เทคโนโลยีขั้นสูงสำหรับการตกแต่งพอลิเอทิลีน

เทคโนโลยีขั้นสูงสำหรับการตกแต่งพอลิเอทิลีน

พอลิเอทิลีน (PE) เป็นหนึ่งในพอลิเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด และจำแนกตามความหนาแน่นและการแตกกิ่ง ชนิดของ PE ส่งผลอย่างมากต่อความง่ายหรือยากของกระบวนการขั้นที่สอง ชนิดที่พบมากที่สุดคือ LDPE, HDPE และแบบครอสลิงก์ ผลิตภัณฑ์ PE ยึดติดและตกแต่งได้ยากเนื่องจากสมบัติทางเคมี กายภาพ และความไม่ชอบน้ำของพื้นผิว บทความนี้กล่าวถึงกระบวนการขั้นที่สองที่ทันสมัยเพื่อให้ได้การยึดติด การเคลือบ การพิมพ์อิงก์เจ็ท และการมาร์กด้วยเลเซอร์บน PE ที่เหนือกว่า

ขั้นตอนแรกสู่กระบวนการขั้นที่สองที่แข็งแกร่งคือการทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างชนิดของ PE ทั้งแบบแตกกิ่ง แบบเส้นตรง และแบบครอสลิงก์ แม้ PE จะไม่ดูดความชื้น แต่ก็ไม่เปียกน้ำและมีพลังงานอิสระของพื้นผิวต่ำ ซึ่งอาจลดลงอีกจากการมีวัสดุที่ถูกออกซิไดซ์ซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ เม็ดสีโลหะออกไซด์ผสมอนินทรีย์อาจส่งผลต่อระดับความเป็นผลึกและความเร็วของการเกิดผลึก ซึ่งเป็นตัวกำหนดสมบัติสุดท้ายของชิ้นส่วนพลาสติก กระบวนการขึ้นรูปขั้นแรกและอัตราการทำให้เย็นมีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดการยึดเกาะระหว่างผิวหน้าของพอลิโอเลฟิน

ประเด็นสำคัญ

• ชนิดของ PE เป็นตัวกำหนดความยาก LDPE HDPE และแบบครอสลิงก์มีพฤติกรรมต่างกันในทุกกระบวนการขั้นที่สอง
• โดยทั่วไป HDPE ยึดติดและมาร์กด้วยเลเซอร์ได้ง่ายกว่า LDPE ส่วนใหญ่เพราะความแตกต่างด้านเสถียรภาพทางความร้อน
• เฟลมพลาสมาให้อายุการเก็บรักษาหลังปรับสภาพนานที่สุดสำหรับพอลิโอเลฟิน เนื่องจากความลึกของการปรับสภาพตื้นเพียง 5–10 nm
• Pyrosil ไม่ใช่การปรับสภาพด้วยเปลวไฟ แต่เป็นการเคลือบ SiO2 หนา 5–100 nm ด้วย CVD แบบเผาไหม้ และเปลวไฟเป็นสีชมพูไม่ใช่สีฟ้า
• PE ที่ไม่มีสารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์จะมาร์กได้เกือบอ่านไม่ออก เพราะไม่มีการดูดกลืนที่ 1060–1070 nm

คำถามที่พบบ่อย

เหตุใดพอลิเอทิลีนจึงตกแต่งได้ยากนัก

PE เป็นวัสดุไม่ชอบน้ำ ไม่มีขั้ว และเฉื่อยทางเคมี มีพลังงานอิสระของพื้นผิวต่ำ และพลังงานนี้ยิ่งลดลงเมื่อมีวัสดุที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ เช่น สารช่วยถอดแบบ สารต้านอนุมูลอิสระ สารพลาสติไซเซอร์ สารลื่น สารป้องกันไฟฟ้าสถิต สารให้สี และสารเสถียร ที่เคลื่อนย้ายมายังพื้นผิว

HDPE หรือ LDPE ใช้งานง่ายกว่ากัน

โดยทั่วไปคือ HDPE สายโซ่ของ LDPE เป็นแบบแตกกิ่ง ขณะที่ HDPE มีโครงสร้างที่เป็นผลึกมากกว่า และการวิเคราะห์ทางความร้อนที่มีการเผยแพร่พบว่า LDPE มีเสถียรภาพทางความร้อนน้อยกว่า HDPE ความแตกต่างนี้ทำให้ HDPE ทั้งยึดติดและมาร์กด้วยเลเซอร์ได้ง่ายกว่า

การปรับสภาพแบบใดให้อายุการเก็บรักษานานที่สุดบนพอลิโอเลฟิน

เฟลมพลาสมา งานศึกษาแสดงว่าการปรับสภาพด้วยเปลวไฟบนพอลิโอเลฟินให้อายุการเก็บรักษาหลังปรับสภาพนานที่สุด อันเป็นผลจากความลึกของการปรับสภาพที่ค่อนข้างตื้น คือ 5 ถึง 10 nm จากพื้นผิว

มาร์กพอลิเอทิลีนด้วยเลเซอร์โดยไม่ใช้สารเติมแต่งได้หรือไม่

ไม่เกิดประโยชน์ การมาร์ก PE โดยไม่มีสารเติมแต่งให้รอยมาร์กที่เกือบอ่านไม่ออก เช่นเดียวกับเทอร์โมพลาสติกจำนวนมาก เพราะพอลิเมอร์แทบไม่มีการดูดกลืนที่ 1060 ถึง 1070 nm สารเติมแต่ง สารตัวเติม เม็ดสี และสีย้อมคือสิ่งที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนสีเฉพาะจุดได้

สารเคลือบ UV บ่มตัวบน PE ได้เร็วเพียงใด

โดยทั่วไปใช้เวลาเพียง 3 ถึง 10 วินาที เมื่อบ่มแล้ว ชิ้นงานที่ตกแต่งพร้อมบรรจุได้ทันที และสารเคลือบบ่มด้วย UV โดดเด่นด้านความเหนียวและความทนทานต่อสารเคมี โดยมีสูตรที่รองรับความทนทานภายนอกอาคารในระยะยาว

พอลิเอทิลีน

PE เป็นเทอร์โมพลาสติกกึ่งผลึกที่มีความแปรผัน อยู่ในตระกูลพอลิโอเลฟิน และจำแนกตามความหนาแน่นและการแตกกิ่ง การใช้งานหลัก ได้แก่ บรรจุภัณฑ์ ยานยนต์ ไฟฟ้า สินค้าอุปโภคบริโภค เส้นใยและสิ่งทอ และท่อและข้อต่อ สมบัติเชิงกลของ PE ขึ้นอยู่กับตัวแปรอย่างมาก เช่น ระดับและชนิดของการแตกกิ่ง โครงสร้างผลึก และน้ำหนักโมเลกุล PE ผลิตจากการเกิดพอลิเมอร์แบบเติมหรือแบบอนุมูลอิสระของมอนอเมอร์เอทิลีน (โอเลฟิน)

คุณลักษณะสำคัญของ PE คือสามารถปรับเปลี่ยนได้ง่ายระหว่างการแปรรูปเพื่อให้ได้รูปแบบที่หลากหลาย ซึ่งต่างกันตามความยาวสายโซ่พอลิเมอร์ ความหนาแน่น และความเป็นผลึก คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้ผลิตภัณฑ์ PE ปรับแต่งให้เหมาะกับการใช้งานได้หลากหลาย ชนิดของพอลิเอทิลีนที่พบมากที่สุดมีดังต่อไปนี้

แบบแตกกิ่ง

• พอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE)
• พอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำแบบเส้นตรง (LLDPE)
• แบบเส้นตรง

พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE)

• พอลิเอทิลีนน้ำหนักโมเลกุลสูงยิ่ง (UHMWPE)
• พอลิเอทิลีนแบบครอสลิงก์ (PEX หรือ XLPE)

PE ยังมีชนิดอื่น ๆ เช่น แต่ไม่จำกัดเพียง พอลิเอทิลีนความหนาแน่นปานกลาง (MDPE) พอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำพิเศษ (ULDPE) พอลิเอทิลีนน้ำหนักโมเลกุลสูง (HMWPE) พอลิเอทิลีนเมทัลโลซีน (mPE) และพอลิเอทิลีนคลอริเนต (CPE)

ความแตกต่างระหว่าง HDPE และ LDPE

ชนิดของ PE ที่นักออกแบบเลือกเป็นตัวกำหนดอย่างมากว่ากระบวนการขั้นที่สองจะง่ายหรือยาก LDPE และ HDPE มีลักษณะร่วมกันหลายประการ แต่องค์ประกอบภายในที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานทำให้เกิดความแตกต่างมากมาย สายพอลิเมอร์ที่ประกอบเป็นวัสดุทั้งสองเป็นแบบแตกกิ่งใน LDPE ขณะที่ใน HDPE พอลิเมอร์มีโครงสร้างที่เป็นผลึกมากกว่า HDPE ไวต่อการแตกร้าวจากความเค้นสิ่งแวดล้อมมากกว่า ความแตกต่างของการจัดเรียงพอลิเมอร์ทำให้วัสดุแต่ละชนิดมีลักษณะเฉพาะที่ต่างกัน งานศึกษาที่ตีพิมพ์ใน Journal of Applied Polymer Science ซึ่งประเมินสมบัติทางความร้อนพบว่า LDPE มีเสถียรภาพทางความร้อนน้อยกว่า HDPE1 งานที่ The Sabreen Group ดำเนินการสนับสนุนข้อสรุปนี้ว่า HDPE มีเสถียรภาพทางความร้อนมากกว่า LDPE และมักยึดติดและมาร์กด้วยเลเซอร์ได้ง่ายกว่า²

การยึดเกาะ

การยึดติดด้วยแรงยึดเกาะที่แข็งแรงเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นของกระบวนการขั้นที่สองหลายอย่าง PE กึ่งผลึกทำให้เปียกได้ยากเนื่องจากสมบัติไม่ชอบน้ำและพลังงานอิสระของพื้นผิวต่ำ ซึ่งอาจลดลงอีกจากการมี LMWOM เช่น สารช่วยถอดแบบ สารต้านอนุมูลอิสระ สารพลาสติไซเซอร์ สารลื่น สารป้องกันไฟฟ้าสถิต สารให้สีและเม็ดสี และสารเสถียร นอกจากองค์ประกอบทางเคมีของพื้นผิวแล้ว พื้นผิวสัมผัส ความพรุน และสิ่งปนเปื้อนหรือชั้นกั้นของ LMWOM ที่เคลือบและเคลื่อนมาที่ผิววัสดุรองรับ หรือสิ่งปนเปื้อนจากการจับต้อง ก็อาจส่งผลต่อความสามารถของของเหลวในการไหลและสัมผัสอย่างใกล้ชิด ความสะอาดของพื้นผิวเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง นอกจากการยึดเกาะทางเคมีแล้ว ความหยาบของพื้นผิวยังเพิ่มการยึดเกาะเชิงกลได้ โดยทั่วไปต้องมีการปรับสภาพสำหรับการยึดติดชิ้นส่วน PE การปรับสภาพด้วยพลาสมาเป็นวิธีที่นิยมใช้

แม้ทำความสะอาดสิ่งปนเปื้อนแล้ว พื้นผิว PE ก็ยังอาจต้านการเปียกของของเหลว (กาว สารเคลือบ หรือหมึก) ได้ ซึ่งเกิดจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่าพลังงานพื้นผิว พลังงานพื้นผิวคือพลังงานส่วนเกินที่มีอยู่ที่พื้นผิวของของแข็งเมื่อเทียบกับภายในเนื้อวัสดุ พลังงานส่วนเกินนี้เกิดขึ้นเพราะโมเลกุลที่พื้นผิวไม่สามารถทำอันตรกิริยากับโมเลกุลข้างเคียงชนิดเดียวกันได้มากเท่าโมเลกุลภายในเนื้อวัสดุ จึงมีพลังงานอันตรกิริยาส่วนเกิน

การปรับสภาพด้วยพลาสมา

มีอะไรใหม่ พลาสมาความดันบรรยากาศพร้อมการควบคุมกำลังแบบปรับค่าได้สูงสุด 500W และพื้นที่ปรับสภาพขนาดใหญ่ขึ้น ผลิตโดย 3DT LLC PlasmaDyne Pro ผู้นำอุตสาหกรรม นวัตกรรมเหล่านี้ช่วยควบคุมกำลังได้อย่างแม่นยำสำหรับการทำให้พลาสมาบริสุทธิ์สูงแตกตัวเป็นไอออน สำหรับระบบอินไลน์และระบบอัตโนมัติ (หุ่นยนต์)

การออกซิเดชันพื้นผิวด้วยพลาสมาแบบ "กลอว์ดิสชาร์จ" ในวัฏภาคแก๊ส (การปรับเปลี่ยนพื้นผิว) มีประสิทธิภาพสูงมากในการแก้ปัญหาการยึดเกาะของพื้นผิวพอลิเมอร์ที่ไม่มีขั้ว เฉื่อยทางเคมี และไม่ชอบน้ำ กระบวนการที่รู้จักกันทั่วไป ได้แก่ พลาสมาความดันบรรยากาศ เฟลมพลาสมา Pyrosil® การปรับสภาพด้วยโคโรนา พลาสมาอากาศจากการปล่อยประจุไฟฟ้า พลาสมาแก๊สเย็น RF ความดันต่ำ และ UV/โอโซน ทุกกระบวนการเหล่านี้เพิ่มหมู่ฟังก์ชันทางเคมีนอกเหนือจากการเพิ่มพลังงานพื้นผิว อ้างอิงบทความทางเทคนิคออนไลน์ “Plasma Surface Pretreatments of Polymers for Improved Adhesion Bonding”, Plastics Decorating Magazine 2018.

เอกสารนี้ศึกษากระบวนการปรับสภาพด้วยพลาสมาสามแบบที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการปรับสภาพแบบอินไลน์หรือขั้นที่สองของชิ้นส่วน PE และพอลิโอเลฟินทุกชนิด ได้แก่ 1) พลาสมาความดันบรรยากาศ 2) เฟลมพลาสมา และ 3) Pyrosil® ภาพที่ 1 กระบวนการใดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานหนึ่ง ๆ ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงชนิดของพอลิเมอร์ ความหนาของชิ้นงาน และรูปทรง

พลาสมาความดันบรรยากาศ

พลาสมาความดันบรรยากาศหรือพลาสมาไอออนเป่าด้วยไฟฟ้าใช้ขั้วไฟฟ้าหัวฉีดที่ขับด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงเพิ่มแรงดัน ร่วมกับอากาศอัดแรงดันสูง โดยพลาสมาความเข้มสูงเกิดขึ้นภายในหัวปรับสภาพและพุ่งออกไปด้านนอก การเกิดโอโซนอยู่ในระดับเล็กน้อยมาก กระบวนการปรับสภาพนี้แทบไม่มีศักย์ไฟฟ้า (สำหรับการปรับสภาพวัสดุนำไฟฟ้ารวมถึงโลหะ) และสามารถกำจัดสิ่งสกปรก เศษวัสดุ และไฮโดรคาร์บอนส่วนใหญ่ออกจากวัสดุรองรับ งานวิจัยล่าสุดชี้ว่าการกัดผิวอย่างละเอียดสามารถสร้างลักษณะภูมิประเทศพื้นผิวใหม่เพื่อเพิ่มการยึดติดเชิงกล

การปรับสภาพด้วยเฟลมพลาสมา

การปรับสภาพด้วยเฟลมพลาสมาใช้สปีชีส์ที่ว่องไวสูงในการเผาไหม้ของอากาศและแก๊สไฮโดรคาร์บอนเพื่อสร้างพลาสมา แม้การปรับสภาพด้วยเปลวไฟเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน แต่ความร้อนไม่ได้เป็นตัวสร้างหมู่ฟังก์ชันทางเคมีและการเปียกผิวที่ดีขึ้น การใช้เปลวไฟจะกำจัดสิ่งสกปรก เศษวัสดุ และไฮโดรคาร์บอนส่วนใหญ่ออกจากวัสดุรองรับ การปรับสภาพด้วยเปลวไฟให้การเปียกผิว การออกซิเดชัน และอายุการเก็บรักษาที่สูงกว่าการปรับสภาพด้วยไฟฟ้า เนื่องจากความลึกของการปรับสภาพจากพื้นผิวค่อนข้างตื้น คือ 5 ถึง 10 nm งานศึกษาแสดงว่าเฟลมพลาสมาบนพอลิโอเลฟินให้อายุการเก็บรักษาหลังปรับสภาพนานที่สุดเพราะความลึกของการปรับสภาพที่ตื้นกว่า ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบสำหรับผลิตภัณฑ์ ไม่มีการเกิดโอโซน ในการจัดหาหัวเผาสำหรับปรับสภาพด้วยเปลวไฟ หัวเผาแบบริบบิ้นให้ความสม่ำเสมอของเปลวไฟมากกว่าเมื่อใช้ร่วมกับเรกูเลเตอร์แบบซีโรบาลานซ์ การใช้เปลวไฟด้วยแก๊สโพรเพนเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการปรับสภาพชิ้นส่วนคงทนที่เป็น PE และพอลิโอเลฟิน

CCVD Pyrosil®

ไม่ควรสับสนกับเฟลมพลาสมา การปรับสภาพ Pyrosil® เป็นเทคนิคการปรับเปลี่ยนพื้นผิวที่เคลือบชั้นซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) แบบอสัณฐานลงบนพื้นผิววัสดุรองรับด้วยการสะสมไอเคมีแบบเผาไหม้ (CCVD) ด้วยการไพโรไลซิสด้วยเปลวไฟ สามารถสร้างชั้นบาง (5 – 100 nm) ของซิลิคอนออกไซด์ที่ว่องไวสูงและไม่ชอบน้ำบนวัสดุรองรับ ผลที่ตามมาคือเกิดพื้นผิวที่ชอบน้ำตามที่กำหนด เนื่องจากความหนาแน่นสูงของหมู่ Si-OH บนพื้นผิวของอนุภาค SiO2 ที่สะสมและความหยาบระดับนาโน Pyrosil® (เปลวไฟสีชมพู) และเฟลมพลาสมาแบบดั้งเดิม (เปลวไฟสีฟ้า) มีความคล้ายคลึงกันในกระบวนการ แต่เคมีของเปลวไฟและกลไกด้านหมู่ฟังก์ชันบนพื้นผิวแตกต่างกัน ความแตกต่างหลักคือ Pyrosil® สร้าง SiO2 ส่วนการปรับสภาพด้วยเปลวไฟไม่สร้าง

การพิมพ์อิงก์เจ็ท UV LED แบบพาสเดียว

มีอะไรใหม่ ระบบพิมพ์อิงก์เจ็ท UV LED แบบพาสเดียวสำหรับ PE/พอลิโอเลฟินทั้งแบบยืดหยุ่นและแบบแข็ง ที่ใช้หมึกปลอดภัยต่อความเป็นพิษและได้รับการรับรองความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ภาพที่ 2

ข้อได้เปรียบสำคัญของการพิมพ์สีเต็มรูปแบบแบบพาสเดียวเมื่อเทียบกับการสแกนคือความเร็วที่สูงกว่าและผลิตภาพที่เพิ่มขึ้น ปัญหาด้านความปลอดภัยของหมึก UV จำนวนมากได้รับการแก้ไขแล้ว หมึก UV LED รุ่นใหม่ Apollo FTX Ink Series† ผ่านการรับรองในการใช้งานเฉพาะว่าปลอดภัยต่อผู้ใหญ่และเด็ก และการสัมผัสผิวหนังมนุษย์ ตาม ASTM D 4236 (LHAMA – 16 CFR 1500.14) และผ่านการทดสอบความเข้ากันได้ทางชีวภาพ

คุณสมบัติของหมึกมีการเปียกผิว การยึดเกาะ และการยึดเกาะระหว่างโมเลกุลระหว่างหมึกสีขาว (ชั้นฐาน) และสี CMYK++ ที่ยอดเยี่ยม หมึกนี้มีการไหลที่สม่ำเสมอสูงและมุมสัมผัสขาออกของหมึกที่ออกจากหัวฉีด ทำให้การแตกตัวของหยดหมึกสม่ำเสมอ เคมีของหมึกถูกออกแบบให้ตรงกับโปรไฟล์การบ่มด้วย UV LED เฉพาะอย่างแม่นยำ เพื่อให้ได้สมบัติหลังบ่มและความสวยงามที่แข็งแรง ไม่บ่มไม่เต็มที่ (เหนียวเหนอะ) หรือบ่มเกิน (เปราะ)

การเคลือบและการพ่นสี

มีอะไรใหม่ สารเคลือบบ่มด้วย UV LED ที่มีเม็ดสีเอฟเฟกต์เพื่อการตกแต่งและความทนต่อสภาพอากาศบน PE รวมถึงพลาสติกรีไซเคิล ภาพที่ 3

สารเคลือบบ่มด้วย UV ให้การผสมผสานที่ดีที่สุดระหว่างเวลาแห้ง/บ่มตัวที่รวดเร็วและสมรรถนะ เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีสารเคลือบทุกชนิดสำหรับพลาสติก โดยทั่วไปบ่มได้เพียง 3-10 วินาที เมื่อบ่มแล้ว ผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ตกแต่งด้วยสารเคลือบบ่มด้วย UV พร้อมบรรจุได้ทันที

สารเคลือบบ่มด้วย UV โดดเด่นด้านความเหนียวและความทนทานต่อสารเคมี และสามารถปรับสูตรให้ทนทานภายนอกอาคารในระยะยาวได้ หลอดไอปรอทเป็นแหล่ง UV ที่ใช้บ่มกันมากที่สุด หลอดแบบอาร์กมีราคาซื้อคุ้มค่ากว่า แต่ต้องใช้เวลาอุ่นเครื่องและปล่อยความร้อนมาก

หลอดที่ใช้ไมโครเวฟมีราคาสูงกว่าหลอดอาร์ก แต่พร้อมใช้งานภายในไม่กี่วินาทีหลังเปิด ปล่อยความร้อนน้อยกว่า และหลอดมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า หลอด LED UV ก้าวขึ้นมาเป็นเทคโนโลยีคู่แข่งที่เปิด/ปิดได้ทันที ใช้พลังงานต่ำมาก และปล่อยความร้อนต่ำมาก สารเคลือบ UV พ่นเป็นละอองด้วย HVLP ได้ง่าย ทั้งแบบใช้มือและหุ่นยนต์

การมาร์กด้วยไฟเบอร์เลเซอร์

มีอะไรใหม่ สารเติมแต่งเพิ่มประสิทธิภาพเลเซอร์ที่สัมผัสอาหารทางอ้อมและเป็นไปตามข้อกำหนดทางการแพทย์/FDA และไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียม MOPA

สารเติมแต่งทางเคมีรุ่นใหม่ให้ความคมชัดของรอยมาร์กที่เหนือกว่า (สีขาวทึบและสีดำสนิทบน PE) และไม่กระทบความใส การส่งผ่านสเปกตรัม หรือสมบัติทางกายภาพพื้นฐานของพอลิเมอร์ การมาร์ก PE ด้วยเลเซอร์โดยไม่มีสารเติมแต่งให้รอยมาร์กที่เกือบอ่านไม่ออก คล้ายกับเทอร์โมพลาสติกจำนวนมาก เนื่องจากพอลิเมอร์ส่วนใหญ่ไม่มีสมบัติการดูดกลืนที่ 1060 ถึง 1070 nm ผู้เชี่ยวชาญจึงใช้สารเติมแต่ง สารตัวเติม เม็ดสี และสีย้อมที่เพิ่มการดูดกลืนพลังงานเลเซอร์เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนสีเฉพาะจุด งานศึกษากับ PE ชี้ว่าเสถียรภาพทางความร้อนและสมบัติการสลายตัวจากความร้อนเป็นกลไกเส้นทางสำคัญ ดูรูปที่ 1 นอกจากนี้ HDPE ให้คุณภาพที่เหนือกว่า LDPE, LLDPE และพอลิโอเลฟินเมื่อใช้เลเซอร์อินฟราเรดใกล้

การวิเคราะห์เทอร์โมกราวิเมตริก (TGA) ตั้งแต่อุณหภูมิห้องถึง 1000°C ของตัวอย่าง HDPE สองตัวอย่างแสดงความแตกต่างของอุณหภูมิการสลายตัวทางความร้อน HDPE B จะมาร์กได้ง่ายและเร็วกว่า HDPE A

ปริมาณที่ใช้โดยน้ำหนักในชิ้นงานสุดท้ายโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 0.01 ถึง 3.0% ทั้งรูปแบบเม็ดและผงผสมลงในวัสดุสีที่คอมพาวด์ล่วงหน้าหรือมาสเตอร์แบตช์สีได้ สารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์ช่วยประหยัดต้นทุนและให้ความเร็วในการมาร์กเพิ่มขึ้น 20% ขึ้นไปเมื่อเทียบกับวัสดุที่ไม่ได้ปรับให้เหมาะสม

ไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียมเป็นหนึ่งในความก้าวหน้าที่สำคัญที่สุดสำหรับการมาร์กพอลิเมอร์ ไฟเบอร์เลเซอร์แบบ Q-switched ซึ่งโดยทั่วไปมีความกว้างพัลส์ 100 ถึง 120 ns ใช้ในงานมาร์กพอลิเมอร์บางประเภท แต่อัตราการเกิดพัลส์จำกัดอยู่ที่ประมาณ 80kHz เนื่องจากข้อจำกัดโดยธรรมชาติของเทคโนโลยี Q-switching ไฟเบอร์เลเซอร์ MOPA แบบมอดูเลตโดยตรงทำงานที่อัตราการเกิดพัลส์สูงสุด 500kHz ที่ความกว้างพัลส์ระดับนาโนวินาที (20 ns ถึง 70 ns สำหรับ PE) ทำให้รูปร่างพัลส์เชิงเวลาเหมาะอย่างยิ่งสำหรับพอลิเมอร์ที่ปรับปรุงด้วยเลเซอร์ ภาพที่ 4

บทสรุป

เทคโนโลยีขั้นสูงให้โซลูชันใหม่สำหรับการตกแต่งและเก็บงานผิวผลิตภัณฑ์พอลิเอทิลีน กระบวนการขั้นที่สองที่ศึกษา ได้แก่ การยึดติด การเคลือบ การพิมพ์อิงก์เจ็ท และการมาร์กด้วยเลเซอร์ ชนิดของ PE ส่งผลอย่างมากต่อความง่ายหรือยากในการผลิต PE ยึดติดและตกแต่งได้ยากเนื่องจากสมบัติภายในเนื้อวัสดุและพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำ กระบวนการขึ้นรูปรวมถึงอัตราการทำให้เย็นมีความสำคัญในการกำหนดการยึดเกาะระหว่างผิวหน้า โดยทั่วไป HDPE ยึดติดและมาร์กด้วยเลเซอร์ได้ง่ายกว่า LDPE เนื่องจากความแตกต่างด้านเสถียรภาพทางความร้อน ระบบพิมพ์อิงก์เจ็ท UV LED แบบพาสเดียวสำหรับ PE/พอลิโอเลฟินทั้งแบบยืดหยุ่นและแบบแข็ง ที่ใช้หมึกปลอดภัยต่อความเป็นพิษและได้รับการรับรองความเข้ากันได้ทางชีวภาพ เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีใหม่ที่น่าตื่นเต้นที่สุด

เอกสารอ้างอิง

• 2002 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polymer Sci 86: 764–772, 2002.
• Sabreen, S. “Thermoplastic Materials for UV Inkjet and Laser Marking”, Plastics Decorating Magazine 2019.

†ซีรีส์หมึก Apollo FTX มีจำหน่าย ติดต่อ The Sabreen Group ที่ 972.820.6777 หรือ [email protected]

Scott R. Sabreen เป็นผู้ก่อตั้งและประธานของ The Sabreen Group, Inc. บริษัทที่ปรึกษาด้านวิศวกรรมที่เชี่ยวชาญด้านกระบวนการผลิตพลาสติกขั้นที่สอง ได้แก่ การปรับสภาพพื้นผิว การยึดติดด้วยแรงยึดเกาะ การพิมพ์อิงก์เจ็ท การมาร์กด้วยเลเซอร์ สารเคลือบอุตสาหกรรม การตกแต่งและการเก็บงานผิว และความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ Sabreen พัฒนาเทคโนโลยีบุกเบิกและแก้ปัญหาด้านการผลิตมานานกว่า 30 ปี ติดต่อได้ที่ 972.820.6777 หรือเยี่ยมชม www.sabreen.com

---