遮蔽层的上表面会与金属光泽表面之间形成物理上的高度差，高度差的大小取决于遮蔽层、胶黏剂A层、底涂层和一少部分清漆层的厚度，从而能呈现出凹陷的视觉艺术效果，也可用于艺术创作和防伪应用。

附图说明

图1是本发明复合材料的结构图。

图2是本发明的光泽加工方法的效果图。

图3是本发明的光泽加工方法的示例图。

附图标号：1-遮蔽层、2-胶黏剂A层、3-底涂层、4-清漆层、5-金属层、6-胶黏剂B层、7-底基层、8-经过激光雕刻后的最终样式、9-振镜系统、10-二氧化碳射频激光器、11-电脑系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明所述一种带有金属层的复合材料，所述复合材料为多层材料，从上至下分别为遮蔽层1、胶黏剂A层2、底涂层3、清漆层4、金属层5、胶黏剂B层6和底基层7；其中，金属层上表面设有清漆层，遮蔽层通过胶黏剂A层、底涂层与金属层上表面的清漆层粘接，金属层下表面通过胶黏剂B层与底基层粘接。

所述的遮蔽层由片状的非金属材料制成，所述非金属材料为120gsm（克每平方米）胶版印刷纸。

所述清漆层可由清漆和色料混合组成涂层。

所述金属层是经过研磨、抛光、拉丝、压光加工或压纹加工的金属箔；所述金属层中的金属为金或银或铜或铝或其合金，金属层的厚度为0.003~2mm。

所述底基层为纸张、纸板、塑料片、无纺布或人造革所述方法步骤如下：

S1，将市售的铝箔复合用胶黏剂放入铝箔复合机的涂胶装置；

S2，将底基材料为157gsm（克每平方米）的铜版纸和厚度为0.006mm的压光铝箔分别放置在铝箔复合机相应的放料装置上；

S3，铝箔经过涂胶装置涂布市售的铝箔复合用胶黏剂后，在压力装置上与底基材料复合；

S4，将铝箔清漆或为呈现预定颜色将铝箔清漆和颜料调配成均匀的混合物（重量比为100:1~10），置入到铝箔复合机的上色装置上，并对铝箔面进行均匀的涂布；

S5，将S4得到的材料在铝箔复合机的加温烘道烘干，冷却后得到单面的铝箔复合材料；

S6，将S5得到的单面铝箔复合材料在常温（15摄氏度~25摄氏度）常温下阴凉干燥18-48小时后，放置在电晕处理机上，对铝箔复合材料的清漆层进行电晕放电处理（coronadischarge treatment），电晕处理机产生的等离子体可使清漆层表面粗化，去油污、水汽和尘垢，提高表面张力，可以提高后续步骤中底涂层和胶黏剂涂层的附着力；

S7，将S6得到的经过电晕处理过的带有清漆层的铝箔复合材料，在72小时以内置入到表面涂布淋膜机的放料装置上，对铝箔复合材料的清漆层上进行水性底涂液进行涂布，涂布液可使用市售的可增强胶黏剂A粘附性能的水性底涂液对金属箔复合材料的清漆层面进行水性底涂液涂布处理，并在有红外线干燥和热风干燥装置的烘道下进行水性底涂液涂布层的干燥，干燥结膜后的底涂层厚度控制在2~50微米厚。水性底涂层的作用主要是提高清漆层与接下来的胶黏剂A层的附着力，提高最终与遮蔽层的结合强度；

S8，将S7得到的材料与遮蔽层通过辊式涂胶机、喷胶机、刮胶机、丝网印刷或手工涂刷市售的纸张复合用胶黏剂进行复合，通过压力装置压合紧固，并放置于15℃~25℃、30~50%相对湿度的阴凉处干燥24~72小时；制成所述带有铝箔金属层的复合材料。

本实施方中还提供了一种带有铝箔金属层的复合材的光泽加工方法，具体步骤如下：

如图2所示

L1，设计人员将设计好的要呈现光泽效果的图案或可变数据图案的信息输入到电脑系统中；

L2，将制成的带有铝箔金属层的复合材料或由带有铝箔金属层的复合材料制成的包装物、印刷物，比如用由带有金属层的复合材料为原料制作的盒子、袋子、书籍封面、卡片等制成品或半成品，将其制成品或半成品的遮蔽层置于激光雕刻装置光源之下；

所述的激光雕刻装置为二氧化碳激光光源，是主要以二氧化碳气体为媒介的激光，在充有二氧化碳气体的管内，配置电极板，以产生放电。电极板连接外部电源，使其可投入高频率电源为激发源，因电极间放电而在气体中产生等离子体，二氧化碳分子会转换为激发态，同时数量增加后开始受激辐射，通过设置谐振器单元，光会在反射镜和输出镜间往返，经过放大输出为为激光，振荡波长为一般为10600纳米或9300纳米，二氧化碳激光由于其长波长传热而导致对象物体，特别是纸张、布料、竹木制品、塑料等非金属物体融化或燃烧，而对于激光反射率较大的金、银、铜、铝等金属对象，大部分无法被吸收，公知的铜和铝的二氧化碳激光反射率高达80%以上，吸收的激光会转化为余热，复合材料的铝箔金属层因为会反射激光雕刻去除遮蔽层、涂胶层A、底涂层和一少部分清漆层而透过多余的激光能量，而不易被激光切割掉。

所述的二氧化碳激光光源为二氧化碳射频激光器，由于射频控制机制的加入可以更好的提供激光输出的稳定性能，功率波动小，可以更精确的控制雕刻的精度，防止因激光光束能量不稳定而产生雕刻深度不足或深度过大而损伤铝箔金属层或底基层。

作为优选的二氧化碳射频激光器及与光源配合的激光振镜系统，所述的二氧化碳射频激光器，选择可光源波长10600纳米，光源最大功率为150W。

L3，通过验证得出需要激光雕刻割去除遮蔽层、涂胶层A、底涂层和一少部分清漆层所需的激光光源功率调整到30%、调整激光束的焦点位置并设置在遮蔽层与铝箔金属之间、将激光光源的射频脉冲调整为20khz、将振镜每步走动的步长设置为距离为0.01毫米，将振镜的中间延时即振镜走动每步所需时间设定为18微秒。

L4，激光束在电脑系统的控制下，按照预先输入到电脑系统中的图案和参数，在由带有铝箔金属层的复合材料为原料制作的盒子、袋子、书籍封面、卡片等制成品或半成品的遮蔽层一面，通过一次或多次移动激光束路径来雕刻去除以120gsm胶版纸为遮蔽层、胶黏剂层A、底涂层和一少部分清漆层，直至呈现出铝箔金属层的色泽，生成L1中预先输入电脑中，要呈现光泽效果的图案或可变数据图案信息的光泽图案，从而实现图案的光泽加工和可变数据的光泽加工，比如序列号码、可变内容的条码、可变内容的二维码、可变图案等可变数据图案按的光泽加工，最终的效果参见图3。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种带有金属层的复合材料，其特征在于：所述复合材料为多层材料，从上至下分别为遮蔽层、胶黏剂A层、底涂层、清漆层、金属层、胶黏剂B层和底基层；其中，金属层上表面设有清漆层，遮蔽层通过胶黏剂A层、底涂层与金属层上表面的清漆层粘接，金属层下表面通过胶黏剂B层与底基层粘接。

2.根据权利要求1所述的一种带有金属层的复合材料，其特征在于：所述的遮蔽层由片状的非金属材料制成，所述非金属材料为纸张或者装帧布料、丝绸、PET塑料、PP塑料、皮革、人造革、木片或竹片。

3.根据权利要求1所述的一种带有金属层的复合材料，其特征在于：所述清漆层可由清漆和色料混合组成涂层。

4.根据权利要求1所述的一种带有金属层的复合材料，其特征在于：所述金属层是经过研磨、抛光、拉丝、压光加工或压纹加工的金属箔；所述金属层中的金属为金或银或铜或铝或其合金，金属箔的厚度为0.003~2mm。

5.根据权利要求1所述的一种带有金属层的复合材料，其特征在于：所述底基层为纸张或纸板或塑料片或无纺布或人造革。

6.一种带有金属层的复合材料制备方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

S1，将金属箔复合胶水放入金属箔复合机的涂胶装置；

S2，将纸张、纸板、塑料片、无纺布或人造革制成的底基材料和金属箔分别放置在金属箔复合机相应的放料装置上；

S3，金属箔经过涂胶装置涂布胶黏剂B后，在压力装置上与底基材料复合；

S4，将金属箔清漆，置入到金属箔复合机的上色装置上，并对金属箔面进行均匀的涂布；可将金属箔清漆和颜料的均匀混合物按重量比为100:1~10进行配比，使经过金属箔清漆和颜料的均匀混合物染色后，使金属箔呈现自身色泽以外的颜色或光泽；

S5，将S4得到的产品经过金属箔复合机的加温烘道烘干，冷却后得到单面的金属箔复合材料；

S6，将S5得到的单面金属箔复合材料在15摄氏度~25摄氏度下阴凉干燥18~48小时后，放置在电晕处理机上，对金属箔复合材料的清漆层进行电晕放电处理（corona dischargetreatment），电晕处理机产生的等离子体使清漆层表面粗化，去油污、水汽和尘垢，提高表面张力，提高后续步骤中底涂层和胶黏剂A层的附着力；

S7，将S6得到的经过电晕放电处理过的带有清漆层的金属箔复合材料，在72小时以内置入到表面涂布淋膜机的放料装置上，使用市售的可增强胶黏剂A粘附性能的水性底涂液对金属箔复合材料的清漆层面进行水性底涂液的涂布处理，在带有干燥装置的烘道下进行水性底涂液涂布层的干燥，或展开放置于15℃~25℃，30~50%相对湿度的阴凉处自然干燥24~72小时，干燥结膜后的底涂层厚度控制在2~50微米厚；底涂层的作用主要是提高清漆层与胶黏剂A的附着力，最终提高金属层与遮蔽层的结合强度；

S8，将S7得到的材料与遮蔽层通过辊式涂胶机、喷胶机、刮胶机、丝网印刷或手工涂刷复合用胶黏剂A进行复合，通过压力装置压合紧固，并放置于15℃~25℃、30~50%相对湿度的阴凉处干燥24~72小时；制成所述带有金属层的复合材料。

7.一种带有金属层的复合材的光泽加工方法，其特征在于：所述加工方法包括以下步骤：

L1，将要呈现光泽效果的图案输入到电脑系统中；

L2，将制成的带有金属层的复合材料或由带有金属层的复合材料制成的包装物、印刷物的成品或半成品的遮蔽层置于激光雕刻装置光源之下；

L3，通过验证得出需要激光雕刻割去除遮蔽层、胶黏剂A层、底涂层和一少部分清漆层所需的激光光源功率、调整激光束的焦距、射频频率和振镜头偏转的速度使激光加工完指定深度的参数；

L4，激光束在电脑系统的控制下，按照预先输入到电脑系统中的图案和参数，在由带有金属层的复合材料为原料制作的成品或半成品的遮蔽层一面，通过一次或多次移动激光束路径来雕刻去除遮蔽层、胶黏剂A层、底涂层和一少部分清漆层，直至呈现出金属层的色泽，生成指定的光泽图案，从而实现图案光泽加工。

8.根据权利要求7所述的一种带有金属层的复合材的光泽加工方法，其特征在于：所述的激光雕刻装置由二氧化碳射频激光器及与光源配合的激光振镜系统组成，所述的二氧化碳射频激光器，根据材料的不同可以选择光源波长10600纳米，用于雕刻遮蔽层材料为纸张、木材、竹片、布料、皮革、人造革；或选择光源波长为9300纳米，用于雕刻PET塑料、PP塑料、PU塑料等塑料材质。