Marquage laser du polypropylène et du polyéthylène

Marquage laser des plastiques polypropylène et polyéthylène par lasers à fibre

Le marquage laser et la gravure laser des plastiques polyoléfiniques, tels que le polypropylène et le polyéthylène, sont difficiles en raison de leurs propriétés polymères, et il en existe différents types — des polypropylènes homopolymères et copolymères jusqu'au HDPE, au LDPE, au LLDPE et à d'autres — qui se marquent intrinsèquement de manière différente. Lors du développement d'un produit destiné au marquage laser, les ingénieurs doivent déterminer quelle qualité de matière offre le meilleur compromis entre performance et aptitude au marquage. Les lasers à fibre MOPA à ytterbium sont idéaux pour le marquage des plastiques polyoléfiniques car ils sont capables de produire des durées d'impulsion courtes permettant d'obtenir un contraste de marquage foncé ou clair résistant aux rayures. Des durées d'impulsion supérieures à 100 ns peuvent provoquer une combustion excessive.

Les progrès récents des technologies de colorants — noirs de carbone et dioxydes de titane spécifiquement conçus pour le laser, ainsi qu'agents moussants — offrent une qualité de contraste supérieure, une meilleure définition des bords de trait et les vitesses les plus élevées, y compris le marquage « à la volée » (on-the-fly). Ces caractéristiques les rendent idéaux pour le marquage laser des isolants de fils et câbles dans l'automobile, la construction, le médical, l'emballage, la tuyauterie et d'autres applications.

Points clés à retenir

• Les polyoléfines nécessitent des additifs. Le PP et le PE absorbent mal le proche infrarouge : sans modification, la matière donne un contraste faible, quelle que soit la puissance.
• Les qualités de matière se marquent différemment. Le HDPE est généralement le plus facile ; le polyéthylène est globalement plus facile à marquer que le polypropylène.
• Les lasers à fibre MOPA à durées d'impulsion courtes sont à privilégier ; au-delà d'environ 100 ns, les impulsions provoquent une combustion excessive.
• Deux réactions de surface entrent en jeu : la carbonisation (charring) et la transformation chimique (moussage).
• Le marquage en ligne est rapide. Les bouchons de liège et les faces intérieures de capsules sans joint sont marqués jusqu'à 2 000 pièces par minute.

Marquage laser optimal. Le marquage laser des plastiques polypropylène et polyéthylène exige normalement des additifs sensibles au laser incorporés à des composés colorants optimisés, à des concentrés de couleur ou à une matière précompoundée. Les retardateurs de flamme sont couramment utilisés dans les produits de fils/câbles et d'isolation ; ils influent sur la correspondance des couleurs et sur la formulation des compounds. Des additifs tels que l'oxyde d'étain dopé à l'antimoine et le trioxyde d'antimoine confèrent une teinte « grisâtre » à l'opacité du substrat naturel (non coloré). D'autres additifs peuvent contenir des particules d'aluminium, des oxydes métalliques mixtes et des composés propriétaires. Les ajustements de teinte s'effectuent au moyen de pigments et de colorants afin d'obtenir la correspondance de couleur finale.

Correctement dosés, les additifs de marquage laser, les compounds et les colorants n'ont aucun effet néfaste sur les propriétés du polymère, satisfont aux exigences telles que UL, NEMA, FDA, RoHS et Yellow Card, et n'imposent pas de nouvelle certification. Les composants chimiques des formulations optimisées pour le laser dépendent de nombreux facteurs, parmi lesquels le type et la couleur du polymère, la couleur du contraste de marquage, le type de mécanisme de réaction de surface et la longueur d'onde du laser. Les deux types de réactions de surface observés lors du marquage laser des polyoléfines sont la carbonisation (« charring ») et la transformation chimique (« foaming », moussage).

Le marquage laser en ligne « à la volée » sur les produits polyoléfiniques offre des avantages de production à la pointe de la technologie. Les vitesses de marquage des bouchons de liège et des promotions sous capsule sur des capsules de boisson sans joint atteignent 2 000 pièces par minute pour du texte alphanumérique et des graphismes. Des résultats tout aussi remarquables sont obtenus sur les produits médicaux extrudés et les produits de fils/câbles.

Aptitude des polyoléfines au marquage laser

Les polyoléfines présentent des températures de mécanisme de réaction de surface différentes de celles des autres polymères, ce qui impose le recours à des formulations spécialisées. Même des polyoléfines d'une même famille, comme le polyéthylène et le polypropylène, se marquent différemment au laser. C'est l'une des raisons pour lesquelles le polyéthylène haute densité est généralement le plus facile à marquer. Les plastiques polyéthylène sont globalement plus faciles à marquer que les polypropylènes.

Les polyoléfines constituent une classe de polymères issus des oléfines. Ce groupe de matériaux polyvalents comprend des polymères bien connus comme le polyéthylène (PE) et le polypropylène (PP), largement utilisés dans de nombreux secteurs pour leurs propriétés chimiques et physiques exceptionnelles. Les quatre variétés de polyoléfines les plus répandues sont le polyéthylène basse densité, le polyéthylène basse densité linéaire, le polyéthylène haute densité et le polypropylène.

Tous les plastiques et tous les lasers ne produisent pas des marquages identiques !

La qualité des composants laser, de l'optique, des têtes de balayage et d'un logiciel polyvalent est déterminante. Les lasers industriels sont supérieurs aux lasers bon marché de type amateur vendus en gros (revendeurs). Ces lasers à bas coût souffrent de graves problèmes de qualité de marquage erratique, ainsi que d'une optique et d'une électronique bas de gamme, d'où des variations de qualité de faisceau et un marquage irrégulier.

Certains sites de revendeurs et de fabricants d'équipements laser emploient des termes à la mode sur les polyoléfines afin de générer des « clics » et un bon référencement : ce ne sont pas des experts des polymères, des colorants et des voies d'interaction chimique avec les différentes longueurs d'onde laser, pourtant déterminantes pour obtenir une qualité de marquage laser optimisée. Les solutions laser robustes et économiques associent la science des matériaux polymères à la source laser (longueur d'onde) optimale.

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Questions fréquentes

Pourquoi le polypropylène est-il plus difficile à marquer au laser que le polyéthylène ?

Les polyoléfines ont des températures de réaction de surface différentes de celles des autres polymères, et les seuils varient même au sein de la famille. Le polyéthylène réagit généralement plus facilement — le HDPE étant le plus simple de tous — tandis que le polypropylène exige des formulations ajustées avec plus de soin.

Le polypropylène peut-il être marqué sans additifs ?

Pas au niveau de contraste exigé en production. Un marquage efficace sur PP et PE nécessite normalement des additifs sensibles au laser incorporés à des composés colorants optimisés, à des concentrés de couleur ou à une résine précompoundée.

Les retardateurs de flamme gênent-ils le marquage laser des polyoléfines ?

Ils le compliquent. Les retardateurs de flamme sont courants dans les fils, les câbles et les produits d'isolation ; ils influent sur la correspondance des couleurs et sur la formulation du compound. La formulation d'additifs laser doit donc être développée conjointement avec eux, et non ajoutée après coup.

Quelle durée d'impulsion utiliser sur les polyoléfines ?

Courte. Les lasers à fibre MOPA à ytterbium sont privilégiés car ils produisent les durées d'impulsion courtes nécessaires à un contraste foncé ou clair résistant aux rayures. Au-delà d'environ 100 nanosecondes, les durées d'impulsion tendent à provoquer une combustion excessive.

À quelle cadence le marquage en ligne des polyoléfines peut-il fonctionner ?

Très rapidement. Les vitesses de marquage des bouchons de liège et des promotions sous capsule sur des capsules de boisson sans joint atteignent 2 000 pièces par minute pour du texte alphanumérique et des graphismes, avec des résultats comparables sur les produits médicaux extrudés et les fils et câbles.

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