着色剂与颜料如何改变激光打标结果

着色剂与颜料如何改变激光打标结果

要点速览

• 着色剂往往比基础聚合物更能决定标记效果。
• 炭黑在 1064 nm 处吸收强烈，因此黑色牌号往往完全无需添加剂即可打标。
• 某些有机颜料在光束下会褪色或变色，产生无人指定的标记。
• 每种颜色都是一次独立的验证。在某牌号的一种颜色上证明有效的配方，不能沿用到另一种颜色。

问起激光标记为何失败，通常给出的答案是聚合物。而问起成功的样品与失败的量产批次之间究竟发生了什么变化，答案更多时候是颜色。着色剂的添加量很低，在打标规范中也很少被讨论，却常常主导着结果。

着色剂改变结果的三种方式

第三种机制最出人意料。通常预期标记会使基材变深或变浅；而当颜料本身发生分解时，标记的颜色由颜料变成的物质决定，它可能既不深也不浅。

不同着色剂类型的表现

• 炭黑。即使添加量很低，也是 1064 nm 处的强吸收体。因此黑色牌号往往无需激光添加剂即可打标，值得在指定添加剂之前先行检查。黑色材料上的难点恰恰相反：要打出浅色标记，需要发泡，通常还需要 MOPA 光源。
• 二氧化钛（白色）。高度不透明且具散射性。它为深色标记提供出色的背景对比度，但会反射和散射光束，因此可能需要更多能量才能达到打标阈值。高 TiO2 含量可能使牌号尽管对比度诱人，却更难打标。
• 无机颜料：氧化铁、群青、混合金属氧化物。通常热稳定，因此能经受打标过程，表现可预测。许多颜料吸收效果有用。
• 有机颜料和染料。这是最难预测的一类。许多在打标温度下分解，褪色为较浅的色调或色相发生偏移。这可以被刻意利用，但更多时候，在出于外观而非加工考虑所选的颜色上，只会产生不想要的结果。
• 珠光和效果颜料。云母基效果颜料既散射光线，又对光束有响应，还会干扰对比度测量，因为读数会随观察角度而变化。
• 荧光着色剂。往往对热敏感，标记及其周围的荧光可能丧失，在预期特征之外留下明显的光晕。

为什么每种颜色都需要单独验证

常见的做法是在某牌号的一种颜色上验证打标配方，然后放行给整个颜色系列。这种做法总是可靠地引发问题，因为各颜色之间的颜料体系在含量、化学特性和热稳定性上都有差异。为本色牌号调好的配方用到蓝色上，标记会很弱；为黑色调好的配方用到白色上，则会烧焦。

合理的做法应是这样的：

• 把颜色视为材料规格的一部分，而不是外观上的变体。打标配方要针对牌号和颜色进行验证。
• 用功率-速度矩阵筛选每一种量产颜色，测量 L* 值，而不是凭肉眼判断。
• 为每种颜色单独记录一个配方并调用，而不是在换色时手动调整。
• 在存在激光添加剂时重新匹配色标。在未改性树脂上确认的颜色，一旦复合入吸收剂就不会保持不变。
• 把着色剂变更列为重新验证的触发条件，包括名义上颜色相同、但颜料供应商发生变更的情况。

诊断颜色引起的打标问题

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常见问题

为什么同一种树脂不同颜色的打标效果不同？

因为各颜色之间的颜料体系在含量、化学特性和热稳定性上不同，而且颜料会与光束直接相互作用。炭黑吸收强烈，二氧化钛产生散射，许多有机颜料在打标温度下会分解。基础聚合物是相同的，但激光实际作用的对象并不相同。

黑色塑料需要激光添加剂吗？

往往不需要。炭黑即使添加量很低，也是 1064 nm 处的强吸收体，因此黑色牌号往往无需任何添加剂即可良好打标，值得在花钱购买添加剂之前先行筛选。黑色材料上更难的问题是打出浅色标记，这需要发泡而不是炭化，通常还需要短脉宽的 MOPA 光源。

同一牌号不同颜色可以共用一个打标配方吗？

不应该。在一种颜色上验证后就放行给整个系列，是常见做法，也是量产问题的可靠来源，因为为黑色调好的配方会烧焦白色，为本色调好的配方则几乎无法在有色牌号上打出标记。应为每种颜色单独记录并调用配方，并把着色剂变更（包括名义颜色相同的供应商变更）视为重新验证的触发条件。

为什么我的标记颜色完全不对？

很可能是有机颜料在光束下分解，而不是聚合物降解。此时标记颜色由颜料变成的物质决定，可能更浅、色相不同，或者干脆无法预测。在颜色允许时，改用热稳定的无机颜料可解决问题；不允许时，则须把打标能量降低到足以使颜料保持完好。

如何测量珠光或金属效果牌号的对比度？

应在检验方法中固定并注明测量几何条件，因为效果颜料的外观会随观察角度和照明而变化。否则，供应商和客户对同一零件得到不同读数是合理的。应在商定公差之前而不是在首次争议之后固定几何条件。

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