ポリフェニレンサルファイド（PPS）のレーザーマーキング・彫刻・エッチング

産業用MOPAファイバーレーザーによるPPSのレーザーマーキング

PPS（ポリフェニレンサルファイド）へのレーザーマーキングおよび彫刻は、レーザー加熱時の高温耐性により大きな課題があります。レーザー専用カーボンブラックやファイバーレーザーなど、着色剤技術の最近の進歩により、Yellow Card認証を取得したガラス繊維充填の黒色PPSに対して、高コントラストで明るい色調の耐擦傷性マーキングが可能になりました。この技術革新により、自動車、航空宇宙／NASA MIL電子機器、排出ガス制御システム、ポンプ・バルブ、家電、タンクなど、多岐にわたる業界でデータマトリクス、バーコード、QRコード、固有部品識別のマーキングおよびマイクロマーキングが可能です。イッテルビウムファイバーレーザーの構成および光学部品には、耐久性が高く耐擦傷性に優れた高コントラストのマーキングを実現するための精密さが求められます。

PPSに最適なレーザーマーキングプロセス。ガラス繊維充填の黒色PPSに耐擦傷性・高コントラスト・明るい色調のマーキングを施すには、パルス幅と集光パワー密度を精密に制御できるMOPAイッテルビウムファイバーレーザーが優れています。この精密さにより、1060〜1070nmの近赤外波長域における表面の化学発泡プロセスをより高度に制御できます。最適なパルス幅は20〜40ナノ秒の範囲で、パルス周波数は100kHzを超えることが望まれます。立ち上がり・立ち下がり時間を含む表面温度の制御には、精密なレーザー設定が不可欠であり、これを実現できない場合、マーキングが容易に剥離するおそれがあります。

PPSなどのガラス繊維充填ポリマーで高品質なレーザーマーキングを実現するには、堅実な射出成形技術と、レーザー用途に最適化された着色剤およびプリコンパウンド材料の効果的な分散・分布が必要です。ガラス繊維の配合は成形プロセスに悪影響を及ぼすことがあり、その結果レーザーマーキングの品質にも影響します。樹脂含有率の高い表面は、耐久性のあるマーキングを実現する上で極めて重要です。ガラス繊維の濃度が高い表面では、マーキング結果が最適とはなりません。

産業用レーザーマーキングの専門家

プラスチックレーザーマーキングのためのワンストップ総合ソリューション — 材料科学からカスタムシステムインテグレーションまで

技術サービス

カスタムレーザーカラーマッチ配合剤・コンパウンド、規制対応、試作サンプル（マスターバッチ）、プリコンパウンド材料（プレカラー）、レーザーラミネート。
レーザー装置システム設計、ターンキーのシステムインテグレーションおよびトレーニング、マシンビジョン、カスタムHMI、プロセス文書化。
現地での問題解決（世界各地対応）、レーザープロセス分析およびシステム最適化、カスタムベクターアートワーク。
レーザー安全認証、設計およびCDRHクラス1エンクロージャーを含む完全対応、社内監査のためのレーザー安全管理者（LSO）。
プラスチック射出成形および分析評価、モールドフロー解析、添加剤・着色剤の分散／分布。
ジョブショップマーキングサービス

ガラス繊維充填ポリマーのレーザーマーキングの重要性－射出成形工程の重要性。標準的なプラスチックの構造性能を向上させるため、ガラス繊維の配合が用いられます。ガラス繊維の製造に使用される材料には、シリカ、石灰石、ソーダ灰があります。「グラスエマージェンス（ガラス浮き出し）」は、ガラス繊維充填の射出成形品によく見られる重大な表面欠陥です。ガラス繊維の露出により、表面がガラス繊維に富んだ状態になります。プラスチック溶融材の充填および成形の過程で、表面に過剰なガラス繊維が蓄積します。凝縮および成形のメカニズムを経て、表面に白い痕跡が現れます。レーザーのエネルギーがポリマーマトリクスと相互作用するため、高品質なマーキングを実現するには成形品の表面が「樹脂リッチ」である必要があります。一方、ガラス繊維含有率の高い表面はマーキング特性が劣り、繊維含有率が高くなるほどこの問題は悪化します。ガラス繊維は近赤外線（NIR）レーザー光の吸収特性が限定的です。

ガラス繊維充填ポリマーのレーザーマーキングの重要性－射出成形工程の重要性

レーザーによって作成される装飾的・機能的マーキング（部品識別、回路図、データマトリクス、バーコードなど）は、完全に判読可能である必要があります。マーキングの品質は、ポリマー、添加剤・着色剤、射出成形プロセス、レーザー光源に左右されます。判読性を損なう成形ポリマー表面の問題は、製品の安全性、性能、機能に影響を及ぼすことがあります。

ポリフェニレンサルファイド（PPS）とは？

ポリフェニレンサルファイド（PPS）は、高耐熱性の半結晶性エンジニアリング熱可塑性樹脂です。業界内では、PPSは金属のような性能を発揮する「究極のプラスチック」として知られています。PEEKやLCPなど他の高耐熱性プラスチックと同様に、PPSの特性は結晶化挙動に依存します。PPSには「分岐（ブランチ）」型分子構造と「直鎖（リニア）」型という2つの異なるタイプが販売されています。代表的なブランドには、セラニーズ社のFortron®、ソルベイ社のRyton®、SABIC社のSupec、東レのトレリナ、DIC社のPPSなどがあります。分岐型は剛性が高くなる傾向があります。直鎖型は一般に機械強度・曲げ強度に優れ、溶融安定性も高くなります。また、直鎖型PPSはイオン性不純物が少ない特徴もあります。標準PPSに30%・40%のガラス繊維充填や、ガラス繊維・鉱物混合材を組み合わせることで、特殊かつ高度な用途に対応できます。電子機器メーカーは、絶縁部品やコネクター製品に40%ガラス繊維充填PPSを選定することが一般的です。

Celanese Fortron®

PPSのレーザーマーキングに関するよくある質問

ポリフェニレンサルファイド（PPS）とは何ですか？ポリフェニレンサルファイド（PPS）は、高耐熱性・半結晶性の特性で知られるエンジニアリング熱可塑性樹脂です。プラスチック業界では、PPSは金属に匹敵する性能を発揮するプラスチックとして知られるようになりました。PEEKやLCPなど他の高耐熱性プラスチックと同様に、PPSの特性は結晶化挙動の影響を受けます。「分岐（ブランチ）」型分子構造と「直鎖（リニア）」型という2つの独自のタイプがあります。代表的なブランドには、セラニーズ社のFortron®、ソルベイ社のRyton®、SABIC社のSupec、東レのトレリナ、DIC社のPPSなどがあります。分岐型は剛性が高くなる傾向があります。直鎖型は一般に機械強度・曲げ強度に優れ、溶融安定性も高くなります。また、直鎖型PPSはイオン性不純物が少ない特徴もあります。標準PPSに30%・40%のガラス繊維充填や、ガラス繊維・鉱物混合材を組み合わせることで、特殊かつ高度な用途に対応できます。電子機器メーカーは、絶縁部品やコネクター製品に40%ガラス繊維充填PPSを選定することが一般的です。

黒色PPSに明るい色調のレーザーマーキングコントラストを実現することは可能ですか？はい、可能です。レーザー専用カーボンブラックやファイバーレーザーなど、着色剤技術の新たな進歩により、Yellow Card認証を取得したガラス繊維充填の黒色PPSに対して、高コントラストで明るい色調の耐擦傷性マーキングが可能になりました。この進歩により、データマトリクス、バーコード、QRコード、固有部品識別のマーキングが可能です。

PPSのマーキングに最適なレーザーの種類は何ですか？パルス幅とパワー密度を精密に制御できるため、プラスチックマーキング用のMOPAファイバーレーザーが理想的です。この精密さにより、表面の化学発泡プロセスをより高度に制御できます。表面温度を制御する上で、精密なレーザー設定が重要です。

プラスチックマーキング用MOPAファイバーレーザー

レーザー添加剤はどのように機能しますか？

ガラス繊維はレーザーマーキングに影響しますか？

はい、ガラス繊維はレーザーマーキングに影響します。ガラス繊維の製造に使用される材料は、シリカ、石灰石、ソーダ灰です。シリカはガラスを形成する主原料であり、ソーダ灰と石灰石は溶融温度を下げるために使用されます。「グラスエマージェンス（ガラス浮き出し）」は、ガラス繊維充填の射出成形品によく見られる重大な表面欠陥です。ガラス繊維の露出により、表面がガラス繊維に富んだ状態になります。プラスチック溶融材の充填および成形の過程で、表面に過剰なガラス繊維が形成されます。凝縮および成形の後、表面に白い痕跡が現れます。レーザーのエネルギーがポリマーマトリクスと相互作用するため、高品質なマーキングを実現するには成形品の表面が「樹脂リッチ」である必要があります。一方、ガラス繊維に富んだ表面はマーキング特性が劣り、繊維含有率が高くなるほどこの問題は悪化します。ガラス繊維自体は、近赤外線（NIR）レーザー光の吸収性に優れているとは言えません。

25%ガラス繊維充填ポリアミドにおけるグラスエマージェンス欠陥（写真提供：Topworks Plastic Mold）

高品質なマーキングを実現するには、着色剤・添加剤の均一な分布／分散が、樹脂リッチな表面と同様に重要です。分布／分散の問題の有無を確認するには、部品表面全体を連続的にマーキング／スキャンするようレーザーを設定することが推奨されます。結果は（左から右へ）優れた黒地に金色のクロママーキングを示す成形ペン（左）、クロマ分布が不良な中央の2枚、そして均一な分布に優れた右端の画像を示しています。

ABS射出成形のボールペン

ポリフェニレンサルファイド（PPS）プラスチックとは？

ポリフェニレンサルファイド（PPS）は、高耐熱性の半結晶性エンジニアリング熱可塑性樹脂です。業界内では、PPSは金属のような性能を発揮する「究極のプラスチック」として知られています。PEEKやLCPなど他の高耐熱性プラスチックと同様に、PPSの特性は結晶化挙動に依存します。PPSには2つの異なるタイプが販売されています。

「分岐（ブランチ）」型分子構造と「直鎖（リニア）」型です。代表的なブランドには、セラニーズ社のFortron®、ソルベイ社のRyton®、SABIC社のSupec、東レのトレリナ、DIC社のPPSなどがあります。分岐型は剛性が高くなる傾向があります。直鎖型は一般に機械強度・曲げ強度に優れ、溶融安定性も高くなります。また、直鎖型PPSはイオン性不純物が少ない特徴もあります。標準PPSに30%・40%のガラス繊維充填や、ガラス繊維・鉱物混合材を組み合わせることで、特殊かつ高度な用途に対応できます。完全な結晶状態を実現するには、少なくとも華氏275〜300度（摂氏約135〜149度）の金型温度が必要です。

PPSを華氏275度未満で成形すると、成形品は非晶質または半結晶状態となり、より高い使用温度にさらされるまでその状態を維持します。使用温度が成形温度を上回ると、部品はより結晶化が進み、寸法や特性の変化が生じます。

完全な結晶状態を実現するには、少なくとも華氏275〜300度の金型温度が必要です。PPSを華氏275度未満で成形すると、成形品は非晶質または半結晶状態となり、より高い使用温度にさらされるまでその状態を維持します。使用温度が成形温度を上回ると、部品はより結晶化が進み、寸法や特性の変化が生じます。