Decoratietechniek kent veel variaties (5)
Drs. Ing. John Düring
Het achterspuiten van folie is een begrip waarbij specifiek een folie, of een voorgevormde folie (schaaldeel of applique), in de matrijs gepositioneerd en vervolgens achterspoten wordt. Tijdens het achterspuiten zal de kunststoffolie door de smeltwarmte gedeeltelijk opsmelten, en met een compatibel substraat verenigd worden. Dit in tegenstelling tot bijvoorbeeld het achterspuiten van textiel (mechanische verankering) of transferfolie (hechtingslaag). Dit is deel 5 van een serie artikelen over decoratietechnieken. Eerdere delen verschenen in juli, oktober en december van 1999 en in februari 2000.
Folie
Afhankelijk van de productiemethode kunnen folies in dikte variëren van een tiental microns tot een halve millimeter. Relatief dunne folies worden door middel van verstrekking tijdens de productie verkregen, de dunste folies door bi-axiale verstrekking. Dikkere folies kunnen ook verkregen worden door laminatie of door coextrusie. Op deze wijze is het zelfs mogelijk minder compatibele kunststoffen met elkaar te combineren [1]. Om door achterspuiten een product te decoreren kan de folie ingekleurd en/of bedrukt zijn. Ter afscherming van de bedrukking kan deze door een laklaag of een transparante folie afgedekt worden. Ook is het mogelijk een transparante folie in spiegelbeeld te bedrukken. Na achterspuiten ligt de decoratie dan opgesloten tussen de transparante folie en het inmiddels gestolde substraat. Voor het bedrukken van de kunststoffolies zijn in principe alle druktechnieken inzetbaar, maar in de praktijk worden diepdruk, flexodruk, zeefdruk en droge offset het meest toegepast [2]. De uiteindelijke keuze van de druktechniek is echter sterk afhankelijk van het te bedrukken foliemateriaal, gewenste kwaliteit en uiteraard de kosten.
Terminologie
Wellicht ter onderscheiding van de concurrentie, hanteren veel partijen een eigen terminologie. Dit maakt het er voor geïnteresseerden in achterspuittechnieken niet inzichtelijker op. Zo wordt voor het achterspuiten van folie of schaaldelen naast In-Mould-Decoration ook Film-Insert-Moulding, In-Mould-Film Decoration, Insert-Mould-Decoration, Applique-Insert-Moulding, In-Mould-Surfacing-Film en In-Mould-Foiling gebruikt. Onderscheid kan worden gemaakt tussen het achterspuiten van een folie en een voorgevormde folie, en het achterspuiten van (meerdere) kleine stukjes folies. Bij dit laatste spreekt men dan in het algemeen over in-mould-labelling gezien de bijzondere randapparatuur en folie.
Hechting
Een goede hechting tussen folie en substraat wordt verkregen als de aangespoten zijde van de folie met het substraat compatibel is. Als de temperatuur van de folie aan de aangespoten zijde hoog genoeg is, zal een klein laagje van de folie opsmelten en met het substraat mengen. Zo wordt een overgangslaag verkregen, met een verloop in samenstelling, die qua sterkte te vergelijken is met de afzonderlijke kunststoffen [3]. Het zal duidelijk zijn dat de minimale foliedikte op het te decoreren product afgestemd moet zijn. Bij een te dunne folie en/of een te sterke matrijskoeling zal namelijk de folie aan de aangespoten zijde te weinig opsmelten met als resultaat een slechte hechting. Bij het gebruik van blaasmiddelen moet het openspatten van de gasbelletjes in het vloeifront (zogenaamde uitbraak) voorkomen worden. Dit daar volatiles en reactieproducten, zoals water, een scheidingslaag kunnen vormen waardoor er geen goede overgangslaag kan ontstaan. Dit fenomeen treedt ook op als een transparante folie aan de bedrukte aangespoten wordt waarbij dan de decoratie als een scheidingslaag fungeert. De bedrukking dient in dat geval dan ook bij voorkeur niet volvlaks maar gerasterd te zijn.
Spuitgiettechnieken
Het achterspuiten van een folie, of voorgevormde folie, kan behalve met het standaard compact en 2k-spuitgieten ook in combinatie met gasinjectie en met blaasmiddel (geschuimde producten) uitgevoerd worden [4]. Als er relatief veel blaasmiddel gebruikt wordt is het aan te bevelen om met gas-tegen-druk (GTD) te werken. De matrijsvormholte wordt in dat geval dan vlak vóór en tijdens het inspuiten gecontroleerd op druk gehouden. De hoogte van de druk is hierbij afhankelijk van het gebruikte type blaasmiddel: endotherm of exotherm. Met een werkdruk van het GTD hoger dan de interne gasdruk van het blaasmiddel zorgt de tegendruk er voor dat er weinig of geen uitbraak meer plaats kan vinden, en het vloeifront dus gesloten blijft.
Matrijs
Het bevestigen van de folie in de matrijs kan met vacuüm, mechanisch of met behulp van statische elektriciteit geschieden. In de praktijk wordt tegenwoordig veel gewerkt met statische elektriciteit. Dit laatste maakt het namelijk mogelijk om het achterspuiten van folie ook bij bestaande producten toe te kunnen passen, zonder dure matrijswijzigingen. Echter, het is niet zo dat in een willekeurige matrijs ook elke willekeurige folie te achterspuiten is. Tijdens het achterspuiten zal namelijk, als gevolg van de injectiedruk en afschuifspanning, de smelt een kracht (F) uitoefenen op de folie. Deze kracht zal de folie willen uitrekken tegen een wrijvingskracht (W) in. De wrijvingskracht komt voort uit een normaalkracht (N) en een wrijvingsfactor. De normaalkracht is een functie van de interne matrijsdruk. Zie de figuur voor een schetsmatige weergave van dit krachtenspel (model uitgaande een laminair stromingsprofiel). De resulterende kracht R = F – W zal de folie op trek belasten en als deze belasting lokaal te groot is zal de folie oprekken en uiteindelijk zelfs kapot kunnen scheuren.
Uit onderzoek is gebleken dat er wel een factor 2 tot 5 verschil in wrijvingscoëfficiënt kan zijn tussen een verchroomd en een niet-verchroomd matrijsoppervlak, afhankelijk van het type folie [5]. In de praktijk blijken cannelures, kleine oneffenheden of delingen in de matrijs geen problemen te geven bij het achterspuiten van een folie. Een in de matrijs aangebrachte textuur vindt men in het product terug. Bij extreem scherpe overgangen of diepe cannelures zal echter de folie kapot gaan.
Combinaties
Ontwikkelingen in laminatie en coextrusie geven een zekere vrijheid ten aanzien van het combineren van kunststoffen in folies. Dit om optimaal gebruik te maken van de specifieke eigenschappen van de verschillende kunststoffen. Goede voorbeelden hiervan zijn de zogenaamde barrière folies, bekend in de verpakkingsindustrie. Voor het gebruik bij achterspuiten is de toepassing van gelamineerde of gecoextrudeerde folies nog beperkt. Naast afgelakte PP-folies worden zowel PP/PP als PMMA/PP laminaatfolies al vele jaren met succes toegepast bij de productie van gedecoreerde kunststof tuintafels en stoelen. De decoratie wordt daarbij afgeschermd door een transparante PP of PMMA-laag. Een ander voorbeeld is het achterspuiten van een gecoextrudeerde PMMA/ABS-folie met ABS dat als alternatief voor metalen carrosseriedelen in de automobiel industrie wordt toegepast.
Producten
Wieldoppen, dartboarden, speelkisten, kindertafels, wc-deksels en de al eerder genoemde tuinstoelen en tuintafels (zie foto 1) zijn voorbeelden van producten die middels het achterspuiten van een folie gedecoreerd worden. Om de pennen te vormen wordt bij het dartboard (zie foto 2) dwars door de folie heengespoten. De producten zijn in het algemeen vlakke of nagenoeg vlakke producten. Om aan deze beperking te ontkomen worden folies voorgevormd of worden zeer flexibele folie gebruikt. In een volgend artikel zal verder ingegaan worden op het achterspuiten van voorgevormde folies en met name diverse wijzen om het voorvormen te bewerkstellingen. Dit kan niet alleen vooraf in een aparte processtap, maar ook in-situ, in de matrijs zelf geschieden.
Literatuur
[1] Nentwig,J.; Kunststoff-Folien. 1994 Carl Hanser Verlag GmbH, München.
[2] Kühne,G.; Bedrucken von Kunststoffen. 1990 Hüthig Buch Verlag GmbH, Heidelberg.
[3] Düring,J.; Verheul,A.J.J.; Decoreren van spuitgietproducten. Kunststof en Rubber 50 (1996) 8, blz. 17-18.
[4] Düring,J.; van de Pol,F.; Achterspuiten van Folie. Kunststof en Rubber 51 (1998) 9, blz. 51-52.
[5] Mercatel Groep BV. Onderzoek statische en dynamische wrijving. Not published.