Znakowanie laserowe polistyrenu i HIPS: opakowania, sprzęt AGD i wyroby jednorazowe

Znakowanie laserowe polistyrenu i HIPS: opakowania, sprzęt AGD i wyroby jednorazowe

Najważniejsze wnioski

• Pierścień aromatyczny sprawia, że polistyren łatwo się zwęgla — uzyskanie znaku jest proste.
• Prawdziwym problemem jest wąskie okno procesu, ponieważ temperatura mięknienia jest niska.
• HIPS zawiera fazę kauczukową, która ulega degradacji wcześniej niż styren, co zwiększa ryzyko przebarwień.
• Cienkie ścianki odkształcają się, zanim się zaznakują, o ile energia nie jest ściśle kontrolowana.

Polistyren rzadko pojawia się w dyskusjach o znakowaniu laserowym, co dziwi, zważywszy, ile go codziennie przechodzi przez produkcję — opakowania do żywności, jednorazowy sprzęt laboratoryjny, wykładziny urządzeń AGD, zabawki, opakowania kosmetyczne i obudowy urządzeń elektronicznych. Powodem jest prawdopodobnie to, że uważa się go za materiał masowy, dla którego znakowanie nie stanowi wyzwania technicznego. Uzyskanie znaku jest rzeczywiście łatwe. Uzyskanie dobrego znaku na cienkościennej części już nie.

Dlaczego znakuje się łatwo i źle

Polistyren ma pierścień benzenowy przy co drugim atomie węgla szkieletu. Ta zawartość aromatów zapewnia wysoką wydajność zwęglenia, więc karbonizacja przebiega łatwo, a ciemny znak pojawia się przy umiarkowanej energii — w przeciwieństwie do alifatycznych poliolefin, które depolimeryzują do związków lotnych i wymagają dodatku laserowego.

Trudność polega na tym, że polistyren ma również niską temperaturę zeszklenia, około 100°C, i słabe przewodnictwo cieplne. Energia wystarczająca do zwęglenia powierzchni jest bliska energii wystarczającej do jej zmiękczenia i odkształcenia, a ciepło nie jest odprowadzane. Na termoformowanej ściance o grubości 0,3 mm część odkształca się, zapada lub ulega perforacji, zanim znak zdąży się wykształcić.

Odmiany i czym się różnią

Kontrola procesu na cienkich ściankach

• Jednocześnie zmniejszyć energię i zwiększyć prędkość. Celem jest płytka zmiana powierzchni, a nie głębokość. Zaczynać wyraźnie poniżej wartości, od których rozpoczynałoby się dla porównywalnej żywicy konstrukcyjnej.
• Skracać długość impulsu, jeśli pozwala na to źródło MOPA. Krótkie impulsy wprowadzają energię i kończą działanie, zanim ciepło zdąży przewodzić w głąb ścianki.
• Stosować wysokie częstotliwości powtarzania, aby nakładające się impulsy budowały jednolity znak z wielu małych wkładów, a nie z kilku dużych.
• Podeprzeć część. Cienka, termoformowana ścianka bez podparcia za znakiem zapadnie się; oprzyrządowanie podpierające usuwa większość problemów z odkształceniami bez kosztów procesowych.
• Unikać znakowania w pobliżu cienkich przekrojów i promieni, w których koncentrują się odkształcenia i pęknięcia.
• Uważać na opóźnione pęknięcia w GPPS, który jest na tyle kruchy, że naprężenie termiczne może zainicjować pęknięcie rozprzestrzeniające się później.

Wrażliwość chemiczna zasługuje na uwagę

Polistyren należy do najbardziej podatnych powszechnych polimerów na pękanie naprężeniowe w środowisku, atakowany przez szeroką gamę związków organicznych. Znakowanie wprowadza lokalne naprężenie termiczne, a środki czyszczące, oleje spożywcze, substancje zapachowe i zawartość opakowań kosmetycznych dostarczają chemicznej połowy tego połączenia.

Jeżeli zaznakowana część z polistyrenu będzie miała kontakt z którymkolwiek z tych czynników — a opakowania i kosmetyki niemal zawsze go mają — kwalifikacja powinna obejmować badanie zaznakowanych, obciążonych próbek z rzeczywistą zawartością i chemią czyszczenia, a nie niezaznakowanych płaskich próbek.

Kontakt z żywnością i zastosowania jednorazowe

Duża część produkcji polistyrenu trafia do opakowań do żywności, kubków, sztućców i jednorazowego sprzętu laboratoryjnego, co dodaje wymiar regulacyjny, którego nie ma w większości prac nad znakowaniem żywic konstrukcyjnych:

• Znakowanie laserowe nie dodaje żadnej substancji, co jest tu jego główną zaletą. Tam, gdzie farba lub etykieta wymagałyby dowodów zgodności z przepisami o kontakcie z żywnością dla każdego komponentu, znak laserowy nie wprowadza do oceny niczego nowego.
• Dodatek laserowy odwróciłby tę zaletę. Ponieważ polistyren dobrze się znakuje bez wspomagania, rzadko jest powód, by go wprowadzać do kompozycji — a w części mającej kontakt z żywnością oznaczałoby to konieczność udokumentowania jego statusu regulacyjnego.
• Miejsce znakowania ma znaczenie dla powierzchni w bezpośrednim kontakcie. Znakowanie zewnętrznej strony pojemnika zamiast powierzchni stykającej się z żywnością całkowicie eliminuje to zagadnienie i zazwyczaj jest możliwe.
• Produkty rozkładu są wychwytywane, a nie spożywane, ale wyciąg nadal musi być odpowiedni — znakowanie styrenu wytwarza zauważalne opary w stosunku do niewielkiej ilości materiału.

Rozwiązywanie problemów ze znakami na styrenowych

Powiązane artykuły

• Karbonizacja
• Pękanie naprężeniowe w środowisku
• Akrylonitryl-butadien-styren (ABS)
• Parametry procesu wpływające na jakość znakowania
• Rozwiązania w zakresie znakowania laserowego tworzyw sztucznych

Potrzebują Państwo wsparcia?

The Sabreen Group zapewnia niezależne wsparcie inżynieryjne w zakresie opracowania znakowania styrenowych i cienkościennych komponentów opakowaniowych. Nasz zespół usług inżynieryjnych współpracuje z producentami przy opracowywaniu procesów, kwalifikacji materiałów i rozwiązywaniu problemów produkcyjnych. Zapraszamy do kontaktu, aby omówić Państwa zastosowanie.

Najczęściej zadawane pytania

Czy polistyren wymaga dodatku laserowego?

Zwykle nie. Pierścień aromatyczny w szkielecie zapewnia wysoką wydajność zwęglenia, więc polistyren łatwo się karbonizuje i przy umiarkowanej energii daje ciemny znak bez żadnego dodatku. Problem inżynieryjny jest odwrotny niż w poliolefinach: energię trzeba ograniczać, ponieważ temperatura mięknienia jest niska, a materiał odkształca się przy ustawieniach bliskich tym, które go znakują.

Dlaczego cienkie części z polistyrenu odkształcają się podczas znakowania?

Niska temperatura zeszklenia w połączeniu ze słabym przewodnictwem cieplnym. Ciepło, które w żywicy konstrukcyjnej zostałoby odprowadzone, pozostaje lokalnie, a energia potrzebna do zwęglenia powierzchni jest bliska energii mięknącej ściankę. Na cienkim, termoformowanym przekroju część zapada się lub ulega perforacji, zanim znak zdąży się wykształcić. Krótsze impulsy, większa prędkość i oprzyrządowanie podpierające rozwiązują większość problemów.

Czym HIPS różni się od polistyrenu ogólnego przeznaczenia pod względem znakowania?

HIPS zawiera fazę kauczuku butadienowego dla udarności, a ten kauczuk ulega degradacji w niższej temperaturze niż styren. Skutkiem jest większa skłonność do żółknięcia i pozostawiania przebarwionej aureoli poza zamierzonym znakiem. GPPS jest pod tym względem czystszy, ale znacznie bardziej kruchy, więc naprężenie termiczne może zainicjować pękanie w cienkich przekrojach.

Czy piankowy polistyren ekspandowany można znakować laserowo?

W praktyce nie. Pianka zapada się pod wpływem ciepła, zamiast tworzyć znak, więc identyfikację na EPS zazwyczaj nanosi się na etykietę lub sztywny materiał okładzinowy. Próba znakowania wytwarza też obfite opary w stosunku do niewielkiej ilości materiału litego.

Co należy zbadać przed zwolnieniem zaznakowanej części z polistyrenu?

Zgodność chemiczną na zaznakowanych, obciążonych próbkach. Polistyren należy do najbardziej podatnych na pękanie naprężeniowe powszechnych polimerów, a znakowanie wprowadza lokalne naprężenie termiczne, podczas gdy zawartość opakowań, oleje spożywcze, substancje zapachowe i środki czyszczące dostarczają czynnika chemicznego. Badanie niezaznakowanych płaskich próbek eliminuje dokładnie tę interakcję, która powoduje awarie w eksploatacji.

---