Marcado láser de poliestireno y HIPS: empaque, electrodomésticos y desechables

Marcado láser de poliestireno y HIPS: empaque, electrodomésticos y desechables

Puntos clave

• El anillo aromático hace que el poliestireno se carbonice con facilidad, por lo que obtener una marca es sencillo.
• La estrecha ventana de proceso es el verdadero problema, porque el punto de ablandamiento es bajo.
• El HIPS añade una fase de hule que se degrada antes que el estireno, lo que amplía el riesgo de decoloración.
• Las paredes delgadas se deforman antes de marcarse a menos que la energía se controle con precisión.

El poliestireno rara vez aparece en las conversaciones sobre marcado láser, lo cual es extraño dada la cantidad que pasa por producción todos los días: empaque de alimentos, material de laboratorio desechable, recubrimientos de electrodomésticos, juguetes, empaque de cosméticos y carcasas electrónicas. La razón probablemente es que se le considera un material básico para el cual el marcado no es un reto técnico. Obtener una marca, en efecto, es fácil. Obtener una buena en una pieza de pared delgada, no.

Por qué se marca con facilidad y mal

El poliestireno lleva un anillo de benceno en cada segundo carbono de su cadena principal. Ese contenido aromático le da un alto rendimiento de carbonización, por lo que la carbonización avanza con facilidad y aparece una marca oscura con energía modesta, a diferencia de las poliolefinas alifáticas, que se despolimerizan en volátiles y necesitan un aditivo láser.

La dificultad es que el poliestireno también tiene una transición vítrea baja, de alrededor de 100°C, y una conductividad térmica deficiente. La energía suficiente para carbonizar la superficie está cerca de la energía suficiente para ablandarla y deformarla, y el calor no se disipa por conducción. En una pared termoformada de 0.3 mm, la pieza se distorsiona, se hunde o se perfora mientras la marca aún se está desarrollando.

Las variantes y sus diferencias

Cómo controlar el proceso en paredes delgadas

• Reduzca la energía y aumente la velocidad al mismo tiempo. El objetivo es un cambio superficial poco profundo, no profundidad. Comience muy por debajo de donde empezaría una resina de ingeniería comparable.
• Acorte el ancho de pulso cuando una fuente MOPA lo permita. Los pulsos cortos introducen energía y salen antes de que el calor se conduzca hacia la pared.
• Use frecuencias de repetición altas para que los pulsos traslapados formen una marca uniforme a partir de muchas contribuciones pequeñas y no de pocas grandes.
• Apoye la pieza. Una pared termoformada delgada sin soporte detrás de la marca se hunde; una plantilla de respaldo elimina la mayoría de los problemas de deformación sin costo de proceso.
• Mantenga las marcas lejos de secciones delgadas y radios, donde se concentran la deformación y el agrietamiento.
• Vigile el agrietamiento retardado en el GPPS, que es lo bastante quebradizo como para que el esfuerzo térmico inicie una grieta que se propaga más tarde.

La sensibilidad química merece atención

El poliestireno es uno de los polímeros comunes más susceptibles al agrietamiento por esfuerzo ambiental, atacado por una amplia gama de productos químicos orgánicos. El marcado añade esfuerzo térmico local, y los agentes de limpieza, los aceites de alimentos, las fragancias y el contenido de cosméticos aportan la mitad química de la combinación.

Cuando una pieza marcada de poliestireno vaya a estar en contacto con cualquiera de estos (y las aplicaciones de empaque y cosméticos casi siempre lo están), la calificación debe probar muestras marcadas y sometidas a esfuerzo frente al contenido real y la química de limpieza reales, no cupones planos sin marcar.

Contacto con alimentos y aplicaciones desechables

Una gran parte de la producción de poliestireno se destina a empaque de alimentos, vasos para bebidas, cubiertos y material de laboratorio desechable, lo que añade una dimensión regulatoria que la mayoría del marcado en resinas de ingeniería no tiene:

• El marcado láser no añade ninguna sustancia, y esa es su principal ventaja aquí. Donde una tinta o etiqueta requeriría evidencia de cumplimiento de contacto con alimentos para cada componente, una marca láser no introduce nada nuevo a la evaluación.
• Un aditivo láser revertiría esa ventaja. Como el poliestireno se marca bien sin ayuda, rara vez hay motivo para incorporar uno, y hacerlo en una pieza de contacto con alimentos implica documentar su situación regulatoria.
• La ubicación de la marca importa en superficies de contacto directo. Marcar el exterior de un envase y no la cara en contacto con los alimentos evita el asunto por completo, y normalmente es posible.
• Los productos de descomposición se capturan, no se consumen, pero la extracción sigue teniendo que ser adecuada: el marcado del estireno produce humos notables en relación con la pequeña cantidad de material involucrado.

Solución de problemas en marcas sobre estirénicos

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Preguntas frecuentes

¿El poliestireno necesita un aditivo láser?

Normalmente no. El anillo aromático de la cadena principal da un alto rendimiento de carbonización, por lo que el poliestireno se carboniza con facilidad y produce una marca oscura con energía modesta sin ningún aditivo. El problema de ingeniería es el inverso del de las poliolefinas: hay que contener la energía, porque el punto de ablandamiento es bajo y el material se deforma con ajustes cercanos a los que lo marcan.

¿Por qué se deforman las piezas delgadas de poliestireno al marcarlas?

Por su baja transición vítrea combinada con una conductividad térmica deficiente. El calor que se disiparía en una resina de ingeniería permanece localizado, y la energía necesaria para carbonizar la superficie es cercana a la que ablanda la pared. En una sección termoformada delgada, la pieza se hunde o se perfora mientras la marca aún se desarrolla. Pulsos más cortos, mayor velocidad y una plantilla de respaldo resuelven la mayor parte.

¿En qué se diferencia el HIPS del poliestireno de uso general para el marcado?

El HIPS contiene una fase de hule de butadieno para dar resistencia al impacto, y ese hule se degrada a una temperatura menor que la del estireno. El resultado es una mayor tendencia a amarillear y a dejar un halo decolorado más allá de la marca prevista. El GPPS es más limpio en ese aspecto pero mucho más quebradizo, por lo que el esfuerzo térmico puede iniciar agrietamiento en secciones delgadas.

¿Se puede marcar con láser el poliestireno expandido?

En la práctica, no. La espuma colapsa con el calor en lugar de desarrollar una marca, por lo que la identificación en EPS normalmente se aplica en una etiqueta o en un material rígido de recubrimiento. Intentarlo también produce muchos humos en relación con la pequeña cantidad de material sólido involucrado.

¿Qué debe probarse antes de liberar una pieza marcada de poliestireno?

La compatibilidad química en muestras marcadas y sometidas a esfuerzo. El poliestireno es uno de los polímeros comunes más susceptibles al agrietamiento por esfuerzo, y el marcado añade esfuerzo térmico local mientras que el contenido del empaque, los aceites de alimentos, las fragancias y los agentes de limpieza aportan el agente químico. Probar cupones planos sin marcar elimina justamente la interacción que causa las fallas en campo.

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