一体化表面变色结构件及其制造方法与流程

本发明属于表面装饰技术领域，尤其涉及一体化表面变色结构件及其制造方法。

背景技术：

在新兴材料中，塑料材料由于其优良的加工特性和使用性能而得到了广泛的应用。为了增强和改变塑料产品的外观质感，需要借助表面装饰工艺对塑件的表面进行装饰，这对于提高产品档次具有明显效果，已被中高档消费电子和汽车零部件采用。传统的表面装饰工艺包括网印、喷涂和电镀等，这些工艺需要将塑件从模具型腔中取出后经二次加工才能完成，存在着许多弊端与局限，如产品加工不良率高、生产周期长、污染环境等。

随着信息技术的发展，可以一体化注塑成型的模内装饰技术(in-molddecoration，imd)越来越受到关注。imd技术是将已印刷成型好的装饰膜放入注塑模内，然后将塑料注塑在装饰膜的背面，使塑料与薄膜同时固化成型的技术。imd技术可使产品达到装饰性与功能性于一体的效果，具有生产效果高，人工成本低，以及印刷图案的耐久性和复杂程度可大幅提升等优点，从而得到大众青睐。另一种对表观质感有影响的就是多变的色彩，现在汽车上对于颜色的变化主要使用的是各种颜色氛围灯产品，通过控制氛围灯的颜色来呈现不同的颜色。

现有使用imd工艺得到的产品，其表观质感由imd膜片所决定，而现有imd膜片一般由薄膜层、图形层和粘接层组成，其图形层的色彩是固定不变的，从而使得产品的表面色彩固定，不能产生变色效果。而氛围灯虽然可以变色，但是氛围灯通常由导光条、导光条安装支架、以及光导安装座等零件组成，结构复杂，安装在比较隐蔽的区域，只能起到辅助作用。而且，氛围灯是在耗电的情况下发挥变色作用的，对于不透光的饰件会因不能穿透该饰件而无法发挥变色作用，变色的种类也是固定的，变色丰富度较低。加上，目前氛围灯和imd技术是相互独立的，它们相互结合的方法就是在imd产品后部装上氛围灯，通过氛围灯的变色来实现imd产品表面的变色。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种一体化表面变色结构件及其制造方法。本发明的一体化表面变色结构件是基于结构色引起的变色效果，不需耗费电能，节能环保，适用范围广。

为达到其目的，本发明所采用的技术方案为：

一体化表面变色结构件，其包括成一体化结构的表面薄膜和塑胶基体，所述表面薄膜包括从上到下依次设置的imd薄膜、第一粘着层、纳米结构层和承接层。

优选地，所述imd薄膜包括pc膜、pet膜或pmma膜。这些膜材经imd技术处理后，其表面硬度可达2～3h。

优选地，所述纳米结构层为由透明的纳米微球颗粒形成的单层结构。优选地，所述纳米微球颗粒包括有机颗粒和/或无机颗粒。优选地，所述有机颗粒包括但不限于纳米ps(聚苯乙烯)颗粒、纳米pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)颗粒等。优选地，所述无机颗粒包括但不限于纳米sio2颗粒、纳米硅酸钙颗粒等。

优选地，所述纳米微球颗粒的粒径为500nm～50um。采用该粒径范围的纳米微球颗粒形成的纳米结构层具有较好的变色效果。

优选地，所述承接层由耐高温材料层、图案层、tp电路层中的至少一种组成；所述耐高温材料层由pc、pet或pdms等耐高温材料制成。实际上，可根据产品的表面或功能的设计要求而使用功能不同的承接层。

优选地，所述承接层与所述纳米结构层之间设有第二粘着层。

优选地，所述第一粘着层和所述第二粘着层分别由透明的粘着剂形成，优选采用水性聚氨酯粘着剂或聚丙烯酸类粘着剂。

优选地，所述第一粘着层和所述第二粘着层的厚度分别小于所述纳米微球颗粒的粒径。

优选地，所述第一粘着层的厚度为所述纳米微球颗粒的粒径的0.48～0.65倍。所述第一粘着层的厚度与纳米微球颗粒的粒径关系会影响结构件的结构色变色效果，以及影响不同角度的变色效果。以本发明的参数进行设置，可获得变色效果较好的结构件。

优选地，所述第二粘着层的厚度不超过所述纳米微球颗粒的粒径的0.3倍。防止第一粘着层与第二粘着层粘接是保证纳米结构层产生结构色的关键，因此，需要控制好第二粘着层的厚度，在满足粘附要求的情况下第二粘着层的厚度越小越好。当第二粘着层的厚度不大于纳米微球颗粒粒径的0.3倍时，能确保第一粘着层不会与第二粘着层粘接。

本发明中，所述塑胶基体实际为需表面装饰的塑料产品，其通过imd技术与所述表面薄膜固化成一体。塑胶基体的表面可按需要设计一些图案或/和颜色，可采用透明或不透明的塑胶。

本发明还提供了一种所述一体化表面变色结构件的制造方法，其包括如下步骤：

(1)用纳米微球颗粒沉积制备单层结构的纳米结构层；

(2)在imd薄膜的背面涂覆粘着剂，以形成第一粘着层；

(3)通过第一粘着层将imd薄膜与纳米结构层粘合，并通过uv固化成一体；

(4)在承接层上涂覆粘着剂，以形成第二粘着层；

(5)通过第二粘着层将承接层与步骤(3)制得的一体结构粘合，并通过uv固化成一体，得到表面薄膜预制品；

(6)将表面薄膜预制品进行热成型后修剪边角料，得到表面薄膜；

(7)将表面薄膜放入注塑机的模具型腔内，通过imd注塑技术将表面薄膜与塑胶基体接合并固化成一体，即得所述一体化表面变色结构件。

优选地，所述步骤(7)中，注塑温度为230～240℃，注塑压力70～75pa，注塑速度为30～40cm³/s，注塑时模具温度为75～85℃。

本发明采用了现有的胶体自组装方法制备单层结构的所述纳米结构层，例如：

方法一：将pdms基板固定，然后在基板上铺一层纳米微球颗粒并覆盖完全，然后在上方盖上pdms板，通过使用相应重量的pdms板来提供0.5～3.0gf/cm²范围的压力，然后将上层pdms板连接可以使其被拉动的设备。通过该设备使上层pdms板来回定向移动，每次定向移动的距离为至少4cm，来回次数为3～30次，拉伸速率为0.4～4.5mm/s，由此即可在下层的pdms基板上得到单层的纳米微球自组装结构，即所述纳米结构层。为得到最优的单层自组装结构，本方法中，上层pdms板提供的压力为1.25gf/cm²，移动距离为4cm，来回次数为10次，拉伸速率为3.5mm/s。

方法二：将纳米微球颗粒分散于24～30℃的水中形成悬浮液，在悬浮液中加入碱液，搅拌均匀，随后用注射器吸取上述悬浮液，调节注射器与水面形成的夹角为50°～70°，优选为60°，然后利用微推注射法将纳米微球颗粒注射到水与空气的界面，以在水面形成由纳米微球颗粒组成的悬浮单层膜。待悬浮单层膜在水面上不再扩展时，通过排水或提高水下pdms基板，将悬浮单层膜转移到基板上，并60℃烘干24小时，以除去溶剂，即得所述纳米结构层。所述碱液可采用naoh、koh、氨水中的至少一种。悬浮液的质量分数为0.01％～0.03％，优选为0.02％。

本发明的所述一体化表面变色结构件的变色机理如下：当光照射到imd薄膜上时，由于imd薄膜和第一粘着层均是透明的，因此，光线会透过imd薄膜和第一粘着层，进而到达纳米结构层。当光线到达纳米结构层时，光线会在纳米结构层的纳米微球颗粒的半球界面上产生薄膜干涉和全内反色效应，从而产生结构色及反射效果，还可通过改变纳米微球颗粒的粒径大小和粘着层的厚度来产生不同的反射颜色。由于纳米结构层和第二粘着层为透明层，因此，部分光线会透过纳米结构层和第二粘着层而到达承接层，从而显示承接层表面的颜色、图案或其它装饰结构等。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的表面薄膜具有由结构色引起的变色功能，变色能力丰富，不同的视角可看到不种的颜色，变色过程不需消耗电能，节能环保，生产成本低，容易制造，不占用空间，适用范围广，可通过imd技术与各种塑料产品固化成一体而形成所述一体化表面变色结构件，赋予塑料产品表面变色功能，提高塑料产品的档次。

附图说明

图1为本发明所述一体化表面变色结构件的纵截面的结构示意图。

图中，表面薄膜1、塑胶基体2、imd薄膜3、第一粘着层4、纳米结构层5、第二粘着层6、承接层7。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中使用的原料均可通过商业途径获得，所使用的方法如无特别指明，均为本领域的常规方法。

如图1所示，本实施例提供的一体化表面变色结构件，其由固化成一体的表面薄膜1和塑胶基体2组成。表面薄膜1由从上到下依次设置的imd薄膜3、第一粘着层4、纳米结构层5、第二粘着层6和承接层7组成，其中，imd薄膜3为pc膜、pet膜或pmma膜。纳米结构层5为由粒径为500nm～50um的透明纳米微球颗粒形成的单层结构，纳米微球颗粒为有机颗粒和/或无机颗粒，有机颗粒为纳米ps颗粒或纳米pmma颗粒等，无机颗粒为纳米sio2颗粒或纳米硅酸钙颗粒等。承接层7为耐高温材料层(pc、pet或pdms等)、图案层或tp电路层等，实际上可根据产品的表面或功能的设计要求而使用功能不同的承接层。第一粘着层4和第二粘着层6分别由透明的水性聚氨酯粘着剂或聚丙烯酸类粘着剂形成，第一粘着层4的厚度为纳米微球颗粒的粒径的0.48～0.65倍，第二粘着层6的厚度不超过纳米微球颗粒的粒径的0.3倍。

该一体化表面变色结构件的制造方法如下：

(1)纳米结构层5的制备：将pdms基板固定，然后在基板上铺一层纳米微球颗粒并覆盖完全，然后在上方盖上pdms板，通过使用相应重量的pdms板来提供1.25gf/cm²范围的压力，然后将上层pdms板连接可以使其被拉动的设备。通过该设备使上层pdms板来回定向移动，每次定向移动的距离为4cm，来回次数为10次，拉伸速率为3.5mm/s，由此即可在下层的pdms基板上得到单层的纳米微球自组装结构，即为纳米结构层；

(2)在imd薄膜3的背面涂覆粘着剂，以形成第一粘着层4；

(3)通过第一粘着层4将imd薄膜3与纳米结构层5粘合，并通过uv固化成一体；

(4)在承接层7上涂覆粘着剂，以形成第二粘着层6；

(5)将前面用来承托纳米结构层5的pdms基板移走，然后通过第二粘着层6将承接层7与步骤(3)制得的一体结构粘合，并通过uv固化成一体，得到表面薄膜预制品；

(6)将表面薄膜预制品进行热成型及冲压修剪边角料，得到表面薄膜1；

(7)将表面薄膜1放入注塑机的模具型腔内，通过imd注塑技术将表面薄膜1与塑胶基体2接合并固化成一体，即得一体化表面变色结构件；注塑温度为230～240℃，注塑压力70～75pa，注塑速度为30～40cm³/s，注塑时模具温度为75～85℃。

该一体化表面变色结构件的变色机理如下：当光照射到imd薄膜上时，由于imd薄膜3和第一粘着层4均是透明的，因此，光线会透过imd薄膜3和第一粘着层4，进而到达纳米结构层5。当光线到达纳米结构层5时，光线会在纳米结构层5的纳米微球颗粒的半球界面上产生薄膜干涉和全内反色效应，从而产生结构色及反射效果，还可通过改变纳米微球颗粒的粒径大小和粘着层的厚度来产生不同的反射颜色。由于纳米结构层5和第二粘着层6为透明层，因此，部分光线会透过纳米结构层5和第二粘着层6而到达承接层7，从而显示承接层7表面的颜色、图案或其它装饰结构等。

可见，本实施例的表面薄膜是由结构色引起的变色，变色能力丰富，不同的视角可看到不种的颜色，变色过程不需消耗电能，节能环保，生产成本低，容易制造，不占用空间，适用范围广，可通过imd技术与各种塑料产品固化成一体而形成所述一体化表面变色结构件，赋予塑料产品表面变色功能，提高塑料产品的档次。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。