聚乙烯

聚乙烯

重點摘要

• PE 依密度與支鏈程度分類，而種類決定二次加工的難易程度。
• 等級的影響與聚合物種類同樣重要。不同等級的表現各異，因此應逐一等級驗證，而非按材料類別驗證。
• 由於熱穩定性的差異，HDPE 通常比 LDPE 更容易黏接與雷射打標。
• 二次加工從選材就開始。黏接、印刷與打標的成果，大多在零件成型之前就已決定。

什麼是聚乙烯（PE）？

聚乙烯是全球產量最大的熱塑性塑膠，屬半結晶聚烯烴，其密度等級——LDPE、LLDPE 或 HDPE——決定了其剛性、阻隔性與加工窗口。

聚乙烯是全球生產與使用最廣泛的塑膠之一，年產量超過 1 億噸。這個聚烯烴聚合物家族由乙烯氣體聚合而成，涵蓋數種不同的類型，包括高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、線性低密度聚乙烯（LLDPE）與超高分子量聚乙烯（UHMWPE）。每種類型都具有適合特定應用的獨特性質，而了解它們在雷射加工下的行為，對眾多產業的製造商而言至關重要。

聚乙烯之所以被廣泛採用，源於其卓越的性質組合，包括耐化學性、低吸濕性、電絕緣能力與成本效益。這種材料被大量用於包裝薄膜、瓶罐、管材、容器、電線絕緣層與無數消費性產品。隨著可追溯性要求與產品識別需求增加，聚乙烯的雷射打標與加工在製造作業中變得日益重要。

聚乙烯的種類與特性

聚乙烯家族包含數種不同的材料等級，每種都具有影響雷射加工行為的特有性質。

高密度聚乙烯（HDPE）

HDPE 的特徵是分子結構呈線性、支鏈極少，因此結晶度高、密度較大，且強度優於其他類型的聚乙烯。該材料具有出色的耐化學性，常用於瓶罐、容器、管材與土工膜。在雷射加工中，HDPE 通常被認為是最容易打標的聚乙烯類型，以標準雷射參數即可獲得較清晰的結果。

低密度聚乙烯（LDPE）

LDPE 的分子結構高度支化，因此結晶度與密度較低。這種支化造就了較柔軟、延展性較佳的材料，適用於薄膜、擠壓瓶與軟包裝。LDPE 不同的分子結構會影響其雷射打標行為，通常需要相較於 HDPE 調整後的參數才能獲得最佳結果。

線性低密度聚乙烯（LLDPE）

LLDPE 兼具 HDPE 與 LDPE 的特點，具有帶短支鏈的線性主鏈。這種結構在維持柔軟性的同時，比 LDPE 具有更高的拉伸強度與抗穿刺性。LLDPE 主要用於拉伸包裝膜與軟包裝應用。

聚乙烯的雷射打標

聚乙烯上的雷射打標可使用 CO2 或光纖雷射光源達成，最佳選擇取決於具體的應用要求與所需的標記特性。

光纖雷射通常在聚乙烯表面產生白色標記，無論基礎塑膠的顏色為何。這種白色標記是透過發泡機制形成：雷射能量在材料表面產生微小氣泡，改變其光學性質並形成可見的對比度。所產生的標記耐久，並能抵抗包括 UV 照射與化學接觸在內的環境因素。

CO2 雷射較常用於聚乙烯的蝕刻或雕刻，而非表面打標。CO2 雷射 10.6 微米的波長被聚乙烯高度吸收，使材料得以透過汽化而被去除。這種方式產生的凹陷標記可提供觸感回饋且耐久性極佳，但在某些材料顏色上，光學對比度可能低於光纖雷射標記。

聚乙烯雷射打標的挑戰

在包括聚乙烯在內的聚烯烴塑膠上進行雷射打標與雕刻，會因其固有的聚合物特性而面臨挑戰。從 HDPE、LDPE 到 LLDPE 的不同聚乙烯類型，其固有的打標表現各不相同，需要針對每種材料變體進行特定優化。

若不添加添加劑，許多聚乙烯配方所產生的標記對比度或清晰度不足。材料在雷射照射下可能變色或燒焦，卻無法形成清晰可辨的標記。這對白色或淺色的聚乙烯產品尤其成問題，因為難以取得可見的對比度。

以 355 奈米波長運作的 UV 雷射，已證實可有效標記聚乙烯及其他難以用傳統光纖或 CO2 雷射打標的聚烯烴。較短的波長可引發光化學反應，產生高對比度標記，而不會造成過度的熱損傷。然而，與較常見的雷射打標技術相比，UV 雷射系統需要可觀的資本投資。

聚乙烯用雷射打標添加劑

為了在聚乙烯上獲得一致且高品質的雷射標記，製造商通常會在聚合物配料中加入雷射敏感添加劑。這些添加劑可增強材料對雷射輻射的反應，使標準雷射系統能更清晰、更快速地打標。

常見的添加劑系統包括摻銻氧化錫、三氧化二銻，以及各種含有鋁顆粒或混合金屬氧化物的專有化合物。這些材料能有效吸收雷射能量，並促進聚乙烯表面發生變色反應。添加劑的種類與濃度必須依所需的標記對比度、基材顏色，以及最終應用的法規要求謹慎選擇。

與聚乙烯妥善混合後，雷射打標添加劑、著色劑與化合物對聚合物性能沒有不良影響。市面上有符合嚴格法規要求的配方，包括 UL、NEMA、FDA、RoHS 與 Yellow Card 認證，使受監管產業的產品能進行雷射打標，而無需對基材重新認證。

先進打標技術

雷射打標技術的近期發展已顯著提升了聚乙烯加工的能力。雷射專用的碳黑與二氧化鈦，搭配發泡劑，能在更快的打標速度下提供更優異的對比度品質與線條邊緣清晰度。

線上飛行（on-the-fly）雷射打標系統能以驚人的速度標記聚乙烯產品，字母數字文字與簡單圖形的速度可達每分鐘 2,000 件。這項能力使雷射打標得以整合到高速生產線中，用於瓶子、瓶蓋與擠出產品，而不會在製造流程中造成瓶頸。

雷射切割與雕刻

聚乙烯對 CO2 雷射切割反應良好，材料能有效吸收紅外線波長並乾淨地汽化。適當的雷射參數可產生平滑的切割邊緣，而不會有明顯的毛邊或材料劣化。切割速度與品質取決於材料厚度、雷射功率與輔助氣體的選擇。

對於需要承受磨損的較深標記，雷射雕刻會去除材料以形成凹陷特徵。可能需要多次雷射道次才能達到所需深度，而不致造成周圍材料過度熔化或變形。可在雕刻區域填色以增強對比度，但必須考量填充材料在嚴苛環境中的耐久性。

產業應用

經雷射加工的聚乙烯服務於多元的產業應用：

• 管材標記，以永久性識別碼符合燃氣與供水系統的產業標準
• 電線與電纜標記，適用於需要長期識別的電力與通訊應用
• 容器與瓶子標記，用於產品識別、批號碼與促銷應用
• 符合 UDI 可追溯性要求的醫療器材與包裝標記
• 汽車零組件識別，用於零件追蹤與防偽措施

改變加工方式的等級差異

聚乙烯是一個家族而非單一材料，定義每個等級的密度也決定了它如何打標、黏接與焊接：

診斷聚乙烯裝飾失效

相關術語與延伸閱讀

• 以光纖雷射對聚丙烯與聚乙烯打標
• 聚乙烯裝飾的先進技術
• 火焰電漿表面處理
• 雷射打標添加劑

在生產中的應用

The Sabreen Group 為聚烯烴的打標、前處理與裝飾提供獨立的工程支援。若您正在制定製程規格、驗證材料或排解生產問題，我們的工程服務團隊能為您提供協助。歡迎聯絡我們，討論您的應用。

常見問題

聚乙烯雷射打標需要添加劑嗎？

對於 1064 nm 的光纖打標而言，實際上需要。脂肪族主鏈會解聚成揮發物，而不會留下碳殘留物，因此原色聚乙烯幾乎不產生對比度。含顏料與填料的等級有時憑配方中既有的成分即可達到可接受的打標效果，因此在指定添加劑之前，應先篩選實際的等級。紫外線光源在無輔助下對聚烯烴的打標效果較好。

聚乙烯薄膜的電暈處理能維持多久？

數天至數週，若存在滑爽劑與抗黏連添加劑則更短，因為這些添加劑會遷移到表面並取代處理效果。薄膜應在經驗證的時間窗口內印刷或複合，而不宜無限期存放，且任何放置過的捲材在運轉前，都應橫跨捲材寬度重新量測達因值。

不同的聚乙烯等級表現相同嗎？

不相同，而且差異很重要。LDPE 與 LLDPE 柔軟且對熱敏感，因此電暈處理是標準途徑；HDPE 具有足夠的熱容量，可承受火焰處理。UHMWPE 比兩者都更為惰性，是最難黏接的聚合物之一，通常需要電漿或專門的途徑。應逐一等級而非按家族驗證。

為什麼處理過的薄膜起初印刷良好，之後卻變差？

這是兩種看似相同的獨立效應。處理效果隨聚合物鏈重新定向而衰退，同時低分子量添加劑還會遷移回表面。第二種通常是聚乙烯上影響較大的因素。兩者都不是靠提高瓦特密度就能解決的——過度處理會形成脆弱、過度氧化的層，發生內聚破壞，並可能在薄膜上造成針孔。

聚乙烯可以雷射焊接嗎？

可以，但其半結晶結構會散射光束，因此穿過上方零件的透射率比非晶態聚合物更低且更不穩定。接合處需要在界面加入吸收劑，透過成型條件嚴格控制結晶度，且製程窗口較窄。在顏色允許時，碳黑仍是經濟實惠的吸收劑。

---