Marcatura laser di polipropilene e polietilene

Marcatura laser delle materie plastiche in polipropilene e polietilene mediante laser a fibra

La marcatura laser e l'incisione laser su materie plastiche poliolefiniche, come il polipropilene e il polietilene, sono operazioni difficili a causa delle proprietà polimeriche di questi materiali; esistono inoltre tipologie diverse, dai polipropileni omopolimeri e copolimeri fino a HDPE, LDPE, LLDPE e altri, che intrinsecamente si marcano in modo differente. Nello sviluppo di un prodotto destinato alla marcatura laser, gli ingegneri dovrebbero valutare quale grado sia il migliore in termini di prestazioni e di marcabilità. I laser a fibra MOPA all'itterbio sono ideali per marcare le materie plastiche poliolefiniche grazie alla capacità di generare impulsi di breve durata, in grado di creare un contrasto di marcatura, scuro o chiaro, resistente ai graffi. Durate d'impulso superiori a 100 ns possono causare bruciature eccessive.

I recenti progressi nella tecnologia dei coloranti, come i neri di carbonio e i biossidi di titanio specifici per laser, oltre agli agenti espandenti, offrono una qualità di contrasto superiore, una migliore definizione dei bordi delle linee e la massima velocità, compresa la marcatura «al volo» (on-the-fly). Queste caratteristiche li rendono ideali per la marcatura laser dell'isolamento di fili e cavi nei settori automotive, edilizia, medicale, imballaggio, tubazioni e in altre applicazioni.

Punti chiave

• Le poliolefine richiedono additivi. PP e PE assorbono poco il vicino infrarosso, quindi il materiale non modificato dà un contrasto debole a qualsiasi potenza.
• I diversi gradi si marcano in modo diverso. L'HDPE è in genere il più semplice; il polietilene è in genere più facile da marcare del polipropilene.
• Sono da preferire i laser a fibra MOPA con impulsi di breve durata; impulsi oltre i 100 ns circa causano bruciature eccessive.
• Si applicano due reazioni superficiali: la carbonizzazione («charring») e la modifica chimica («foaming», schiumatura).
• La marcatura in linea è rapida. I tappi di sughero per vino e i sottotappi delle chiusure linerless vengono marcati fino a 2.000 pezzi al minuto.

Marcatura laser ottimale. La marcatura laser sulle materie plastiche in polipropilene e polietilene richiede normalmente additivi sensibili al laser incorporati in compound coloranti ottimizzati, concentrati di colore o resine precompoundate. I ritardanti di fiamma sono comunemente impiegati nei prodotti per fili/cavi e negli isolatori e influiscono sulla corrispondenza cromatica e sulle formulazioni dei compound. Additivi come l'ossido di stagno drogato con antimonio e il triossido di antimonio conferiscono una tonalità «grigiastra» all'opacità del substrato naturale (non colorato). Altri additivi possono contenere particelle di alluminio, ossidi metallici misti e composti proprietari. Le correzioni di colore vengono eseguite con pigmenti e coloranti per ottenere l'aspetto cromatico finale richiesto.

Se correttamente miscelati, gli additivi per marcatura laser, i compound e i coloranti non hanno alcun effetto negativo sulle proprietà del polimero, soddisfano requisiti quali UL, NEMA, FDA, RoHS e Yellow Card e non richiedono una nuova certificazione. I componenti chimici delle formulazioni ottimizzate per il laser dipendono da numerosi fattori, tra cui il tipo e il colore del polimero, il colore del contrasto della marcatura, il tipo di meccanismo di reazione superficiale e la lunghezza d'onda del laser. I due tipi di reazione superficiale nella marcatura laser delle poliolefine sono la carbonizzazione («charring») e la modifica chimica («foaming», schiumatura).

La marcatura laser in linea «al volo» (on-the-fly) sui prodotti poliolefinici offre vantaggi produttivi allo stato dell'arte. Le velocità di marcatura per i tappi di sughero da vino e per le promozioni stampate sotto le chiusure linerless per bevande raggiungono 2.000 pezzi al minuto per testi alfanumerici e grafiche. Risultati altrettanto notevoli si ottengono su prodotti estrusi per il settore medicale e per fili/cavi.

Marcabilità laser delle poliolefine

Le poliolefine presentano temperature dei meccanismi di reazione superficiale diverse rispetto ad altri polimeri, il che rende necessario l'impiego di formulazioni specifiche. Anche poliolefine della stessa famiglia, come il polietilene e il polipropilene, si marcano al laser in modo diverso. Questo è uno dei motivi per cui il polietilene ad alta densità è generalmente il più facile da marcare. Le materie plastiche in polietilene sono in genere più facili da marcare rispetto ai polipropileni.

Le poliolefine sono una classe di polimeri ottenuti dalle olefine. Questo versatile gruppo di materiali comprende polimeri molto noti come il polietilene (PE) e il polipropilene (PP), ampiamente utilizzati in numerosi settori grazie alle loro eccellenti proprietà chimiche e fisiche. Le quattro varietà più diffuse di poliolefine sono il polietilene a bassa densità, il polietilene lineare a bassa densità, il polietilene ad alta densità e il polipropilene.

Non tutte le materie plastiche e non tutti i laser producono marcature identiche!

La qualità dei componenti laser, delle ottiche, delle teste di scansione e di un software versatile è determinante. I laser industriali sono superiori ai laser economici di tipo hobbistico venduti all'ingrosso dai rivenditori. I laser a basso costo presentano gravi problemi di qualità di marcatura irregolare, oltre a ottiche ed elettroniche economiche, con conseguenti variazioni della qualità del fascio e marcature non uniformi.

Alcuni siti web di rivenditori e di produttori di impianti laser utilizzano termini di tendenza sulle poliolefine per ottenere «click» e posizionamenti elevati: non sono esperti di polimeri, di coloranti e dei percorsi di interazione chimica con le diverse lunghezze d'onda laser, aspetti determinanti per ottenere una qualità di marcatura laser ottimizzata. Le soluzioni laser affidabili ed economicamente efficienti integrano la scienza dei materiali polimerici con la sorgente laser (lunghezza d'onda) ottimale.

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Domande frequenti

Perché il polipropilene è più difficile da marcare al laser rispetto al polietilene?

Le poliolefine hanno temperature di reazione superficiale diverse da quelle di altri polimeri e le soglie differiscono anche all'interno della stessa famiglia. Il polietilene reagisce generalmente con maggiore facilità, con l'HDPE come materiale più semplice in assoluto, mentre il polipropilene richiede formulazioni calibrate con maggiore attenzione.

È possibile marcare il polipropilene senza additivi?

Non secondo gli standard di contrasto richiesti in produzione. Una marcatura efficace su PP e PE richiede normalmente additivi sensibili al laser incorporati in compound coloranti ottimizzati, concentrati di colore o resine precompoundate.

I ritardanti di fiamma interferiscono con la marcatura laser delle poliolefine?

La complicano. I ritardanti di fiamma sono comuni nei prodotti per fili, cavi e isolatori e influiscono sulla corrispondenza cromatica e sulla formulazione del compound: il pacchetto di additivi per laser deve quindi essere sviluppato insieme a essi e non aggiunto in un secondo momento.

Quale durata d'impulso occorre utilizzare sulle poliolefine?

Breve. I laser a fibra MOPA all'itterbio sono da preferire perché generano gli impulsi di breve durata necessari a ottenere un contrasto scuro e chiaro resistente ai graffi. Durate d'impulso superiori a circa 100 nanosecondi tendono a causare bruciature eccessive.

A quale velocità può operare la marcatura in linea delle poliolefine?

Molto elevata. Le velocità di marcatura per i tappi di sughero da vino e per le promozioni sotto le chiusure linerless per bevande raggiungono 2.000 pezzi al minuto per testi alfanumerici e grafiche, con risultati analoghi su prodotti estrusi per il settore medicale e per fili e cavi.

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