玻纤与矿物填充塑料的激光打标：添加填料后有何变化

玻纤与矿物填充塑料的激光打标：添加填料后有何变化

要点速览

• 填料通常会提高对比度，因为它吸收并散射基础聚合物本会透过的能量。
• 纤维外露是其特征性缺陷：聚合物在玻纤不会汽化的能量下就已汽化。
• 标准的纠正办法是降低能量并增加扫描次数，而不是提高功率。
• 同一树脂的填充与未填充牌号需要单独的配方和单独的验证。

许多激光打标的指导意见都把聚合物当作单一材料来写，而在生产中，情况很少如此。进入打标单元的大多数工程热塑性塑料都含有 10–50% 的玻纤、玻璃微珠、滑石粉、云母或硅灰石，这种填料对打标结果的影响超过几乎任何其他配方变量：往往是好的方面，偶尔也会破坏本来良好的工艺。

为什么填料利大于弊的情况更多

用 1064 nm 光纤激光器对塑料打标的根本难题在于，大多数聚合物在该波长处几乎不吸收。光束穿透而过，而不是在表面沉积能量。因此，配方中任何能吸收或散射的成分都对打标有利，而填料两者兼具。

这就是为什么填充的工程树脂往往一出模就能打出可接受的标记，而其未填充的本色对应牌号却需要复合激光添加剂。在为填充牌号指定添加剂之前，先按原样打标，填料可能已经把这笔成本付掉了。

纤维外露：决定性的缺陷

玻纤和聚合物在不同能量下对激光作出响应。聚合物达到分解温度而汽化，而熔点高得多的玻纤则不会。留下的是纤维端头凸出于周围表面的标记：外观粗糙、有触感，对代码应用而言还是可读性问题，因为凸起的纤维会散射读码器的照明。

本能的做法是提高功率以“清理干净”。这会使情况更糟，去除更多聚合物并暴露更多纤维。有效的纠正办法有：

• 降低单次扫描能量并增加扫描次数。多次轻度扫描比一次强烈扫描更缓和地去除聚合物，留下的起伏更小。
• 在光源允许时缩短脉宽。设为短脉宽的 MOPA 光源可减小热作用深度，从而减少每根纤维周围损失的聚合物量。
• 以变色机制而不是材料去除为目标。当碳化无需烧蚀材料就能产生足够对比度时，纤维外露基本上会消失。
• 考虑标记位置。纤维取向随流动方向而定，因此把标记放在纤维与表面平行的位置，比放在纤维端头朝外的位置效果更好。
• 若仅涉及外观，则可接受。在带有追溯码的隐藏表面上，评级合格而略显粗糙的标记不算缺陷。

填料含量在零件内并不均匀

最常被忽视的因素是，“30% 玻纤”的成型件并非处处都是 30% 玻纤。注塑成型会形成皮层-芯层结构：熔体贴着模具凝固形成富树脂的皮层，而纤维则集中在芯层。打标会去除或改变这一皮层。

这些实际后果值得在设计时加以考虑：

• 标记深度会改变激光作用的对象。很浅的标记主要作用于树脂，较深的标记则触及富含纤维的芯层，表现不同。
• 对比度随壁厚变化，因为皮层厚度也随壁厚变化。
• 靠近浇口的位置很重要。浇口附近的纤维取向和浓度不同，放在那里的标记与放在别处的同一标记，读取效果可能不同。
• 成型条件会改变结果。熔体温度和注射速度会改变皮层厚度，因此打标配方可能因成型工艺漂移而漂移，而材料并无任何变化。

验证填充牌号

• 在量产材料上打标，采用量产的填料含量、颜色和允许的最大回料比例。回料在填充树脂中更为重要，因为反复加工会使纤维变短，并改变外观和流动性。
• 在成型试板上做功率-速度矩阵，测量每个单元格的 L* 值，而不是凭肉眼判断。
• 选择最宽可接受区域的中间，而不是对比度最高的单元格：填充牌号批次间有差异，能经受住这种差异的是平台区。
• 在放大镜下检查表面，而不仅仅看对比度。纤维外露往往肉眼看不出，读码器却很明显。
• 对任何机器可读代码，按 ISO/IEC 15415 评级，而不是目视检查。
• 分别验证填充和未填充变体。就打标而言，它们是不同的材料，无论数据表怎么称呼。

相关阅读

• 玻纤外露：解决塑料激光打标问题
• 可激光打标塑料
• 影响打标质量的工艺参数
• 玻纤填充聚合物的激光打标与注塑成型
• 塑料激光打标解决方案

需要这方面的帮助？

The Sabreen Group 为填充和增强工程树脂的打标开发提供独立的工程支持。我们的工程服务团队与制造商合作，开展工艺开发、材料验证和生产故障排查。联系我们，探讨您的应用。

常见问题

玻纤填料会使塑料更容易还是更难激光打标？

就获得对比度而言，更容易。填料吸收并散射基础聚合物本会透过的能量，这就是为什么填充的工程树脂往往无需激光添加剂即可良好打标，而未填充的对应牌号却需要添加剂。代价是表面质量：填料带来纤维外露和更粗糙的标记，因此难点从“打出标记”转为“打出干净的标记”。

如何避免标记中出现玻纤？

应降低单次扫描能量并增加扫描次数，而不是提高功率。纤维之所以出现，是因为聚合物在玻纤不会汽化的能量下就已汽化，去除更多聚合物就会暴露更多纤维。光源允许时缩短脉宽有帮助，在对比度允许时以变色机制而不是材料去除为目标，则基本可避免该问题。

为什么同一个填充成型件上的标记质量会有差异？

因为填料含量在零件内并不均匀。注塑成型在富含纤维的芯层之上形成富树脂的皮层，而皮层厚度随壁截面、浇口距离和冷却而变化。打标在不同位置切入该结构的深度不同，因此激光实际作用的材料成分取决于标记所在的位置。

同一树脂的填充和未填充牌号可以使用同一个配方吗？

不可以。就打标而言，它们表现为不同的材料，无论数据表怎么称呼，因为填料会改变吸收、热导率和表面行为。应分别验证，并把填料含量或类型的变化视为需要重新验证的变更，而不是小的替换。

回料会影响填充树脂上的打标吗？

影响比未填充树脂更大。反复加工会使纤维断得更短，从而改变流动性、表面外观以及填料在皮层中的分布。应按产线允许使用的最大回料比例进行筛选，并把允许比例的提高视为工艺变更，而不是采购决策。

---