双功能激光添加剂

双功能激光添加剂

要点速览

• 一种添加剂体系，多重用途——在同一材料中兼具激光可打标性和第二种性能功能。
• 兼容各类激光器，包括 CO2、光纤、Nd:YAG 和 UV。
• 既适用于浅色基材也适用于深色基材，可在不损伤表面的前提下产生高对比度标记。
• 受监管行业获益最大，这类行业要求打标须与生物相容性、耐紫外性或颜色稳定性并存。

双功能激光添加剂

双功能激光添加剂被复配到聚合物中，以单一添加剂体系实现两种功能：产生高对比度激光标记，并提供透射式激光焊接所需的近红外吸收。一种母粒，一种经验证的树脂，两道工艺。

过去，这是用不同化学体系分别解决的两个问题：标记对比度来自一种添加剂，焊接吸收则来自炭黑。双功能化学体系将二者合一，并由此消除了炭黑对其他一切施加的限制。

炭黑的问题

透射式激光焊接需要透射性的上层零件和吸收性的下层零件。近红外光束穿过上部组件，在界面处被下部组件吸收，产生的热量将两个表面熔合在一起。炭黑是传统的吸收剂——价格低廉、效果好、久经验证，Sabreen 关于透射式焊接的炭黑选择的指南介绍了其正确用法。

但炭黑是黑色的。这迫使吸收性组件必须是黑色或非常深的颜色，从而限制了工业设计，妨碍了颜色编码的组件，排除了透明或浅色的焊接产品，并且可能干扰同一零件上清晰标记所需的对比度。

双功能添加剂带来什么

• 颜色自由。吸收由视觉上不呈黑色的化学体系提供，因此焊接组件可以是本色、浅色、彩色，在某些体系中甚至基本透明。
• 一种配方兼顾打标与焊接。同一种复配树脂既能高对比度打标又能可靠焊接，因此只需验证、采购和库存一个牌号，而不是两个。
• 简化供应链。料号更少、换料更少，错误牌号进入错误工位的风险更低。
• 一致的工艺窗口。吸收针对 1064 nm 波段设计，该波段既用于光纤打标激光器，也用于焊接所用的二极管和光纤光源。

选型注意事项

应用场所

典型应用是既须永久标识又须气密连接的组件：医疗器械和流体通路部件、汽车传感器和电子外壳，以及外观要求排除黑色焊接界面的消费品。其基础技术在双功能激光添加剂驱动聚合物的打标与焊接以及塑料激光打标与焊接添加剂中有详细探讨。

一个牌号满足两道工艺的验证

双功能体系的吸引力在于一个经验证的牌号可同时服务两道工序。风险在于，为某一工艺优化的添加量对另一工艺仅是勉强可用，而这一缺陷直到量产才会显现。应按以下顺序一并验证两者：

• 首先确定焊接窗口。焊接吸收是要求较不宽容的一项——吸收剂太少会使接头缺料，任何打标参数都无法弥补。在考虑对比度之前，先绘制焊接强度与添加量的关系图。
• 确认穿过配对零件的透射率。上部组件在工作波长下必须保持足够的透射性。其中的颜料、填料，甚至着色剂供应商的变更，都可能悄然阻挡光束，而吸收零件却毫无责任。
• 在同一添加量范围内绘制标记对比度图，然后选择同时位于两个窗口内且留有余量的添加量，而不是任一方的最优点。
• 将已打标和已焊接的零件一起测试。焊缝附近的标记位置可能影响接头完整性；应验证真实的零件几何形状和真实的工序顺序，而不是试片。
• 在放大量产之前，为该添加剂准备好合规文件。医疗、食品接触和制药应用需要配方中每一种成分的合规证据，事后补充这些证据代价高昂。

双功能配方的故障排查

节省究竟来自何处

该添加剂本身通常比炭黑更贵，因此商业论证取决于在其他方面省去了什么：

• 一次验证而不是两次。在受监管行业，这往往是最大的单项——两个牌号意味着两套验证文件、两条变更控制路径和两次供应商审核。
• 一个料号。更少的料仓换料、更少的清洗料，也不可能让错误牌号进入错误工位。
• 以前无法获得的设计自由。炭黑迫使吸收性组件呈深色。消除这一限制，可实现颜色编码的组件、浅色或透明的焊接产品，以及在焊缝同一面上的清晰标记——否则这些结果需要完全不同的连接方法。
• 需要维护的替代连接方式更少。在颜色要求以前排除了激光焊接的场合，退而求其次通常是超声波焊接或胶粘，每种都有各自的工装、验证和失效模式。

如果组件本来就是黑色，标记也已足够，则理由要薄弱得多。双功能化学体系的溢价是在颜色或设计限制成为障碍时才物有所值，而不是默认的升级选项。

相关术语与延伸阅读

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• 激光打标母粒

在生产中的应用

The Sabreen Group 为双功能添加剂选型、焊接验证和打标对比度开发提供独立的工程支持。无论您是在制定工艺规范、验证材料，还是排查生产问题，我们的工程服务团队都能为您提供帮助。欢迎联系我们，探讨您的应用。

常见问题

什么使激光添加剂成为“双功能”？

它在同一化合物中提供激光可打标性以及第二种性能功能——例如增强耐久性、颜色稳定性、紫外防护，或透射式激光焊接所需的吸收特性。一份材料规格即可满足两项要求。

哪些类型的激光器适用于这些添加剂？

它们经配方设计，兼容范围广，包括 CO2、光纤、Nd:YAG 和 UV 光源，并设计为同时适用于浅色和深色基材。

为什么要在一种添加剂中把打标与焊接结合起来？

因为为同一零件指定两种独立的化合物会增加成本、库存和验证工作。双功能配方使注塑厂可在不更换材料的情况下，先对部件打标以便追溯，再与配对零件焊接。

双功能添加剂在哪些场合最有价值？

需要持久打标并兼具耐热和耐紫外性能的汽车部件；需要无菌打标并兼具生物相容性或颜色编码的医疗器械；以及需要在塑料外壳上进行高对比度品牌标识的消费电子产品。

它们会影响聚合物的力学性能吗？

配方得当且添加量适当的添加剂不会损害外观、物理或功能性能。这取决于与特定聚合物基体的相容性和正确的添加浓度，因此两者都应按牌号进行验证。

应先优化焊接吸收还是标记对比度？

焊接吸收。它是两项要求中较不宽容的一项——吸收不足的接头无法靠任何打标参数挽救，而适度的对比度往往可以通过激光设置恢复。先绘制焊接强度与添加量的关系图，再在同一范围内绘制对比度图，选择同时位于两个窗口内且留有余量的添加量。

为什么吸收性零件一致，焊接质量却有波动？

应转而查看透射性零件。透射式焊接取决于光束能否到达界面，因此上部组件的壁厚变化、颜料分散或着色剂变更都会使焊接产生波动，而吸收性组件测试则完全正常。应测量配对零件上的透射率，而不是假定故障出在吸收剂上。

什么时候双功能添加剂不值得付出溢价？

当组件本来就是黑色且标记已经足够时。该添加剂比炭黑更贵，因此其理由取决于它省去了什么——第二次验证、第二个料号，尤其是迫使吸收性组件呈深色的设计限制。在不存在颜色或设计限制的场合，炭黑仍是经济的答案。

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