激光技术在塑料加工中的应用

冰源

利用激光束，人们可以将日期、地区代码、文字信息、条形码、标识语或装饰图案等印在塑料制品上。与其他标志技术如压染印刷和喷墨印刷相比，激光标志技术更为清洁，更能为环境所接受。
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采用激光标志技术在制品上打上标志尽管激光标志技术的出现已经有几十年的历史了，但它的发展却一直比较缓慢，其中颜色的限制是推广该技术的最大障碍，另外，昂贵的激光标志仪器也让塑料加工商们望而却步。但最近树脂和颜料生产厂商成功地扩大了激光标志技术的颜色范围，新的激光标志技术也提高了生产效率。例如有一种激光发射器可以用一束激光同时加工2个零件。这些技术上的进步重新激起了人们对激光标志技术的兴趣。
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采用激光标志技术可以得到各种颜色由于激光束的路径可以由电脑自由地控制，所以激光标志技术比使用墨水和蒙片的印刷方法更灵活，并能够更好的运用于定制产品。另外由于这种技术不需要墨水、溶剂、蒙片和其他耗材，所以其加工成本也相对比较便宜。

5 U4 F; T* u  w8 d3 I8 K& O7 pCO2 激光发射装置应用广泛目前的激光技术多用于实用方面，而很少被应用于产品的装饰上，例如，利用激光标志技术将批号、日期、编码等印在塑料制品上。汽车和电子设备的生产商通过它将产品的历史、库存编号及使用信息印在各种零件上。目前，激光标志技术也逐渐被应用在电脑键盘、手机和计算器上的字母和数字的印刷中，同时它还可用于印刷汽车仪表盘塑料控制按钮上的显示信息。
树脂及添加剂
几乎所有的商用树脂都可以通过激光标志技术来进行加工，另外有一小部分树脂需要加入添加剂后再进行加工。激光通过4种不同的物理或化学过程在塑料制品上印上标志： 变色、发泡、蚀刻以及变色蚀刻。变色是由于激光束在塑料表面产生局部高温，继而引起化学反应而产生的。发泡归因于聚合物分子物理结构的改变，它使被照射表面呈现出浅色。蚀刻是通过树脂表面融化和再次凝固而得到的，被照射部分的外观和周围未照射部分不同。变色蚀刻则是由高强度的激光照射塑料表面发生的蚀刻和部分碳化而产生的。
利用激光技术可能在深底上得到一个浅色标志，也可能在浅底上得到一个深色标志，这取决于使用的原料及添加剂。最常用的激光标志技术可得到白色、黑色以及各种不同梯度的灰色。但最新的技术可在彩色背景上得到深色或浅色标志。这些标识可以呈现白色、黑色或各种不同梯度的背景色。
& {- N/ O# q$ T添加剂在激光标志技术中扮演着一个重要的角色。它们可以提高聚合物对激光的敏感度，从而使被照射部分和未被照射部分的对比加强。例如，聚乙烯和聚丙烯对普通激光的吸收很差，因此必须加入添加剂才能对其采用激光标志技术。其他聚合物，如PVC、PET和 ABS则很容易吸收激光，所以无需加入添加剂。添加剂还可用于改善被照射塑料表面的性能，并加快标志的速度。
; l1 C" ^, O4 |/ U: n$ O; m+ w% n 在激光标志技术中最常用的添加剂有：金属氧化物涂覆云母、粘土、滑石粉和锑、铜及其他金属盐。目前，Clariant、Engelhard、Merck、Ticona、 PolyOne以及Bayer等公司都能够提供激光标志技术专用的添加剂、颜料及树脂，而且许多供应商可以提供顾客所需的特定树脂，里面混有用于激光标志的添加剂、颜料和着色剂。
仪器设备
最常用的塑料标志激光装置是二氧化碳激光器和钕-钇铝石榴石激光器(亚格激光器)。因为与后者相比更为便宜，所以二氧化碳激光器的使用更为广泛。二氧化碳激光器能发射出波长为10.6μm的远红外线，激光照射到带图案的面板上从而制得标志。有些机型还可以通过点矩阵将激光束转化为激光点。最新的二氧化碳激光器能够提供连续的激光束，因此可以像笔一样将信息写在塑料零件上。在生产量很大、但对图案精度要求不是很高的情况下，适于选择二氧化碳激光发射装置，因为它每分钟可印出多达6000个标志。二氧化碳激光器能够加工刻画大部分标志，如日期、编码、文字信息等。
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+ R! s# X2 P' n% O7 n  y1 ]钕-钇铝石榴石激光器激光发射装置灵活度大，精确度高与二氧化碳激光器相比，亚格激光器更为灵活，改变标志形态及字体等操作也更加容易掌握。该激光器的另一个优点是它能够制作出高精确度的标志，所以它适用于需要高质量标志的场合，如电子连接器和医用器械。目前最新的设备还能够一次刻画出两个标志，从而大大提高了生产效率。亚格激光器能发射出1.064μm的近红外线、绿光波和紫外线，但是一台完整的亚格激光发射装置的平均成本比二氧化碳激光器的成本要高出一倍。

5 r7 _4 y* {7 n! R* [/ N钕-钇铝石榴石激光发射装置在尼龙11上做出的标志现在的激光标志设备完全由电脑所控制，通常允许操作者在生产过程中改变命令，其线速度可达1000mm/s。
配方
人们需要得到的往往是那种和周围环境对比更为明显的激光标志，所以配方设计师必须熟悉怎样将树脂、添加剂和激光装置结合起来以得到最佳效果。由于不同的添加剂在特定的激光装置中会产生不一样的效果，有些添加剂会引起不必要的变色或物理性能的下降，比如，页硅酸盐和云母在二氧化碳激光发射装置上得到的标志最理想，而锑氧化物则在亚格激光发射装置上能够取得最佳的效果。因此，塑料加工商必须知道他们在激光标志过程中所使用的添加剂的性能及其存在的缺点。
1 A; Q' B; N7 b) s% r因为大部分塑料包含了其他的一些添加剂，诸如增塑剂、稳定剂、阻燃剂、脱模剂、抗静电剂和颜料等，所以还必须测试一下这些添加剂会对激光标志添加剂产生什么影响。树脂中已有的添加剂有时候对激光标志有增强效果，但有时也会起到削弱的作用。
+ y3 c4 q6 |3 L* W; X* w另外，进行激光标志的树脂配方中还有可能含有诸如玻璃纤维、着色剂、阻燃剂等其他添加剂，所以加工商可以选择特殊的混合服务，要求配方研究人员对这些添加剂进行最佳组合混配以达到最理想的综合性能。一般来说，尤其要对聚酰胺、聚丙烯和聚碳酸酯树脂等进行重点考虑。
如果加工商需要将激光标志添加剂直接加入树脂颗粒中，一般建议将偶联剂添加到树脂颗粒表面，这样可以避免树脂与添加剂的分离。另外，在考虑使用性能时，应首先了解所有激光标志添加剂的安全性能。如果最终产品将被用于食品或药品上，这点尤为重要。
6 o* o* [+ h/ O3 O文章关键词： 激光、塑料、加工