Laserbeschriftung von Polypropylen und Polyethylen

Laserbeschriftung von Polypropylen- und Polyethylen-Kunststoffen mit Faserlasern

Laserbeschriftung und Lasergravur auf Polyolefin-Kunststoffen wie Polypropylen und Polyethylen sind aufgrund der Polymereigenschaften schwierig; hinzu kommt, dass es unterschiedliche Typen gibt – von Homopolymer- und Copolymer-Polypropylenen über HDPE, LDPE und LLDPE bis zu weiteren Sorten –, die sich von Natur aus unterschiedlich beschriften lassen. Bei der Entwicklung eines Produkts, das laserbeschriftet werden soll, sollten Ingenieure prüfen, welcher Materialtyp hinsichtlich Leistung und Beschriftbarkeit am besten geeignet ist. MOPA-Ytterbium-Faserlaser sind für die Beschriftung von Polyolefin-Kunststoffen ideal, weil sie kurze Pulsdauern erzeugen und damit kratzfeste dunkle und helle Beschriftungskontraste ermöglichen. Pulsdauern von mehr als 100 ns können zu übermäßigem Verbrennen führen.

Jüngste Fortschritte in der Farbmitteltechnologie – etwa laserspezifische Ruße und Titandioxide sowie Treibmittel – liefern eine überlegene Kontrastqualität, feinere Kantenschärfe der Linien und höchste Geschwindigkeiten, einschließlich der Beschriftung „on the fly“ im laufenden Prozess. Damit eignen sie sich ideal für die Laserbeschriftung von Draht- und Kabelisolierungen in der Automobilindustrie, im Bauwesen, in der Medizintechnik, in der Verpackung, im Rohrleitungsbau und in weiteren Anwendungen.

Das Wichtigste in Kürze

• Polyolefine benötigen Additive. PP und PE absorbieren nahes Infrarot nur schlecht; unmodifiziertes Material liefert daher bei jeder Leistung nur schwachen Kontrast.
• Die Materialtypen lassen sich unterschiedlich beschriften. HDPE ist in der Regel am einfachsten; Polyethylen ist generell einfacher zu beschriften als Polypropylen.
• MOPA-Faserlaser mit kurzen Pulsdauern sind zu bevorzugen; Pulse von mehr als etwa 100 ns führen zu übermäßigem Verbrennen.
• Es kommen zwei Oberflächenreaktionen zum Tragen – Karbonisierung (Verkohlung) und chemische Umwandlung (Aufschäumen).
• Die Inline-Beschriftung ist schnell. Weinkorken und die Deckelinnenseiten linerloser Verschlüsse laufen mit bis zu 2.000 Stück pro Minute.

Optimale Laserbeschriftung. Die Laserbeschriftung von Polypropylen- und Polyethylen-Kunststoffen erfordert in der Regel lasersensitive Additive, die in optimierte Farbmittel-Compounds oder Farbkonzentrate eingearbeitet oder bereits vorcompoundiert sind. In Draht-/Kabel- und Isolatorprodukten werden häufig Flammschutzmittel eingesetzt, die die Farbabstimmung und die Compound-Rezepturen beeinflussen. Additive wie antimondotiertes Zinnoxid und Antimontrioxid verleihen der Deckkraft des natürlichen (ungefärbten) Substrats einen „gräulichen“ Farbton. Andere Additive können Aluminiumpartikel, Mischmetalloxide und proprietäre Compounds enthalten. Farbanpassungen erfolgen über Pigmente und Farbstoffe, um die endgültige Farbabstimmung zu erreichen.

Bei korrekter Einmischung haben Laseradditive, Compounds und Farbmittel keine nachteiligen Auswirkungen auf die Polymereigenschaften, erfüllen Anforderungen wie UL, NEMA, FDA, RoHS und Yellow Card und machen keine Rezertifizierung erforderlich. Die chemischen Bestandteile laseroptimierter Rezepturen hängen von mehreren Faktoren ab, darunter Polymertyp und -farbe, Kontrastfarbe der Beschriftung, Art des Oberflächenreaktionsmechanismus und Laserwellenlänge. Bei der Laserbeschriftung von Polyolefinen treten zwei Arten von Oberflächenreaktionen auf: Karbonisierung („Verkohlung“) und chemische Umwandlung („Aufschäumen“).

Die Inline-Laserbeschriftung „on the fly“ auf Polyolefinprodukten bietet fertigungstechnische Vorteile auf dem neuesten Stand der Technik. Bei Weinkorken und Aktionsaufdrucken auf den Deckelinnenseiten linerloser Getränkeverschlüsse sind Beschriftungsgeschwindigkeiten von 2.000 Stück pro Minute für alphanumerischen Text und Grafiken erreichbar. Ebenso überzeugende Ergebnisse werden bei extrudierten Medizin- sowie Draht-/Kabelprodukten erzielt.

Laserbeschriftbarkeit von Polyolefinen

Polyolefine weisen für den Oberflächenreaktionsmechanismus andere Temperaturen auf als andere Polymere, weshalb spezielle Rezepturen erforderlich sind. Selbst Polyolefine derselben Familie, etwa Polyethylen und Polypropylen, lassen sich per Laser unterschiedlich beschriften. Dies ist einer der Gründe, weshalb sich Polyethylen hoher Dichte (HDPE) in der Regel am einfachsten beschriften lässt. Polyethylen-Kunststoffe lassen sich generell leichter beschriften als Polypropylene.

Polyolefine sind eine Klasse von Polymeren, die aus Olefinen gebildet werden. Zu dieser vielseitigen Werkstoffgruppe zählen bekannte Polymere wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP), die aufgrund ihrer herausragenden chemischen und physikalischen Eigenschaften in zahlreichen Branchen breit eingesetzt werden. Die vier verbreitetsten Polyolefin-Varianten sind Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Polypropylen (PP).

Nicht alle Kunststoffe und Laser erzeugen identische Beschriftungen!

Die Qualität von Laserkomponenten, Optiken, Scanköpfen und leistungsfähiger Software ist entscheidend. Industrielaser sind billigen Hobby-Lasern aus dem Großhandel (von Wiederverkäufern) deutlich überlegen. Billige Laser haben erhebliche Probleme mit unbeständiger Beschriftungsqualität sowie mit minderwertiger Optik und Elektronik, was zu Schwankungen der Strahlqualität und zu uneinheitlicher Beschriftung führt.

Auf den Websites mancher Wiederverkäufer und Hersteller von Laseranlagen werden Internet-Schlagworte rund um Polyolefine verwendet, um „Klicks“ und gute Rankings zu erzielen – diese Anbieter sind keine Experten für Polymere, Farbmittel und die chemischen Wechselwirkungspfade mit den verschiedenen Laserwellenlängen, die für eine optimierte Beschriftungsqualität entscheidend sind. Robuste und wirtschaftliche Laserlösungen verbinden die Polymerwerkstoffkunde mit der optimalen Laserquelle (Wellenlänge).

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Häufig gestellte Fragen

Warum lässt sich Polypropylen schwerer laserbeschriften als Polyethylen?

Polyolefine haben andere Oberflächenreaktionstemperaturen als andere Polymere, und selbst innerhalb dieser Familie unterscheiden sich die Schwellenwerte. Polyethylen reagiert in der Regel bereitwilliger – HDPE am einfachsten von allen –, während Polypropylen sorgfältiger abgestimmte Rezepturen erfordert.

Lässt sich Polypropylen ohne Additive beschriften?

Nicht mit produktionstauglichem Kontrast. Eine wirksame Beschriftung von PP und PE erfordert in der Regel lasersensitive Additive, die in optimierte Farbmittel-Compounds, Farbkonzentrate oder vorcompoundiertes Harz eingearbeitet sind.

Beeinträchtigen Flammschutzmittel die Laserbeschriftung von Polyolefinen?

Sie erschweren sie. Flammschutzmittel sind in Draht-, Kabel- und Isolatorprodukten weit verbreitet und beeinflussen die Farbabstimmung und die Compound-Rezeptur. Das Laseradditiv-Paket muss deshalb gemeinsam mit ihnen entwickelt und darf nicht nachträglich zugegeben werden.

Welche Pulsdauer sollte bei Polyolefinen eingesetzt werden?

Eine kurze. MOPA-Ytterbium-Faserlaser sind zu bevorzugen, weil sie die kurzen Pulsdauern erzeugen, die für kratzfesten dunklen und hellen Kontrast erforderlich sind. Pulsdauern von mehr als etwa 100 Nanosekunden führen tendenziell zu übermäßigem Verbrennen.

Wie schnell kann die Inline-Beschriftung von Polyolefinen laufen?

Sehr schnell. Bei Weinkorken und Aktionsaufdrucken auf den Deckelinnenseiten linerloser Getränkeverschlüsse erreichen die Beschriftungsgeschwindigkeiten 2.000 Stück pro Minute für alphanumerischen Text und Grafiken; vergleichbare Ergebnisse werden bei extrudierten Medizin- sowie Draht- und Kabelprodukten erzielt.

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