Znakowanie laserowe polipropylenu i polietylenu

Znakowanie laserowe tworzyw sztucznych z polipropylenu i polietylenu laserami światłowodowymi

Znakowanie laserowe i grawerowanie laserowe tworzyw poliolefinowych, takich jak polipropylen i polietylen, jest trudne ze względu na właściwości tych polimerów. Istnieje przy tym wiele odmian — od homopolimerów i kopolimerów polipropylenu po HDPE, LDPE, LLDPE i inne — które z natury znakują się odmiennie. Opracowując produkt przeznaczony do znakowania laserowego, inżynierowie powinni rozważyć, który gatunek jest najlepszy pod względem właściwości użytkowych i podatności na znakowanie. Iterbowe lasery światłowodowe MOPA są idealne do znakowania tworzyw poliolefinowych, ponieważ pozwalają uzyskać krótkie szerokości impulsu, a tym samym odporny na zarysowania kontrast znakowania w kolorze ciemnym i jasnym. Szerokości impulsu przekraczające 100 ns mogą powodować nadmierne przypalanie.

Najnowsze osiągnięcia w technologii barwników, takie jak sadze techniczne i ditlenki tytanu przeznaczone specjalnie do zastosowań laserowych, a także środki porotwórcze, zapewniają najwyższą jakość kontrastu, dokładność krawędzi linii oraz największą szybkość, w tym znakowanie „w locie” (on-the-fly). Cechy te sprawiają, że są one idealne do znakowania laserowego izolacji przewodów i kabli w motoryzacji, budownictwie, medycynie, opakowaniach, instalacjach rurowych i innych zastosowaniach.

Najważniejsze wnioski

• Poliolefiny wymagają dodatków. PP i PE słabo absorbują promieniowanie bliskiej podczerwieni, dlatego materiał niemodyfikowany daje słaby kontrast przy dowolnej mocy.
• Poszczególne gatunki znakują się różnie. HDPE jest zwykle najłatwiejszy; polietylen jest na ogół łatwiejszy w znakowaniu niż polipropylen.
• Preferowane są lasery światłowodowe MOPA o krótkich szerokościach impulsu; impulsy dłuższe niż około 100 ns powodują nadmierne przypalanie.
• Występują dwa mechanizmy reakcji powierzchniowej — karbonizacja (zwęglanie) oraz zmiana chemiczna (spienianie).
• Znakowanie w linii produkcyjnej jest szybkie. Korki do wina oraz wewnętrzne strony bezuszczelkowych zamknięć znakuje się z wydajnością do 2000 sztuk na minutę.

Optymalne znakowanie laserowe. Znakowanie laserowe tworzyw sztucznych z polipropylenu i polietylenu wymaga zwykle dodatków wrażliwych na promieniowanie laserowe, wprowadzonych do zoptymalizowanych kompozycji barwiących, koncentratów barwiących lub tworzywa wstępnie skompoundowanego. W wyrobach przewodowych, kablowych i izolacyjnych powszechnie stosuje się uniepalniacze, które wpływają na dopasowanie koloru oraz na receptury kompozycji. Dodatki takie jak tlenek cyny domieszkowany antymonem oraz tritlenek antymonu nadają szarawy odcień naturalnemu (niebarwionemu), nieprzezroczystemu podłożu. Inne dodatki mogą zawierać cząstki aluminium, mieszane tlenki metali oraz związki objęte tajemnicą producenta. Korektę barwy przeprowadza się za pomocą pigmentów i barwników, aby uzyskać ostateczne dopasowanie koloru.

Przy prawidłowym wymieszaniu dodatki, kompozycje i barwniki do znakowania laserowego nie wpływają niekorzystnie na właściwości polimeru, spełniają wymagania takie jak UL, NEMA, FDA, RoHS i Yellow Card oraz nie wymagają ponownej certyfikacji. Skład chemiczny receptur zoptymalizowanych pod kątem znakowania laserowego zależy od wielu czynników, w tym od rodzaju i barwy polimeru, koloru kontrastu znakowania, rodzaju mechanizmu reakcji powierzchniowej oraz długości fali lasera. Dwa rodzaje reakcji powierzchniowych zachodzących podczas znakowania laserowego poliolefin to karbonizacja („zwęglanie”) oraz zmiana chemiczna („spienianie”).

Znakowanie laserowe „w locie” (on-the-fly) w linii produkcyjnej na wyrobach poliolefinowych zapewnia najnowocześniejsze korzyści wytwórcze. Prędkości znakowania korków do wina oraz nadruków promocyjnych na wewnętrznej stronie bezuszczelkowych zamknięć do napojów sięgają 2000 sztuk na minutę w przypadku tekstu alfanumerycznego i grafiki. Równie imponujące wyniki uzyskuje się na wytłaczanych wyrobach medycznych oraz przewodach i kablach.

Podatność poliolefin na znakowanie laserowe

Poliolefiny charakteryzują się innymi temperaturami mechanizmów reakcji powierzchniowej niż pozostałe polimery, co wymaga stosowania specjalistycznych receptur. Nawet poliolefiny z tej samej rodziny, takie jak polietylen i polipropylen, znakują się laserowo odmiennie. To jedna z przyczyn, dla których polietylen dużej gęstości jest zwykle najłatwiejszy do znakowania. Tworzywa z polietylenu są na ogół łatwiejsze do znakowania niż polipropyleny.

Poliolefiny to klasa polimerów otrzymywanych z olefin. Ta wszechstronna grupa materiałów obejmuje dobrze znane polimery, takie jak polietylen (PE) i polipropylen (PP), szeroko stosowane w wielu branżach ze względu na wyjątkowe właściwości chemiczne i fizyczne. Cztery najpopularniejsze odmiany poliolefin to polietylen małej gęstości, liniowy polietylen małej gęstości, polietylen dużej gęstości oraz polipropylen.

Nie wszystkie tworzywa sztuczne i nie wszystkie lasery dają identyczne oznaczenia!

Jakość podzespołów lasera, optyki, głowic skanujących oraz wszechstronnego oprogramowania ma kluczowe znaczenie. Lasery przemysłowe przewyższają tanie lasery hobbystyczne z hurtowni (od pośredników). Tanie lasery mają poważne problemy z niestabilną jakością znakowania, a także z tanią optyką i elektroniką, co prowadzi do wahań jakości wiązki i niejednorodnego znakowania.

Część stron internetowych pośredników i producentów urządzeń laserowych wykorzystuje popularne w internecie hasła dotyczące poliolefin, aby zdobyć „kliknięcia” i wysokie pozycje w wynikach wyszukiwania — nie są to jednak eksperci w dziedzinie polimerów, barwników i ścieżek oddziaływań chemicznych z różnymi długościami fal laserowych, które mają kluczowe znaczenie dla uzyskania optymalnej jakości znakowania laserowego. Niezawodne i opłacalne rozwiązania laserowe łączą inżynierię materiałową polimerów z optymalnym źródłem lasera (długością fali).

Prosimy o kontakt z The SABREEN Group. Zapraszamy z najtrudniejszymi wyzwaniami w zakresie znakowania laserowego!

Najczęściej zadawane pytania

Dlaczego polipropylen jest trudniejszy do znakowania laserowego niż polietylen?

Poliolefiny mają inne temperatury reakcji powierzchniowych niż pozostałe polimery, a progi te różnią się nawet w obrębie tej samej rodziny. Polietylen reaguje na ogół łatwiej, przy czym najłatwiejszy jest HDPE, natomiast polipropylen wymaga staranniej dobranych receptur.

Czy polipropylen można znakować bez dodatków?

Nie na poziomie kontrastu wymaganym w produkcji. Skuteczne znakowanie PP i PE wymaga zwykle dodatków wrażliwych na promieniowanie laserowe, wprowadzonych do zoptymalizowanych kompozycji barwiących, koncentratów barwiących lub tworzywa wstępnie skompoundowanego.

Czy uniepalniacze zakłócają znakowanie laserowe poliolefin?

Utrudniają je. Uniepalniacze są powszechnie stosowane w wyrobach przewodowych, kablowych i izolacyjnych oraz wpływają na dopasowanie koloru i recepturę kompozycji, dlatego pakiet dodatków laserowych należy opracowywać równolegle z nimi, a nie dodawać go później.

Jaką szerokość impulsu należy stosować przy poliolefinach?

Krótką. Preferowane są iterbowe lasery światłowodowe MOPA, ponieważ generują krótkie szerokości impulsu niezbędne do uzyskania odpornego na zarysowania kontrastu ciemnego i jasnego. Szerokości impulsu dłuższe niż około 100 nanosekund zwykle powodują nadmierne przypalanie.

Jak szybko może przebiegać znakowanie poliolefin w linii produkcyjnej?

Bardzo szybko. Prędkości znakowania korków do wina oraz nadruków promocyjnych na wewnętrznej stronie bezuszczelkowych zamknięć do napojów sięgają 2000 sztuk na minutę w przypadku tekstu alfanumerycznego i grafiki, a porównywalne wyniki uzyskuje się na wytłaczanych wyrobach medycznych oraz przewodach i kablach.

---