Procédé de fabrication d'un article moulé en matière plastique portant des motifs décoratifs ou descriptifs et article ainsi obtenu
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un article moulé en matière plastique portant des motifs décoratifs ou descriptifs.
Les procédés connus par exemple la décalcomanie, les procédés d'impression directe et par laminage, ne se sont pas montrés satisfaisants pour fournir des articles thermoplastiques moulés comportant les compositions ou sujets décoratifs ou descriptifs désirés. Les impressions sont généralement exposées à nu et ainsi sont facilement abîmées ou usées, alors que lorsqu'on fait appel aux procédés de lamination, les occlusions d'air entre les couches, la distorsion de l'article et le clivage sont fréquents.
Les déficiences de ces procédés connus sont évidemment plus prononcées lorsque l'on produit des articles moulés compliqués, et particulièrement des articles qui sont moulés avec des matériaux thermoplastiques qui offrent une faible adhésion inhérente aux teintures et aux encres et qui n'ont pas d'aptitude à fluer sur d'autres matériaux.
Le dessin annexé montre à titre d'exemple les phases d'une mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La fig. 1 représente une vue en plan d'un film imprimé par recouvrement.
La fig. 2 est une vue verticale en coupe faite transversalement à travers un moule usuel avec le film recouvrant placé dans le moule.
La fig. 3 représente un vue du moule de la fig. 2 après injection du matériau plastique.
La fig. 4 représente une vue en perspective d'un article moulé obtenu.
Le matériau polymère thermoplastique utilisé pour former le film de recouvrement est préférablement le même que celui qui doit être injecté dans le moule de façon à assurer une liaison convenable et à éviter l'introduction de fatigues différentielles pendant le moulage et l'usage ultérieur de l'article fini. Le film employé peut être fabriqué suivant des procédés connus, et il peut être imprimé par des procédés usuels utilisant les encres résistant à la chaleur. Lorsqu'on emploie un film de polyalkylène, la surface à imprimer est traitée par oxydation, bombardement sous-atomique, traitement à la flamme ou quelque traitement équivalent pour la rendre plus mouillable par les encres employées.
L'épaisseur du film employé comme recouvrement a une importance critique. En pratique, elle doit se trouver dans la gamme de 0,0762 à 0,2794 millimètre (3 à 11 mils) et préférablement de 0,1016 à 0,1524 millimètre (4 à 6 mils). Des films trop fins, c'est-à-dire ayant moins de 0,0762 millimètre d'épaisseur subissent une fusion excessive et souvent complète en présence du matériau plastique fondu injecté pendant l'opération de moulage. Dans ces conditions, le sujet imprimé subit une distorsion ou écoulement et est ainsi peu attrayant ou illisible. A l'autre extrême, lorsqu'on emploie des recouvrements de film ayant une épaisseur supérieure à environ 0,2794 millimètre, la chaleur du matériau plastique injecté n'est pas distribuée uniformément et rapidement à travers le film.
I1 s'ensuit que la matière imprimée est souvent maculée et des fatigues différentielles sont créées pendant l'opération de moulage, ce qui est mis en évidence par la médiocre adhésion du recouvrement et des déformations ou distorsions dans l'article fini.
Le support du film de recouvrement dans le moule peut être obtenu par tout moyen convenable connu. Pour éviter des techniques de moulage com plexes, le film de recouvrement est préférablement supporté contre une des parois du moule par une charge statique avec sa surface imprimée exposée à nu. Avec des films faits à partir de polyéthylène ou de polypropylène, par exemple, une charge statique peut être produite le long de la surface du film non imprimé simplement en frottant celle-ci avec une étoffe de laine.
La fig. 1 illustre un film 1 1 de polypropylène transparent et non orienté, portant un motif décoratif 13 imprimé sur une face de celui-ci. Le film 11 a une épaisseur dans la gamme de 0,0762 à 0,2794 millimètre (3 à 1 1 mils) et il pourrait être traité pour rendre au moins une de ses faces mouillable par des encres usuelles résistant à la chaleur appliquées selon les procédés connus de l'écran de soie.
Le film imprimé 1 1 est placé dans un moule 15 formé de blocs de moulage 17 et 19 qui sont conformés pour fournir une ouverture de coulée 21 et une cavité 23 correspondant à la configuration désirée dans Article fini. Le film 1 1 est maintenu étroitement contre la surface conformée du bloc de moulage 17 par attraction électrostatique soit du film, soit du bloc formant moule, préférablement avec la surface imprimée du film exposé à nu
(fig. 2). Du polypropylène fondu est alors injecté sous pression à travers l'ouverture de coulée 21 et dans la cavité du moule 23. Les parties exposées à nu de la surface du film 1 1 sont légèrement fondues par la chaleur du polypropylène fondu injecté et se mélangeant avec celui-ci, si bien que l'identification d'un film séparé n'existe plus.
La chaleur du polypropylène fondu injecté n'a pas d'effet de ramollissement sur les parties imprimées du film, ce qui est dû apparemment aux propriétés isolantes des encres résistant à la chaleur qui sont employées.
Après une durée suffisant pour permettre au moins aux parties superficielles d'être solidifiées, les blocs de moule sont ouverts. La partie du polypropylène injecté qui a été solidifiée dans l'ouverture de coulée 21 ayant été brisée, l'objet fini 25 apparaît tel qu'en fig. 4, dans laquelle la partie imprimée de recouvrement de film est emprisonnée dans un corps de polypropylène. Par suite de la légère fusion de la surface produite le long des bords exposés du film imprimé 13 pendant l'opération de moulage et par suite du mélange de ces parties de film fondues avec le polypropylène in
jecté l'objet fini 25 ne présente aucune marque ou ni aucune ligne qui pourrait suggérer qu'un film de recouvrement séparé a été employé dans le moulage.
D'autres matériaux polymères thermosplastiques tels que le polyéthylène peuvent être utilisés, pourvu que le matériau plastique injecté et le matériau formant le film de recouvrement aient des caractéristiques chimiques et thermiques similaires. De plus en plaçant le film de recouvrement à l'intérieur du moule on peut placer sa face imprimée contre ou au-delà de la surface du bloc de moulage sur laquelle repose le recouvrement. Cette dernière position est préférée étant donné que la matière im- primée est protégée de l'usure dans l'article fini par le film de recouvrement. Si on le désire, des faces opposées du film de recouvrement peuvent être pourvues d'impression.
Les induits de moules qui permettent une séparation plus facile de l'article fini, rendent inefficace l'attraction entre le recouvrement de film et la surface des blocs de moulage et doivent, en conséquence, être évités. De plus, pour faciliter une meilleure adhésion entre le recouvrement du film et la surface du moule avant que le matériau polymère fondu ne soit injecté dans celui-ci, le moule est maintenu dans un état relativement froid, c'est-à-dire à la température ambiante, ou même à une température inférieure.
Les exemples suivants sont donnés pour illustrer le procédé de la présente invention.
Exemple I
Un film de polypropylène isotrope ayant une épaisseur de 0,1016 millimètre a été soumis à une décharge par effluves, après quoi sa surface traitée a été pourvue d'une configuration de roses décoratives par le procédé connu de l'écran de soie et avec l'emploi d'encres résistant à la chaleur. La surface non imprimée de ce recouvrement de film a alors été frottée avec une étoffe de laine pour produire dans celle-ci une charge électrique statique: le recouvrement de film a alors été placé dans un moule ayant une cavité conforme suivant la forme d'un plateau de service et il a été maintenu étroitement contre une paroi de la cavité du moule, sa surface imprimée étant exposée à nu seulement par la charge statique produite.
Le moule étant maintenu à la température de 270 C, du polypropylène fondu a été injecté dans la cavité du moule sous une pression d'un bélier de 914kg/cm2 à partir du cylindre d'un appareil d'injection de matière plastique classique chauffé à une température de 3000 C. L'injection du polypropylène fondu a été achevée en 15 secondes et le cycle de moulage entier a nécessité un total de 45 secondes.
Le plateau de service moulé dans les conditions ci-dessus était très similiare à celui illustré dans la fig. 4 du dessin et avait une épaisseur de paroi de 0,25 cm. La configuration décorative de roses était complètement emprisonnée dans le polypropylène et elle conservait les couleurs et les détails très précis d'origine.
Exemple 2
Comme dans l'exemple 1, une série de films de polypropylène, chacun de 0,0508 millimètre d'épaisseur, a été imprimée avec une configuration de roses et a été placée dans des moules individuels. En employant l'appareillage décrit dans l'exemple 1, le polypropylène fondu a été injecté dans les cavités du moule sous une pression de 914 à 1125kg/cm2 à partir d'un cylindre d'injection chauffé à une température comprise entre 260 et 3000 C. Les étapes d'injection requéraient chacune 15 secondes pour être achevées et pendant ce temps, les moules étaient maintenus à une température de 15 à 270 C.
La configuration de roses imprimées sur des plateaux de service produite dans les conditions qui précèdent était brouillée et dans certains échange tillons apparaissait comme un mélange de couleurs à la suite de la fusion et de l'écoulement excessifs du recouvrement de film.
Exemple 3
Des plateaux de service ont été moulés en employant l'équipement, les conditions et les matériaux décrits dans l'exemple 2 à l'exception que les recouvrements de film imprimés avaient une épaisseur de 0,3048 millimètre. Les plateaux moulés résultants ont t été trouvé inacceptables, en raison des configurations brouillées et des distorsions ou déformation des parois des plateaux.
Method of manufacturing a molded plastic article bearing decorative or descriptive patterns and article thus obtained
The present invention relates to a method of manufacturing a molded plastic article bearing decorative or descriptive patterns.
Known processes, for example decal, direct printing and laminating processes, have not been found to be satisfactory in providing molded thermoplastic articles having the desired decorative or descriptive compositions or subjects. Prints are generally exposed bare and thus are easily damaged or worn, whereas when lamination processes are used air occlusions between layers, article distortion and cleavage are common.
The deficiencies of these known processes are obviously more pronounced when producing complicated molded articles, and particularly articles which are molded with thermoplastic materials which provide inherent low adhesion to dyes and inks and which have no ability to flow on other materials.
The appended drawing shows by way of example the phases of an implementation of the method according to the invention.
Fig. 1 is a plan view of an overlay printed film.
Fig. 2 is a vertical sectional view taken transversely through a conventional mold with the covering film placed in the mold.
Fig. 3 shows a view of the mold of FIG. 2 after injection of the plastic material.
Fig. 4 is a perspective view of a molded article obtained.
The thermoplastic polymeric material used to form the cover film is preferably the same as that to be injected into the mold so as to ensure a proper bond and to avoid the introduction of differential fatigue during molding and subsequent use of the mold. 'finished article. The film employed can be made according to known methods, and it can be printed by conventional methods using heat resistant inks. When using a polyalkylene film, the surface to be printed is treated by oxidation, subatomic bombardment, flame treatment or some equivalent treatment to make it more wettable by the inks employed.
The thickness of the film used as a cover is critical. In practice, it should be in the range of 0.0762 to 0.2794 millimeters (3 to 11 mils) and preferably 0.1016 to 0.1524 millimeters (4 to 6 mils). Films that are too thin, i.e. having less than 0.0762 millimeters in thickness, undergo excessive and often complete melting in the presence of the molten plastic material injected during the molding operation. Under these conditions, the printed subject experiences distortion or flow and is thus unattractive or unreadable. At the other extreme, when using film overlays having a thickness greater than about 0.2794 millimeters, the heat of the injected plastic material is not distributed evenly and quickly through the film.
As a result, the printed material is often smudged and differential fatigue is created during the molding operation, which is evidenced by the poor adhesion of the overlap and deformations or distortions in the finished article.
The support of the covering film in the mold can be obtained by any suitable known means. To avoid complicated molding techniques, the cover film is preferably supported against one of the mold walls by a static load with its printed surface exposed to bare. With films made from polyethylene or polypropylene, for example, a static charge can be produced along the surface of the unprinted film simply by rubbing it with a woolen cloth.
Fig. 1 illustrates a film 11 of transparent and unoriented polypropylene, carrying a decorative pattern 13 printed on one side thereof. The film 11 has a thickness in the range of 0.0762 to 0.2794 millimeters (3 to 11 mils) and it could be treated to render at least one of its sides wettable by conventional heat resistant inks applied according to the specifications. known methods of the silk screen.
The printed film 11 is placed in a mold 15 formed of mold blocks 17 and 19 which are shaped to provide a pouring opening 21 and a cavity 23 corresponding to the desired configuration in the finished article. The film 11 is held tightly against the shaped surface of the molding block 17 by electrostatic attraction of either the film or the mold block, preferably with the printed surface of the film exposed to the bare
(fig. 2). Molten polypropylene is then injected under pressure through the pouring opening 21 and into the mold cavity 23. The exposed parts of the surface of the film 1 1 exposed are slightly melted by the heat of the injected molten polypropylene and mixing with this one, so that the identification of a separate film no longer exists.
The heat of the injected molten polypropylene has no softening effect on the printed parts of the film, which is apparently due to the insulating properties of the heat resistant inks which are employed.
After a sufficient time to allow at least the surface parts to be solidified, the mold blocks are opened. The part of the injected polypropylene which has solidified in the pouring opening 21 having been broken, the finished article 25 appears as in FIG. 4, wherein the printed film cover portion is trapped in a polypropylene body. As a result of the slight melting of the surface produced along the exposed edges of the printed film 13 during the molding operation and as a result of the mixing of these melted film parts with the polypropylene in
The finished article 25 shows no marks or lines which could suggest that a separate cover film was used in the molding.
Other thermosplastic polymeric materials such as polyethylene can be used, provided that the injected plastic material and the material forming the cover film have similar chemical and thermal characteristics. In addition, by placing the cover film inside the mold, its printed face can be placed against or beyond the surface of the molding block on which the cover rests. The latter position is preferred since the printed material is protected from wear in the finished article by the cover film. If desired, opposite sides of the cover film can be provided with printing.
Mold armatures, which allow easier separation of the finished article, render the attraction between the film cover and the surface of the mold blocks ineffective and should, therefore, be avoided. In addition, to facilitate better adhesion between the film covering and the surface of the mold before the molten polymeric material is injected into it, the mold is kept in a relatively cold state, i.e. room temperature, or even at a lower temperature.
The following examples are given to illustrate the process of the present invention.
Example I
An isotropic polypropylene film having a thickness of 0.1016 millimeter was subjected to corona discharge, after which its treated surface was provided with a pattern of decorative roses by the known silk screen method and with the use of heat resistant inks. The unprinted surface of this film cover was then rubbed with a woolen cloth to produce a static electric charge therein: the film cover was then placed in a mold having a conformal cavity in the shape of a serving tray and it was held tightly against a wall of the mold cavity with its printed surface exposed only by the static charge produced.
With the mold maintained at a temperature of 270 ° C., molten polypropylene was injected into the mold cavity under a pressure of a ram of 914 kg / cm2 from the cylinder of a conventional plastic injection apparatus heated to a temperature of 3000 ° C. The injection of molten polypropylene was completed in 15 seconds and the entire molding cycle required a total of 45 seconds.
The serving tray molded under the above conditions was very similar to that shown in fig. 4 of the drawing and had a wall thickness of 0.25 cm. The decorative rose pattern was completely encased in the polypropylene and it retained the original colors and very precise details.
Example 2
As in Example 1, a series of polypropylene films, each 0.0508 millimeters thick, were printed with a pattern of roses and were placed in individual molds. Using the apparatus described in Example 1, molten polypropylene was injected into the mold cavities under a pressure of 914 to 1125 kg / cm2 from an injection cylinder heated to a temperature between 260 and 3000. C. The injection steps each required 15 seconds to complete and during this time the molds were kept at a temperature of 15-270 C.
The pattern of roses printed on serving trays produced under the foregoing conditions was blurred and in some swatches appeared to be mixed colors as a result of excessive melting and bleeding of the film overlay.
Example 3
Serving trays were molded using the equipment, conditions and materials described in Example 2 except that the printed film covers were 0.3048 millimeters thick. The resulting molded trays were found to be unacceptable, due to scrambled configurations and distortion or deformation of the walls of the trays.