玻璃纖維與礦物填充塑膠的雷射打標：加入填料後有何改變

玻璃纖維與礦物填充塑膠的雷射打標：加入填料後有何改變

重點摘要

• 填料通常能提升對比度，因為它吸收並散射基礎聚合物原本會穿透的能量。
• 纖維外露是典型缺陷，即聚合物在玻璃不會被去除的能量下汽化。
• 標準的修正方式是降低能量、增加道次，而非提高功率。
• 同一樹脂的填充等級與未填充等級，需要各自的參數與獨立驗證。

許多雷射打標指引的寫法，彷彿聚合物是單一材料，但在生產中很少如此。送入打標單元的多數工程熱塑性塑膠，含有 10–50% 的玻璃纖維、玻璃珠、滑石、雲母或矽灰石，而該填料對打標結果的影響超過幾乎任何其他配方變數，通常是好的影響，偶爾也會破壞原本良好的製程。

填料為何幫助多於傷害

塑膠打標的根本困難，在於以 1064 nm 光纖雷射打標時，多數聚合物在該波長幾乎不吸收。光束直接穿透，而不是在表面沉積能量。因此配方中任何能吸收或散射的成分，都對打標有利，而填料兩者兼具。

這就是為什麼填充工程樹脂經常在脫模後就能達到可接受的打標效果，而天然色、未填充的同類樹脂則需要混入雷射添加劑。在為填充等級指定添加劑之前，請先照原樣打標，成本可能已經由填料付出了。

纖維外露：決定性缺陷

玻璃與聚合物對雷射的反應能量並不相同。聚合物達到分解溫度而汽化，而熔點高得多的玻璃則不會。留下的是纖維端部突出於周圍表面的標記，視覺上粗糙、有觸感，並且在代碼應用中造成可讀性問題，因為突出的纖維會散射讀碼器的照明。

直覺是提高功率來「清乾淨」。這會使情況更糟，因為去除更多聚合物，暴露出更多纖維。真正有效的修正方式如下：

• 降低每道次能量並增加道次。數次輕度道次比一次強烈道次能更漸進地去除聚合物，留下較少的起伏。
• 在光源允許時縮短脈衝寬度。設定為短脈衝的 MOPA 光源可減少熱影響深度，因此減少每根纖維周圍流失的聚合物量。
• 以變色機制為目標，而非去除材料。當碳化能在不燒蝕材料的情況下產生足夠的對比度時，纖維外露基本上就會消失。
• 考慮標記位置。纖維方向沿流動方向，因此標記放在纖維與表面平行的位置，會比纖維以端部朝外的位置更美觀。
• 僅屬外觀問題時可以接受。在承載可追溯性代碼的隱藏表面上，稍微粗糙但分級合格的標記並非缺陷。

填料含量在零件內並不均勻

最常被忽略的因素是，「30% 玻璃纖維」的模製件並非處處都是 30% 玻璃纖維。射出成型會形成皮層與核心結構：熔體貼著模具凝固的富樹脂皮層，以及纖維集中的核心。打標會去除或改變該皮層。

其實務上的後果值得在設計時加以考量：

• 標記深度會改變雷射所交互作用的對象。很淺的標記主要作用於樹脂；較深的標記則到達富纖維的核心，表現不同。
• 對比度隨壁厚而變，因為皮層厚度也會變。
• 靠近澆口很重要。澆口附近的纖維方向與濃度不同，放在該處的標記，讀起來可能與放在別處的相同標記不同。
• 成型條件會左右結果。熔體溫度與射出速度會改變皮層厚度，因此打標參數可能因成型製程飄移而漂移，材料本身完全沒有改變。

驗證填充等級

• 以量產材料打標，並採用量產的填料含量、顏色與最大允許回收料比例。回收料在填充樹脂中更為重要，因為重複加工會縮短纖維，並改變外觀與流動性。
• 在模製平板上執行功率－速度矩陣，量測每個格子的 L*，而非憑肉眼判斷。
• 選擇最寬的可接受區域的中間，而非對比度最高的格子，因為填充等級各批次之間有差異，能經受住這種差異的是平台區。
• 在放大倍率下檢查表面，而不僅是看對比度。纖維外露往往肉眼看不見，但讀碼器卻很明顯。
• 依 ISO/IEC 15415 對任何機器可讀代碼分級，而非僅以目視檢查。
• 將填充與未填充的變體分別驗證。就打標而言，它們是不同的材料，不論資料表如何稱呼。

延伸閱讀

• 玻璃纖維外露：解決塑膠雷射打標問題
• 可雷射打標塑膠
• 影響標記品質的製程參數
• 玻璃纖維填充聚合物與射出成型的雷射打標
• 塑膠雷射打標解決方案

需要協助嗎？

The Sabreen Group 為填充與強化工程樹脂的打標開發提供獨立的工程支援。我們的工程服務團隊與製造商合作，協助製程開發、材料驗證與生產問題排除。歡迎聯絡我們，討論您的應用。

常見問題

玻璃纖維填料使塑膠更容易還是更難雷射打標？

就取得對比度而言更容易。填料吸收並散射基礎聚合物原本會穿透的能量，這就是為什麼填充工程樹脂經常無需雷射添加劑就能良好打標，而未填充的同類樹脂卻需要。取捨在於表面品質：填料會帶來纖維外露與較粗糙的標記，因此困難從取得標記，轉變為取得乾淨的標記。

如何避免標記中出現玻璃纖維？

降低每道次能量並增加道次，而非提高功率。纖維出現的原因，是聚合物在玻璃不會被去除的能量下汽化，因此去除更多聚合物，就會暴露更多纖維。在光源允許時縮短脈衝寬度有幫助，而在對比度允許時，以變色機制取代去除材料，則能基本避開這個問題。

為什麼同一個填充模製件上的標記品質會有差異？

因為填料含量在零件內並不均勻。射出成型會在富纖維的核心之上形成富樹脂的皮層，而皮層厚度隨壁厚、澆口距離與冷卻而變。打標在不同位置切入該結構的深度不同，因此依標記所在位置，雷射實際上是與不同的材料組成交互作用。

同一樹脂的填充與未填充等級，可以使用同一組參數嗎？

不行。就打標而言，無論資料表如何稱呼，它們都是不同的材料，因為填料會改變吸收、導熱性與表面行為。請分別驗證，並將填料含量或種類的變更視為需要重新驗證的變更，而非小幅替換。

回收料會影響填充樹脂的打標嗎？

影響比未填充樹脂更大。重複加工會使纖維斷得更短，進而改變流動性、表面外觀，以及填料在皮層中的分布。請以產線允許使用的最大回收料比例進行篩選，並將允許比例的提高視為製程變更，而非採購決策。

---