聚乙烯

聚乙烯

要点速览

• PE 按密度和支化程度分类，其类型决定了二次加工的难度。
• 牌号与聚合物种类同样重要。不同牌号之间表现各异，因此应按牌号而不是按材料进行验证。
• 由于热稳定性的差异，HDPE 通常比 LDPE 更容易粘接和激光打标。
• 二次加工从材料选择就已开始。粘接、印刷和打标的结果在零件成型之前就已在很大程度上确定。

什么是聚乙烯（PE）？

聚乙烯是全球产量最大的热塑性塑料，是一种半结晶聚烯烃，其密度牌号——LDPE、LLDPE 或 HDPE——决定了它的刚性、阻隔性能和加工窗口。

聚乙烯是全球生产和使用最广泛的塑料之一，年产量超过 1 亿吨。这一聚烯烃聚合物家族由乙烯气体聚合而成，包括高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）等几个不同品种。每个品种都具有适合特定应用的独特性能，了解它们在激光加工下的行为，对众多行业的制造商都至关重要。

聚乙烯之所以被广泛采用，源于其耐化学性、低吸湿性、电绝缘能力和成本效益等优异的性能组合。该材料广泛用于包装薄膜、瓶子、管道、容器、电线绝缘层以及无数消费品。随着追溯要求和产品识别需求的增加，聚乙烯的激光打标和加工在制造作业中变得越来越重要。

聚乙烯的品种与性能

聚乙烯家族包括若干不同的材料牌号，每种都有影响激光加工行为的特征性能。

高密度聚乙烯（HDPE）

HDPE 的特点是分子结构呈线性、支化极少，因此结晶度高、密度大，强度优于其他类型的聚乙烯。该材料具有出色的耐化学性，常用于瓶子、容器、管道和土工膜。在激光加工中，HDPE 通常被认为是最容易打标的聚乙烯品种，采用标准激光参数即可得到更清晰的结果。

低密度聚乙烯（LDPE）

LDPE具有高度支化的分子结构，导致结晶度和密度较低。这种支化使材料更加柔韧、延展性更好，适用于薄膜、挤压瓶和软包装。LDPE 不同的分子结构会影响其激光打标行为，通常需要采用与 HDPE 不同的调整后参数才能获得最佳效果。

线性低密度聚乙烯（LLDPE）

LLDPE兼具 HDPE 和 LDPE 的特点，具有带短支链的线性主链。与 LDPE 相比，这种结构在保持柔韧性的同时提供了更高的拉伸强度和抗穿刺性。LLDPE 主要用于拉伸缠绕膜和软包装应用。

聚乙烯的激光打标

聚乙烯上的激光打标可以使用 CO2 或光纤激光光源实现，具体选择取决于特定应用要求和期望的打标特性。

光纤激光器通常在聚乙烯表面产生白色标记，无论基础塑料是什么颜色。这种白色标记是通过发泡机理产生的：激光能量在材料表面产生微小的气泡，改变其光学性质并形成可见的对比度。所产生的标记经久耐用，能耐受包括紫外线照射和化学接触在内的环境因素。

CO2 激光器更常用于对聚乙烯进行蚀刻或雕刻，而不是表面打标。CO2 激光 10.6 微米的波长被聚乙烯高度吸收，可通过汽化去除材料。这种方法形成凹陷标记，可提供触感反馈和出色的耐久性，但在某些材料颜色上的光学对比度可能低于光纤激光标记。

聚乙烯激光打标的难点

由于聚合物固有的特性，在包括聚乙烯在内的聚烯烃塑料上进行激光打标和雕刻存在难点。从 HDPE、LDPE 到 LLDPE 的不同聚乙烯类型，本身的打标表现各不相同，需要针对每种材料品种进行专门优化。

没有添加剂时，许多聚乙烯配方产生的标记对比度或清晰度不足。材料在激光辐照下可能变色或烧焦，却不能形成清晰可读的标记。对于白色或浅色聚乙烯产品，这一问题尤为突出，因为很难获得可见的对比度。

事实证明，工作波长为 355 纳米的紫外激光能有效地为聚乙烯和其他难以用常规光纤或 CO2 激光打标的聚烯烃打标。较短的波长引发光化学反应，无需过度热损伤即可产生高对比度标记。不过，与较常见的激光打标技术相比，紫外激光系统是一项可观的资本投入。

聚乙烯用激光打标添加剂

为了在聚乙烯上获得一致、高质量的激光标记，制造商通常会在聚合物配混料中加入激光敏感添加剂。这些添加剂增强材料对激光辐射的响应，使标准激光系统能够更清晰、更快速地打标。

常见的添加剂体系包括锑掺杂氧化锡、三氧化二锑，以及各种含有铝颗粒或混合金属氧化物的专有化合物。这些材料能有效吸收激光能量，并促进聚乙烯表面发生变色反应。添加剂的类型和浓度必须根据期望的打标对比度、基础材料颜色和最终应用的法规要求仔细选择。

当与聚乙烯适当混合时，激光打标添加剂、色料和化合物对聚合物性能没有不利影响。市面上有满足包括 UL、NEMA、FDA、RoHS 和 Yellow Card 认证在内的严格法规要求的配方，使受监管行业的产品无需对基础材料重新认证即可进行激光打标。

先进的打标技术

激光打标技术的近期发展显著提升了聚乙烯的加工能力。激光专用炭黑和二氧化钛与发泡剂相结合，能够在更快的打标速度下提供更优的对比度质量和线条边缘清晰度。

在线飞行激光打标系统能以惊人的速度为聚乙烯产品打标，字母数字文本和简单图形的速度可达每分钟 2,000 件。这一能力使激光打标能够集成到瓶子、瓶盖和挤出产品的高速生产线中，而不会在生产流程中造成瓶颈。

激光切割与雕刻

聚乙烯对 CO2 激光切割响应良好，材料能有效吸收红外波长并干净地汽化。适当的激光参数可产生光滑的切割边缘，没有明显的毛刺或材料降解。切割速度和质量取决于材料厚度、激光功率和辅助气体的选择。

对于需要经受磨损的较深标记，激光雕刻通过去除材料形成凹陷特征。可能需要多次激光道次才能达到所需深度，而不会造成周围材料过度熔化或变形。可以在雕刻区域填充颜色以增强对比度，但必须考虑填充材料在苛刻环境中的耐久性。

行业应用

经激光加工的聚乙烯可服务于多种行业应用：

• 管道标记，采用符合燃气和供水系统行业标准的永久性识别代码
• 电线电缆标记，适用于需要长期识别的电气和通信应用
• 容器和瓶子标记，用于产品识别、批号代码和促销应用
• 医疗器械和包装标记，满足追溯所需的 UDI 要求
• 汽车部件识别，用于零件追踪和防伪措施

改变加工方式的牌号差异

聚乙烯是一个家族而不是单一材料，界定每个牌号的密度同样决定了它如何打标、粘接和焊接：

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在生产中的应用

The Sabreen Group 为聚烯烃的打标、预处理和装饰提供独立的工程支持。如果您正在确定工艺规范、评定材料或排查生产问题，我们的工程服务团队可以提供帮助。欢迎联系我们探讨您的应用。

常见问题

聚乙烯激光打标需要添加剂吗？

对于 1064 nm 的光纤打标，实际上需要。脂肪族主链会解聚成挥发性物质，而不是留下碳残留，因此本色聚乙烯几乎没有对比度或完全没有对比度。着色和填充牌号有时依靠配方中已有的成分就能获得可接受的打标效果，因此在指定添加剂之前应先筛查实际牌号。紫外光源在不加辅助的情况下对聚烯烃打标效果更好。

聚乙烯薄膜上的电晕处理能持续多久？

数天到数周，存在爽滑剂和抗粘连添加剂时则更短，因为这些添加剂会迁移到表面并取代处理效果。薄膜应在经验证的窗口内印刷或复合，而不是无限期存放，并且任何已老化的卷材在运行前，都应沿卷材宽度重新测量达因值。

不同的聚乙烯牌号表现相同吗？

不相同，而且差异很重要。LDPE 和 LLDPE 柔软且对热敏感，因此电晕处理是标准途径；HDPE 具有足够的热容量，可以承受火焰处理。UHMWPE 比两者都更为惰性，是最难粘接的聚合物之一，通常需要等离子体或专门的途径。应按牌号而不是按家族进行评定。

为什么经处理的薄膜起初印刷良好，之后却变差？

这是两种看起来相似的独立效应。处理效果随聚合物链重新取向而衰减，此外低分子量添加剂还会迁回到表面。在聚乙烯上，后者通常是更大的因素。两者都不能通过提高功率密度来解决——过度处理会形成弱的、过度氧化的层，发生内聚失效，还可能使薄膜产生针孔。

聚乙烯可以激光焊接吗？

可以，但其半结晶结构会散射光束，因此透过上层部件的透射率比非晶聚合物低且更不稳定。接头界面需要吸收剂，需要通过成型条件严格控制结晶度，而且工艺窗口更窄。在颜色允许的情况下，炭黑仍是经济的吸收剂。

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