激光打标母粒与添加剂

面向塑料的先进激光增强型添加剂化学配方——经工程优化的配方，可实现卓越对比度、更快打标速度，且对聚合物性能零影响。由塑料激光添加剂的原创发明人开发。

塑料激光打标添加剂

深色与浅色打标对比度配方及定制色彩，专为每种聚合物体系量身工程设计

激光添加剂可提升打标零件的对比度，并可通过调整激光设置参数进一步强化对比效果。聚合物本身具有产生"深色"或"浅色"打标对比度的内在特性。某些含少量二氧化钛（TiO2）和炭黑的着色剂化合物也可吸收激光，在某些情况下可改善打标对比度。即使在同一聚合物体系内，不同牌号也可能产生不同结果。添加剂配方不得有毒，也不得对产品外观、物理或功能特性产生不良影响。

与油墨印刷工艺（移印/丝印和喷墨印刷）相比，激光添加剂具有成本优势，打标速度比非优化材料配方提高15%或更多。激光添加剂以粒料和粉末形式供应。粒料产品可直接与聚合物树脂混合，粉末形式则先转化为母粒。大多数添加剂易于在聚合物中分散。根据添加剂和聚合物的不同，最终零件中的添加量（按重量计）从0.01%到4.0%不等。

The Sabreen Group是塑料激光添加剂的原创开发者。凭借12项客户专利，以及被美国司法部和通用动力公司选定为专利证词中的激光专家证人，我们的激光优化配色化合物、色母粒和液态色料可在客户指定树脂上实现有保障的效果——对聚合物性能零影响，并完全符合FDA、UL、NEMA和RoHS法规要求。

激光打标母粒科学原理

材料化学、激光配置与工艺优化

实现最佳打标质量需全面了解添加剂化学、聚合物热行为、激光波长及加工变量。请浏览以下各主题。

专业添加剂化学

添加剂的选择取决于聚合物组成、基材颜色、所需打标对比色以及最终用途认证要求。某些添加剂含有锑掺杂氧化锡与三氧化锑（Sb₂O₃）的混合物，可能会使天然（无色）基材呈现轻微"灰色"色调。其他添加剂可能含有铝颗粒、混合金属氧化物及专有化合物。

The Sabreen激光着色剂配方矩阵将专用激光添加剂、着色剂、颜料、染料和流动助剂——包括精选炭黑、TiO2及抗划伤剂——以低添加量组合，以实现卓越的质量和速度。

• 深色与白色对比度配方
• 定制颜色与Pantone色彩匹配
• 预混合材料、色母粒、液态色料
• 客户指定树脂，对聚合物性能零影响
• Yellow Card、FDA及MIL认证

对比度开发与定制色彩打标

可被激光打标的聚合物能吸收激光并将光能转换为热能。激光添加剂可直接改善对比度，并可通过调整激光设置参数进一步增强。即使在同一聚合物体系内，不同牌号也可能产生不同结果。

通过颜料和染料进行色彩调整，以实现最终配色外观。Sabreen的突破性光纤激光技术可实现前所未有的对比度和细节保真度，线条细节质量超过800+ dpi，灰度等级达256级。

• 单一配方可在非晶态聚合物（ABS、PC、PET、PETG等）上同时产生纯黑与不透明白色对比度
• Hostaform®聚缩醛（POM）上的定制Pantone颜色及"同色调"对比度
• 金底黑字、黑底白字及白底深色等对比选项
• 微打标，字体高度≤0.015英寸，可在放大条件下清晰识读
• 具有超精细格元质量的机器视觉码稳健可读性

添加量与供应形式

激光添加剂以粒料和粉末形式供应。粒料产品可直接与聚合物树脂混合，粉末形式则先转化为母粒。大多数添加剂易于在聚合物中分散。

粒料和粉末形式均可混入预混色料或色母粒。根据添加剂和聚合物的不同，最终零件中的添加量（按重量计）从0.01%到4.0%不等。

供应形式

应用场景

典型添加量

粒料

直接与聚合物树脂混合

粉末

先转化为母粒

液态色料

预混合或色母粒

可变

优化配方

统计验证的速度提升

提升打标速度

打标一个零件所需的时间是聚合物基材、矢量线条数量以及激光束与振镜扫描头绘制所有线条速度的函数。激光软件及矢量填充类型——单向、双向或蛇形——也会影响打标时间。

最新独立研究表明，通过以极低浓度（通常为0.01%至2.0%）加入激光添加剂配方，可实现统计上显著更快的打标速度。

两种高密度聚乙烯的热重分析（TGA）说明了这一点：两种聚合物的热降解温度不同——热降解正是激光打标的形成机制。高温聚合物需要更多激光能量、更低打标速度或更多吸收型添加剂才能获得相同的打标效果。在正面比较中，HDPE B将比HDPE A更易于打标且速度更快。

• 打标速度比非优化配方提升15%以上
• 在突破性光纤激光系统上产量提升25%以上
• 电线电缆挤出速度超过2,000英尺/分钟——限制因素是振镜扫描头，而非添加剂

激光打标光谱与波长

可被激光打标的聚合物能吸收激光并将光能转换为热能。产生高对比度和彩色打标的理想波长为近红外光谱中的1060–1070 nm。

兼容激光类型包括镱光纤激光器、钒酸盐激光器和Nd:YAG激光器。更长波长的连续波CO₂激光器因峰值功率较低、波长较长，仅能产生无色雕刻效果，通常不用于塑料的彩色对比打标。

激光类型

波长

塑料上的效果

镱光纤激光器

1060–1070 nm（近红外）

理想：高对比度、彩色打标

钒酸盐激光器（Nd:YVO4）

~1064 nm

理想：高对比度、精细细节

Nd:YAG

兼容

UV（355 nm）

紫外线

对比度一般，成本较高

绿光（532 nm）

可见光

CW CO₂

~10,600 nm

仅无色雕刻

镱光纤激光器——固态高性能

工作在1060–1070 nm、能量约1 mJ的镱光纤激光器是塑料添加剂打标的理想选择。光纤激光器提供MOPA（可变脉冲）和Q开关（固定脉冲）两种配置，可提供高产量生产所需的光束质量和可靠性。

• 卓越光束质量M² < 1.2，高亮度
• MOPA脉宽可调至2 ns
• 快速脉冲重复频率高达100 kHz，实现更高速度
• 无耗材，近零维护
• 运营成本低廉——约$250/年，仅需电费
• 工业打标领域最低的总拥有成本

Sabreen的发明《光纤激光打标方法与系统》（专利申请号WO2010011227 A1，申请日2008年7月25日，发明人Scott R. Sabreen）获得Celanese（Ticona）背书。Celanese利用以精选激光打标添加剂配制的Hostaform®聚缩醛天然色及白色测试样板确认，Sabreen的技术比标准传统Nd:YAG技术产生更高质量的"黑底天然色"和"黑底白色"激光打标——具有更高对比度、更深的打标效果和更清晰的细节。

光斑尺寸与光束质量

激光光斑尺寸对塑料打标至关重要。光斑尺寸可通过使用不同传输光纤、聚焦透镜、改变光束传输与基材之间的距离以及使用更长或更短波长来控制。多模光束轮廓产生较大光斑，而单模光束轮廓产生更小光斑——100微米及以下。

光束传输光学元件，尤其是F-theta镜头，影响打标面积和激光能量在表面的集中程度。焦距更长的F-theta镜头可实现更宽的打标幅面，减少重新定位步骤，但会产生更大的光斑从而降低功率密度。

镜头焦距

打标幅面

功率密度

最适用于

163 mm

~5英寸见方

高

精细打标、细小字符、小型零件深雕

254 mm

~8英寸见方

较低

较大零件——铭牌、大型序列号

激光辐照度与能量密度

辐照度（功率密度）是激光每单位面积的功率，以W/cm²计量，是激光束强度相对于聚焦光斑尺寸的函数。光斑越大，能量密度越低。高辐照度可导致材料快速加热和气化，而低辐照度可能不产生可见标记。若辐照度过高，则可能损伤材料。

能量密度（激光能量密度）是单位面积激光能量的度量，通常以J/cm²计量，决定传递到材料表面的能量总量。能量密度必须与特定材料相匹配——某些材料需要较高能量密度以吸收足够能量形成可见标记，而另一些材料则需较低能量密度以避免损伤。较高能量密度通常产生更深的打标。

脉冲重复频率和峰值功率密度是形成打标及实现最佳对比度和速度的关键参数。低频高峰值功率可快速升高表面温度，使材料气化，同时向基材导入最少热量。随脉冲重复频率增加，较低峰值功率产生最小气化但导入更多热量。功率与脉冲重复频率的变化曲线呈反比关系。

辐照度受以下因素影响：脉冲频率（Hz、kHz）、激光功率（瓦特）、聚焦光斑尺寸及脉宽（ns）。

能量密度受以下因素影响：光束强度、扫描速度、脉冲重叠量及聚焦光束直径。

脉宽——MOPA 与 Q 开关

脉宽是脉冲起始与结束之间的时间，以纳秒（ns）计量，是控制能量密度和工艺优化的关键因素。MOPA激光器的脉宽调节远比Q开关（固定脉冲）光纤激光器灵活。

脉宽范围

特性

Q开关（固定脉冲）

120 ns – 250 ns

固定脉冲，控制简单，成本较低

MOPA（可变脉冲）

2 ns – 250 ns

可在宽范围内调节，工艺控制更精细，适用于彩色打标和热敏感基材

短脉宽优势：表面加热更快、向基材导热更少、打标边缘更清晰、对敏感聚合物热损伤更小，以及对金属和有色塑料的彩色打标效果更好。

阻燃剂与阻燃等级

阻燃剂会影响塑料着色剂化合物。阻燃剂分为两类：卤化物化合物（含氟、氯、溴或碘）和非卤化物化合物。特定卤化阻燃剂与三氧化锑（Sb₂O₃）结合，可改善浅色基材对1060–1070 nm波长光的吸收。

镱光纤激光器可轻松打标含阻燃剂的化合物。许多激光设备供应商仅能使用价格昂贵得多的UV 355 nm和532 nm绿光激光器实现适度的打标对比度。

配方开发过程中需回答的关键问题：

• 允许使用何种类型的阻燃剂——卤化还是非卤化？
• 需满足哪些标准：UL 94、E 84、MVSS、ASTM、VW-1？
• 若需满足UL-94，等级为V-2、V-1还是V-0？
• 力学性能（抗拉强度、延伸率）对产品是否至关重要？
• 析出（blooming）是否会影响后续转化工艺（如印刷或密封）？
• 紫外线稳定性是否是考量因素（产品是否会暴露于阳光下）？

FDA与法规合规

作为商业供应品，特定添加剂（同时用于激光焊接）已获得FDA批准，可在21 CFR 178.3297《聚合物着色剂》A–H条件下用于食品接触和食品包装。对于欧盟，也有类似的合规声明。

认证条件针对聚合物类型、添加量阈值及直接或间接接触等进行规定。经FDA批准的添加剂混入"最终零件"后进一步认证，可达到《国际标准ISO-10993》规定的医疗器械生物相容性要求。

激光着色剂总体符合FDA、UL、NEMA和RoHS要求。由于采用行业认可的化学体系，无需重新认证。这使激光打标成为高度监管行业替代油墨印刷的即插即用升级方案。

• 21 CFR 178.3297《聚合物着色剂》（A–H条件）
• ISO-10993医疗器械生物相容性
• UL 94阻燃等级
• 欧盟食品接触合规声明
• MIL-DTL-55302（互连与电子组件）
• RoHS、NEMA、Yellow Card认证

初级成型操作

完成"激光优化"材料科学工作——包括确定最佳对比度、色度颜色和激光设置参数——后，下一步是使用实际生产模具以正确的稀释比进行模塑试验。

该步骤对于确保激光优化色彩矩阵的均匀分散和分布至关重要。成型后，对实际产品零件进行激光打标，以确认原始结果。

一种经验证的方法是对光束导向激光器进行编程，使其连续打标（扫描）整个产品表面。例如，对具有金底黑字色度打标的注塑钢笔进行全件评估：色度分布不均匀表现为视觉不一致，而优异的均匀分布则从一端到另一端产生一致的打标效果。

模塑试验验证激光添加剂已均匀分散于整个生产零件中，且打标质量、对比度和颜色与实验室规模结果一致。

加工注意事项

在激光添加剂添加和配色化学开发过程中，成品零件所含激光添加剂低于计算量的情况并不罕见。这一问题几乎总是与挤出或成型过程中分布不均匀有关。

对成型机进行简单调整——如提高背压和螺杆转速——可解决大多数问题。激光添加剂在每个零件中的均匀分布和分散对于实现最佳打标性能至关重要。

对于挤出、注塑和热成型操作，预混色料比色母粒具有更好的均匀性。应避免手工混合。模具流动和浇口类型/位置是设计过程早期应审查的重要因素。

• 在签署试验结果前，确认添加剂均匀分布
• 提高背压和螺杆转速以解决分散问题
• 尽可能优先选用预混色料而非色母粒
• 务必避免手工混合
• 审查激光打标表面的模具流动和浇口类型/位置
• 使用实际生产工装进行模塑试验，而非仅用实验室样板

变革性激光打标应用

在医疗、汽车、航空航天和消费品市场经过验证

Sabreen的激光优化母粒和添加剂技术已在全球最苛刻的制造应用中替代了油墨印刷、不干胶标签和移印。

无内衬饮料盖

聚烯烃盖体内侧促销游戏打标——符合FDA食品接触规范，速度达2,000个/分钟。

数据输入设备

101个键帽在12秒内完成打标，替代多步骤油墨印刷和模板工艺。已被Microsoft、Foxconn、ALPS、Keytronics、Dell和HP采用。

动物与牲畜识别标签

识别标签上的Data Matrix机器视觉码。原创技术受美国专利WO98/25211保护，1996年。

军用电子器件

应用于NASA航天飞机挑战者号及1991年美国沙漠风暴行动的智能导弹和炸弹（MIL-DTL-55302），替代模拟油墨印刷。

PET/PETG 容器

替代FDA食品接触PET/PETG容器上的标签。单一配方同时实现纯黑与不透明白色打标对比度。

背光汽车按键

通过喷涂与激光烧蚀实现日/夜照明按键和显示界面。自1985年起被GM、Ford和Chrysler采用。

发动机舱燃油组件

产品识别和追溯用2D Data Matrix机器视觉码，适用于苛刻的汽车环境。

尼龙与玻纤填充尼龙

替代油墨印刷的尼龙电子元件白色激光打标。包括汽车尼龙无盖加油口组件。

医疗导管与器械

黑色HDPE电缆和医疗管材上的不透明白色对比打标——符合FDA规范。以及替代移印的医用聚烯烃推杆。

挤出"动态"打标

挤出包装材料和医疗柔性管材上的连续激光打标——以完全符合FDA要求的添加剂替代旋转油墨印刷。

智能徽章/员工身份证

含RFID和隐形安全特征的多层压合结构聚碳酸酯。面部区域的微打标可增强防伪功能。

基材内部激光打标

水下摄像机及需要在基材表面以下永久打标的组件，以实现恶劣环境耐久性。

为何选择Sabreen进行激光母粒业务？

原创发明人——效果有保证

The Sabreen Group是塑料激光添加剂的原创开发者。被美国司法部和通用动力公司选定为专利证词中的激光专家证人，我们团队在聚合物科学、添加剂化学和系统集成方面拥有深厚专业知识。

从定制配色化合物到交钥匙系统设计、集成、培训和激光安全认证，我们凭借12项客户专利和数十年实地验证的应用经验，提供完整的激光打标解决方案。

• 现场问题解决与系统优化
• 符合FDA合规的激光增强型添加剂
• 定制配色化合物与Pantone色彩开发
• 交钥匙系统设计、集成与操作员培训
• 激光安全认证与激光安全官（LSO）服务
• 材料分析、生物风险认证、专家客户证词

为您的应用找到合适的激光母粒

将您最棘手的打标难题交给我们。无论是医疗、食品接触，还是汽车或航空航天，我们均可工程设计激光优化母粒和添加剂解决方案，实现卓越对比度、更快速度和全面法规合规——效果有保证。

联系我们的激光工程师

---