ポリプロピレン・ポリエチレンのレーザーマーキング｜ファイバーレーザー

ファイバーレーザーを用いたポリプロピレン・ポリエチレン樹脂へのレーザーマーキング

ポリプロピレンやポリエチレンをはじめとするポリオレフィン系プラスチックへのレーザーマーキングおよびレーザー彫刻は、そのポリマー特性のために難易度が高い加工です。また、ホモポリマーおよびコポリマーのポリプロピレンから、HDPE、LDPE、LLDPEなどに至るまでさまざまな種類があり、それぞれ本質的にマーキング挙動が異なります。レーザーマーキングを前提とした製品を開発する際、技術者は性能とマーキング適性の両面から、どのグレードが最適かを検討する必要があります。MOPA方式のイッテルビウムファイバーレーザーは、短いパルス幅を発生させて耐擦傷性のある濃色・淡色のマーキングコントラストを形成できるため、ポリオレフィン系プラスチックのマーキングに最適です。100nsを超える長いパルス幅は、過度な焼損を引き起こすおそれがあります。

レーザーマーキング専用のカーボンブラックや二酸化チタン、さらには発泡剤といった着色剤技術の近年の進歩により、優れたコントラスト品質、線エッジの精細さ、そして「オンザフライ（走間）」マーキングを含む最速レベルの加工速度が実現できます。これらの特長により、自動車、建設、医療、包装、配管などの用途で使用される電線・ケーブル被覆へのレーザーマーキングに最適です。

重要ポイント

• ポリオレフィンには添加剤が不可欠です。PPとPEは近赤外光の吸収が乏しいため、未改質のままではどれだけ出力を上げてもコントラストは弱いままです。
• グレードによってマーキング挙動が異なります。一般にHDPEが最もマーキングしやすく、ポリエチレンはポリプロピレンよりもマーキングが容易です。
• 短いパルス幅が得られるMOPAファイバーレーザーが推奨されます。約100nsを超えるパルスでは、過度な焼損が生じます。
• 表面反応には2つの種類があります。炭化（チャーリング）と化学変化（発泡）です。
• インラインマーキングは高速です。ワインコルクやライナーレスキャップのアンダーキャップでは、最大で毎分2,000個の処理が可能です。

最適なレーザーマーキング。ポリプロピレンおよびポリエチレン樹脂へのレーザーマーキングでは通常、最適化された着色コンパウンド、カラーコンセントレート、またはプレコンパウンド材にレーザー感応性添加剤を配合する必要があります。電線・ケーブルや絶縁部品では難燃剤が一般的に使用されており、これがカラーマッチングやコンパウンド配合に影響します。アンチモンドープ酸化スズや三酸化アンチモンなどの添加剤は、ナチュラル（未着色）基材の不透明度に「グレーがかった」色調を与えます。そのほかの添加剤には、アルミニウム粒子、複合金属酸化物、独自配合の化合物が含まれる場合があります。最終的なカラーマッチングの外観を得るため、顔料や染料を用いて色調整を行います。

適切に配合されていれば、レーザーマーキング添加剤、コンパウンド、着色剤がポリマー特性に悪影響を及ぼすことはなく、UL、NEMA、FDA、RoHS、Yellow Cardなどの要求事項を満たし、再認証も不要です。レーザー最適化配合の化学組成は、ポリマーの種類と色、マーキングコントラストの色、表面反応メカニズムの種類、レーザー波長など、さまざまな要因の影響を受けます。ポリオレフィンへのレーザーマーキングにおける表面反応は、炭化（チャーリング）と化学変化（発泡）の2種類です。

ポリオレフィン製品へのインライン「オンザフライ（走間）」レーザーマーキングは、最先端の生産上の優位性をもたらします。ワインコルクや、ライナーレス飲料キャップのアンダーキャップ販促印字では、英数字テキストおよびグラフィックスを毎分2,000個の速度でマーキングできます。押出成形された医療用製品や電線・ケーブル製品でも、同様に優れた結果が得られています。

ポリオレフィンのレーザーマーキング適性

ポリオレフィンは、他のポリマーとは表面反応メカニズムの温度域が異なるため、専用の配合設計が必要になります。ポリエチレンとポリプロピレンのように同じ系統に属するポリオレフィンであっても、レーザーマーキングの挙動は異なります。高密度ポリエチレンが一般に最もマーキングしやすいとされるのは、これが理由の一つです。ポリエチレン系樹脂は、ポリプロピレン系樹脂よりも一般にマーキングが容易です。

ポリオレフィンとは、オレフィンから生成されるポリマーの総称です。この汎用性の高い材料群には、ポリエチレン（PE）やポリプロピレン（PP）といった代表的なポリマーが含まれ、優れた化学的・物理的特性から幅広い業界で使用されています。ポリオレフィンの中で最も普及している4種類は、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、そしてポリプロピレンです。

すべてのプラスチックとレーザーが同一のマーキング結果を生むわけではありません。

レーザーの構成部品、光学系、スキャンヘッド、そして柔軟性の高いソフトウェアの品質が決定的に重要です。産業用レーザーは、安価な卸売（リセラー）品やホビー向けのレーザーよりも優れています。安価なレーザーはマーキング品質が不安定という深刻な問題を抱えており、光学系や電子部品も低コスト品であるため、ビーム品質のばらつきやマーキングの不均一を招きます。

レーザー機器のリセラーやメーカーのウェブサイトの中には、「クリック」数や検索順位を稼ぐために、ポリオレフィンに関する流行の言葉を並べているものがあります。そうした事業者は、最適なレーザーマーキング品質を得るうえで決定的に重要となる、ポリマー、着色剤、および各種レーザー波長との化学的相互作用の経路に関する専門家ではありません。堅牢で費用対効果の高いレーザーソリューションは、ポリマー材料科学と最適なレーザー光源（波長）を統合することで実現します。

The SABREEN Groupにお問い合わせください。最も困難なレーザーマーキングの課題をぜひお寄せください。

よくあるご質問

ポリプロピレンがポリエチレンよりもレーザーマーキングしにくいのはなぜですか？

ポリオレフィンは他のポリマーとは表面反応温度が異なり、同じポリオレフィン系の中でもそのしきい値は異なります。一般にポリエチレンのほうが反応しやすく、なかでもHDPEが最も容易です。一方、ポリプロピレンにはより緻密に適合させた配合設計が必要です。

添加剤なしでポリプロピレンにマーキングできますか？

量産で求められるコントラスト基準を満たすことはできません。PPおよびPEへの効果的なマーキングには通常、最適化された着色コンパウンド、カラーコンセントレート、またはプレコンパウンド樹脂にレーザー感応性添加剤を配合する必要があります。

難燃剤はポリオレフィンのレーザーマーキングに影響しますか？

難燃剤は工程を複雑にします。難燃剤は電線・ケーブルや絶縁部品で広く使用されており、カラーマッチングやコンパウンド配合に影響します。そのため、レーザー用添加剤のパッケージは後から追加するのではなく、難燃剤と併せて設計する必要があります。

ポリオレフィンにはどのようなパルス幅を用いるべきですか？

短いパルス幅が適しています。MOPA方式のイッテルビウムファイバーレーザーは、耐擦傷性のある濃色・淡色のコントラストに必要な短いパルス幅を発生できるため推奨されます。約100ナノ秒を超えるパルス幅では、過度な焼損が生じやすくなります。

インラインでのポリオレフィンのマーキングは、どの程度の速度で運用できますか？

非常に高速です。ワインコルクやライナーレス飲料キャップのアンダーキャップ販促印字では、英数字テキストやグラフィックスのマーキング速度が毎分2,000個に達し、押出成形された医療用製品や電線・ケーブル製品でも同等の結果が得られます。

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