Cam elyaf katkılı polimerlerin lazerle markalanması – enjeksiyon kalıplama operasyonlarının önemi

Cam elyaf katkılı polimerlerin lazerle markalanması – enjeksiyon kalıplama operasyonlarının önemi

Plastik lazer markalama, geniş bir endüstriyel uygulama yelpazesinde çok sayıda avantaj sunar. Lazerle üretilen dekoratif ve işlevsel markalamaların, bileşen tanımlama, şemalar, data matrix ve barkod gibi, tamamen okunabilir olması gerekir. Markalamanın kalitesi; polimere, katkı maddelerine ve renklendiricilere, enjeksiyon kalıplama proseslerine ve lazer kaynağına bağlıdır. Okunabilirliği engelleyen kalıplanmış polimer yüzey sorunları, ürünün güvenliğini, performansını ve işlevini etkileyebilir. Bir örnek, katkı maddesi olarak kullanılan cam elyaflarıdır. Cam elyaf eklenmesi kalıplama proseslerini olumsuz etkileyebilir; bu da lazer markalamanın kalitesini etkiler. Sağlam markalama için parça yüzeylerinin reçine bakımından zengin olması gerekir. Cam elyaf bakımından zengin yüzeyler daha zayıf sonuçlar verir.

Temel çıkarımlar

• Cam katkı oranı ABS, naylon, asetal, polikarbonat, LCP, PBT, PET, PPS, PEEK ve PEI'de genellikle %10–60 arasındadır.
• Cam elyaf, iyi bir yakın kızılötesi absorbe edici değildir; bu nedenle cam bakımından zengin yüzeyler tanım gereği kötü markalanır.
• Gereken, reçine bakımından zengin yüzeylerdir; çünkü lazer enerjisinin polimer matrisiyle etkileşime girmesi gerekir.
• Cam yüzeye çıkması (glass emergence), yoğuşma ve kalıplamadan sonra yüzeyde beyaz izler olarak görülür.
• Markalanabilirliği kalıplama belirler: kusur lazerin öncesinde ortaya çıkar, bu nedenle de öncesinde giderilmelidir.

Sıkça sorulan sorular

Cam yüzeye çıkması (glass emergence) nedir?

Cam elyaf katkılı enjeksiyonla kalıplanmış ürünleri etkileyen, eriyik dolumu ve kalıplama sırasında yüzeyde fazla cam oluşmasıyla ortaya çıkan ciddi bir yüzey kusurudur. Yoğuşma ve kalıplamadan sonra yüzeyde beyaz izler görülür ve açıkta kalan elyaflar, kötü markalanan cam elyaf bakımından zengin bir yüzey oluşturur.

Cam bakımından zengin yüzeyler neden bu kadar kötü markalanır?

Çünkü cam elyaf, yakın kızılötesi lazer ışığını iyi absorbe etmez. Markalama, lazer enerjisinin polimer matrisiyle etkileşime girmesini gerektirir; bu nedenle yüzeylerin reçine bakımından zengin olması gerekir. Elyaf oranı arttıkça sorun kötüleşir.

Hangi polimerler yaygın olarak cam elyaf içerir?

ABS, naylon, asetal, polikarbonat, sıvı kristal polimer, PBT, PET, PPS, PEEK ve PEI. Katkı oranları değişir, ancak genellikle %10 ile 60 arasındadır.

Cam elyaf aslında neyden yapılır?

Silika, kireçtaşı ve soda külünden. Silika camın kendisini oluşturur; soda külü ve kireçtaşı ise üretim sırasında erime sıcaklığını düşürür.

Bir marka oluşturan yüzey mekanizmaları nelerdir?

Üç tanedir: karbonizasyonla siyah markalama, köpük oluşumuyla beyaz markalama ve pigmentli polimerlerde lazerle tetiklenen termal kimyasal reaksiyonlarla renk değişimi. Hangisinin gerçekleşeceği, absorbe edilen enerjiye ve malzemenin kendine özgü termal bozunma yoluna bağlıdır.

Cam elyaflar

Standart bir plastiğin yapısal performansının artırılması gerektiğinde cam elyaflar eklenir. Mukavemetteki iyileşme, daha zayıf olan polimerin yük gerilimini daha güçlü takviye elyaflarına aktarmasından kaynaklanır. Cam elyaf üretiminde kullanılan malzemeler silika, kireçtaşı ve soda külüdür. Silika camı oluşturmak için kullanılan ana malzemedir; soda külü ve kireçtaşı ise erime sıcaklığını düşürmek için kullanılır.

Cam elyaf genellikle ABS, naylon, asetal, polikarbonat, sıvı kristal polimer (LCP), PBT, PET, PPS, PEEK ve PEI'ye eklenir. Katkı oranları değişse de genellikle %10 ile 60 arasındadır. İki tür cam takviyesi vardır: kısa elyaf ve uzun elyaf; her birinin avantajları ve dezavantajları bulunur.

Cam yüzeye çıkması yüzey kusuru

“Cam yüzeye çıkması” (glass emergence), cam elyaf katkılı enjeksiyonla kalıplanmış ürünleri yaygın olarak etkileyen ciddi bir yüzey kusurudur. Cam elyafların açıkta kalması, cam elyaf bakımından zengin bir yüzeye yol açar. Plastik eriyik dolumu ve kalıplama sırasında yüzeyde fazla cam oluşur. Yoğuşma ve kalıplamadan sonra yüzeyde beyaz izler görülür (bkz. Fotoğraf 1).

Yüksek kaliteli markalama elde etmek için kalıplanmış parça yüzeylerinin, lazer enerjisinin polimer matrisiyle etkileşime girdiği “reçine bakımından zengin” olması gerekir. Buna karşılık cam elyaf bakımından zengin yüzeyler kötü markalanır ve elyaf oranı arttıkça sorun kötüleşir. Cam elyafın kendisi, yakın kızılötesi (NIR) lazer ışığının iyi bir absorbe edicisi değildir.

Doğru enjeksiyon kalıplama proseslerinin önemi yeterince vurgulanamaz. Tablo 1, cam yüzeye çıkmasına ek olarak lazer markalamaların kalitesini olumsuz etkileyebilecek yüzey kusurlarını listeler.

Polimerik lazer markalama mekanizmaları

1060-1070 nm dalga boyunda ışın yönlendirmeli NIR lazerlerde lazer markalama mekanizması, polimerin yerel yüksek enerjili bir radyasyon kaynağıyla (lazer) ışınlanmasını içerir. Lazer kaynakları arasında iterbiyum fiber, vanadat ve YAG bulunur. Işıma enerjisi daha sonra malzeme tarafından absorbe edilir ve termal enerjiye dönüştürülerek malzemede reaksiyonlara yol açar. Renk değişimi için yüzey mekanizmaları şunlardır: 1) karbonizasyonla siyah markalama, 2) köpük oluşumuyla beyaz markalama ve 3) pigmentli polimerlerin lazerle tetiklenen termal kimyasal reaksiyonlarıyla renk değişimi. Markalamanın kalitesi, absorbe edilen enerjiye ve malzemenin kendine özgü termal bozunma yoluna bağlıdır. Aynı polimer ailesi içinde bile her polimer kalitesi farklı sonuçlar verebilir.

Yüksek kaliteli markalama için renklendiricilerin ve katkı maddelerinin homojen dağılımı/dispersiyonu, reçine bakımından zengin yüzeyler kadar kritiktir. Dağılım/dispersiyon sorunlarının olup olmadığını belirlemek için lazerin tüm parça yüzeyi boyunca sürekli markalama/tarama yapacak şekilde ayarlanması önerilir. Bkz. Fotoğraf 2.

Sonuç (soldan sağa): mükemmel altın-siyah renk (chroma) markalamasını gösteren kalıplanmış kalem (solda), zayıf renk dağılımını gösteren ortadaki iki görüntü ve mükemmel homojen dağılımı gösteren en sağdaki görüntü.

Çoğu polimer kimyasal katkı maddeleri olmadan NIR absorpsiyon özelliğine sahip olmadığından uzmanlar, lazer enerjisinin absorpsiyonunu artırmak için katkı maddeleri, dolgu maddeleri, pigmentler ve boyalar kullanır. İstenen markalama kontrastına ve işlevselliğe bağlı olarak çok farklı formülasyon kimyaları ve lazer optiği/kurulum parametreleri kullanılır. Lazer katkı maddeleri kontrast derecesini optimize eder ve markalama hızını önemli ölçüde artırır. Hem granül hem de toz form, önceden compound edilmiş renkli malzemeye veya renk konsantresine karıştırılabilir. Önceden renklendirilmiş compound malzemeler, renk konsantresine göre daha tutarlı markalama sağlar. Hangi katkı maddesinin kullanılacağı; polimer bileşimine, altlık malzeme rengine, istenen markalama kontrast rengine ve nihai kullanım sertifikasyon gereksinimlerine bağlıdır.

Lazer markalama sistemleri son derece hassas ve tekrarlanabilirdir. Proses ayarlandıktan sonra lazer, aynı çıkış enerjisini tam olarak uygular ve tekrarlar. Bu nedenle herhangi bir yüzey kusuru markalamada tutarsızlıklara yol açar.

Zorlu bir uygulama, mavi ve siyah %30 cam elyaf katkılı poliamitte (naylon) sağlam beyaz kontrast elde etmektir. Bkz. Fotoğraf 3.

Lazer darbe tekrarlama hızı ve tepe güç yoğunluğu, markanın oluşumunda ve optimum kontrast ile hızın elde edilmesinde kritik parametrelerdir. Güç ile darbe tekrarlama hızı arasındaki aritmetik eğriler ters orantılıdır.

Düşük frekansta yüksek tepe gücü, yüzey sıcaklığını hızla artırarak malzemeyi buharlaştırır ve altlık malzemeye minimum ısı iletir. Darbe tekrarlaması arttıkça daha düşük tepe gücü minimum buharlaşma sağlar, ancak daha fazla ısı iletir. Markalama kontrastını ve kalitesini etkileyen diğer faktörler; darbe genişliği, odak mesafesi, ışın hızı ve vektör çizgisi ayırma mesafesidir.

Sonuç

Sonuç olarak plastik lazer markalama mükemmel bir prosestir. Markalamanın kalitesi; polimer matrisine, katkı maddelerine ve renklendiricilere, enjeksiyon kalıplama prosesine ve lazer kaynağına bağlıdır. Okunabilirliği engelleyen kalıplanmış polimer yüzey sorunları, ürünün güvenliğini, performansını ve işlevini etkileyebilir. Cam yüzeye çıkması, markalama kalitesini olumsuz etkileyen kalıplama yüzey kusurlarından biridir. Sağlam lazer markalama elde etmek için reçine bakımından zengin parça yüzeyleri ve homojen dispersiyon/dağılım kritiktir.

Scott R. Sabreen, The Sabreen Group, Inc.'in kurucusu ve başkanıdır. Şirket; yüzey ön işlemleri, adhezyon ile birleştirme, mürekkep püskürtmeli baskı, lazer markalama, endüstriyel kaplamalar, dekorasyon ve yüzey işleme ile ürün güvenliği alanlarında uzmanlaşmış, plastik ikincil işleme üzerine faaliyet gösteren bir mühendislik danışmanlığı şirketidir. Sabreen, 30 yılı aşkın süredir öncü teknolojiler geliştirmekte ve üretim sorunlarını çözmektedir. Kendisine 972.820.6777 numaralı telefondan veya www.sabreen.com adresinden ulaşılabilir.

---