Marcação a laser de polipropileno e polietileno

Marcação a laser de plásticos de polipropileno e polietileno com lasers de fibra

A marcação a laser e a gravação a laser em plásticos poliolefínicos, como o polipropileno e o polietileno, são difíceis por causa das propriedades poliméricas desses materiais, e existem diferentes tipos — de polipropilenos homopolímeros e copolímeros a HDPE, LDPE, LLDPE e outros — que, por natureza, marcam de formas distintas. Ao desenvolver um produto que será marcado a laser, os engenheiros devem avaliar qual grade oferece o melhor desempenho e a melhor marcabilidade. Os lasers de fibra de itérbio MOPA são ideais para marcar plásticos poliolefínicos por causa da capacidade de gerar larguras de pulso curtas, que criam contraste de marcação escuro e claro resistente a riscos. Larguras de pulso longas, acima de 100 ns, podem causar queima excessiva.

Avanços recentes na tecnologia de corantes, como negros de fumo e dióxidos de titânio específicos para laser, além de agentes de expansão, proporcionam qualidade de contraste superior, definição das bordas das linhas e a maior velocidade, incluindo a marcação “on-the-fly” (em movimento). Esses atributos os tornam ideais para a marcação a laser de isolamento de fios e cabos nos setores automotivo, de construção, médico, de embalagens, de tubulações e em outras aplicações.

Principais conclusões

• As poliolefinas precisam de aditivos. PP e PE absorvem mal o infravermelho próximo, portanto o material sem modificação gera contraste fraco em qualquer potência.
• Cada grade marca de forma diferente. O HDPE costuma ser o mais fácil; o polietileno em geral é mais fácil do que o polipropileno.
• Os lasers de fibra MOPA com larguras de pulso curtas são preferíveis; pulsos acima de cerca de 100 ns causam queima excessiva.
• Aplicam-se duas reações de superfície — carbonização (“charring”) e alteração química (“foaming”, espumação).
• A marcação em linha é rápida. Rolhas de vinho e contratampas (undercaps) de fechamentos sem liner rodam a até 2.000 peças por minuto.

Marcação a laser ideal. A marcação a laser em plásticos de polipropileno e polietileno normalmente exige aditivos sensíveis ao laser incorporados a compostos de corantes otimizados, concentrados de cor ou resina pré-composta. Retardantes de chama são comumente usados em produtos de fio/cabo e isoladores e afetam a igualação de cor (colormatch) e as formulações dos compostos. Aditivos como o óxido de estanho dopado com antimônio e o trióxido de antimônio conferem um tom “acinzentado” à opacidade do substrato natural (sem coloração). Outros aditivos podem conter partículas de alumínio, óxidos metálicos mistos e compostos proprietários. Os ajustes de cor são feitos com pigmentos e corantes para obter a aparência final de igualação de cor.

Quando corretamente incorporados, os aditivos, compostos e corantes para marcação a laser não têm impacto adverso sobre as propriedades do polímero, atendem a requisitos como UL, NEMA, FDA, RoHS e Yellow Card e não exigem recertificação. Os componentes químicos das formulações otimizadas para laser são influenciados por diversos fatores, entre eles o tipo e a cor do polímero, a cor do contraste da marcação, o tipo de mecanismo de reação de superfície e o comprimento de onda do laser. Os dois tipos de reação de superfície na marcação a laser de poliolefinas são a carbonização (“charring”) e a alteração química (“foaming”, espumação).

A marcação a laser em linha, “on-the-fly”, em produtos poliolefínicos oferece vantagens de fabricação de última geração. As velocidades de marcação em rolhas de vinho e em promoções sob a tampa (undercap) de fechamentos de bebidas sem liner chegam a 2.000 peças por minuto para textos alfanuméricos e gráficos. Resultados igualmente expressivos são obtidos em produtos médicos e de fio/cabo extrudados.

Marcabilidade a laser das poliolefinas

As poliolefinas têm temperaturas de mecanismo de reação de superfície diferentes das de outros polímeros, o que exige o uso de formulações especializadas. Mesmo poliolefinas da mesma família, como o polietileno e o polipropileno, marcam a laser de formas distintas. Essa é uma das razões pelas quais o polietileno de alta densidade costuma ser o mais fácil de marcar. Os plásticos de polietileno em geral são mais fáceis de marcar do que os polipropilenos.

Poliolefina é uma classe de polímeros formados a partir de olefinas. Esse grupo versátil de materiais inclui polímeros bem conhecidos como o polietileno (PE) e o polipropileno (PP), amplamente utilizados em diversos setores por causa de suas excelentes propriedades químicas e físicas. As quatro variedades mais populares de poliolefinas são o polietileno de baixa densidade, o polietileno linear de baixa densidade, o polietileno de alta densidade e o polipropileno.

Nem todos os plásticos e lasers produzem marcas idênticas!

A qualidade dos componentes do laser, das ópticas, dos cabeçotes de varredura e de um software versátil é decisiva. Os lasers industriais são superiores aos lasers baratos de atacado (revendedores), do tipo hobby. Lasers baratos apresentam problemas sérios de qualidade de marcação irregular, além de ópticas e eletrônica de baixo custo, o que resulta em variações na qualidade do feixe e em marcação inconsistente.

Alguns sites de revendedores e fabricantes de equipamentos a laser usam termos da moda na internet sobre poliolefinas para conquistar “cliques” e boas posições nos buscadores — eles não são especialistas em polímeros, corantes e nas rotas de interação química com os diversos comprimentos de onda de laser, que são decisivas para obter qualidade de marcação a laser otimizada. Soluções a laser robustas e economicamente eficientes integram a ciência dos materiais poliméricos à fonte laser ideal (comprimento de onda).

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Perguntas frequentes

Por que o polipropileno é mais difícil de marcar a laser do que o polietileno?

As poliolefinas têm temperaturas de reação de superfície diferentes das de outros polímeros e, mesmo dentro da família, os limiares variam. O polietileno em geral reage com mais facilidade, sendo o HDPE o mais fácil de todos, enquanto o polipropileno exige formulações ajustadas com mais cuidado.

O polipropileno pode ser marcado sem aditivos?

Não com o padrão de contraste exigido em produção. A marcação eficaz em PP e PE normalmente requer aditivos sensíveis ao laser incorporados a compostos de corantes otimizados, concentrados de cor ou resina pré-composta.

Os retardantes de chama interferem na marcação a laser de poliolefinas?

Eles complicam o processo. Os retardantes de chama são comuns em produtos de fio, cabo e isoladores e afetam a igualação de cor e a formulação do composto, de modo que o pacote de aditivos para laser precisa ser desenvolvido junto com eles, e não acrescentado depois.

Qual largura de pulso deve ser usada em poliolefinas?

Curta. Os lasers de fibra de itérbio MOPA são preferidos porque produzem as larguras de pulso curtas necessárias para obter contraste escuro e claro resistente a riscos. Larguras de pulso maiores que cerca de 100 nanossegundos tendem a causar queima excessiva.

Quão rápida pode ser a marcação de poliolefinas em linha?

Muito rápida. As velocidades de marcação em rolhas de vinho e em promoções sob a tampa (undercap) de fechamentos de bebidas sem liner chegam a 2.000 peças por minuto para textos alfanuméricos e gráficos, com resultados comparáveis em produtos médicos e de fio e cabo extrudados.

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