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聚合物材料激光标记的研究
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2019/3/13 7:35:40  

摘要:在实际的生产生活中,有许多常用的塑料商品需要在材料表面进行标记,通常的做法事进行涂装工艺。但是,一般的涂装工艺比较复杂,而且涂装工艺所需的有机原料对环境有着很严重的污染问题。并且,涂装后的产品在表面会残留有毒有害物质,对高分子产品的用途有着极大的限制。所以激光标记技术可以很好的额驸上述缺点,并且有着较快的加工速度和较高的灵活性。

激光标记的主要工作原理是利用激光的辐射,在聚合物局部极小的地方形成高能量,利用聚合物合适的导热性和对激光的吸收性能,将激光能量部分转化为热能。当聚合物吸收的热能到达一定程度时,热能促使聚合物能自身发生物理或化学反应,在材料表面及表面以下一定深度形成标记效果。目前,常用的激光有很多种,但存在一定程度的不可控因素。所以,掺钕铱铝石榴石(Nd:YAG)激光因为可控的光束成为目前为止最为理想的可靠的标记激光光源[41,42]。

关键词:聚合物材料 激光标记

1激光标记的分类

目前为止,根据激光的实际标记效果的不同,可以将激光标记分为三类,分别是在深色材料上进行浅色标记,在浅色材料上进行深色标记和彩色标记。因为激光标记性能是根据材料自身而定的,所以单一的聚合物无法同时激光标记处三种效果,也会存在部分聚合物材料对激光的吸收能力不强,无法产生聚合物表面的炭化或发泡现象,达不到标记效果。激光标记的效果也会根据激光光源的参数和材料中不同的激光标记添加剂而决定,单一的激光标记添加剂也无法同时产生上述的三种标记效果。

1.1深色材料上的浅色标记

深色材料上的浅色标记主要是利用聚合物材料的热反应的过程。首先将激光的能量传递给聚合物材料,聚合物材料将激光能量转化为热能,聚合物材料受热发生熔融,燃烧或气化现象,聚合物在表面以下分解形成气态分子,形成发泡现象,在发泡处得到较高的光线折射率,形成明显的浅色标记现象。当形成的气态分子较多时,气泡胀裂,聚合物材料表面形貌不均,光线的发射角度不同,也会形成浅色标记效果。

1.2浅色材料上的深色标记

浅色材料上的深色标记主要是利用聚合物材料的炭化现象。同理聚合物材料受热,发生热反应。但是材料自身颜色浅,而且链段含有较多的碳原子。所以聚合物材料在高温的作用下,发生的热氧降解火燃烧等化学反应,产生一定数量的残碳,形成黑色或灰色标记效果。

1.3彩色标记

目前,彩色标记还较难在聚合物材料上展开。因为聚合物材料自身的所含分子种类较为单一,且对于激光热量的转化不可控等,很难利用聚合物自身特性进行彩色标记。目前彩色标记的主要途径是利用物理黏合法和化学改性法。

2激光标记剂

激光标记添加剂主要可以分为无机添加剂,有机添加剂和复合添加剂。根据激光标记效果可以分为黑色炭化标记,白色发泡标记和利用热化学反应产生的有色聚合物诱导标记。常用的激光标记添加剂为无机添加剂,激光标记效果也多为黑色炭化标记。有机添加剂经常与无机添加剂混合使用已达到更好的标记效果。

3激光标记研究进展

聚合物材料的激光标记技术已经在很多行业和领域得到广泛的应用。激光标记的聚合物材料的产品具有质量优秀,生产成本低等的特点,激光标记的生产工艺具有高效,无污染等特点,为现代聚合物标记提供了广阔的发展空间。为获得聚合物材料更好的标记效果,减少激光标记对聚合物其他性能的影响,满足低成本,高效,环保等需求,众多的科研工作者将改进方向设定在激光添加剂和对激光的可控性方面。

陈锐[43]等研究了激光标记的工艺参数对车用聚丙烯的激光标记性能的影响,利用色差变换和明暗变化筛选出了激光标记的最优工艺条件。研究发现,当激光标记的电流为14-15A,频率为1-3kHz,步长为0.005mm时,色差变化和明暗变化最明显,激光标记效果最好。

日本化药株式会社申请的发明专利“标记组合物及其模塑制品和标记方法”研究并发明了一种用于PP或PE的激光标记添加剂[44]。这种添加剂的主要原料是颗粒尺寸0.5-10μm的云母和二氧化钛。其中云母的主要是起到了着色剂的作用,二氧化钛则是为了抵消深棕色激光标记效果存在红色的现象,增强了激光标记的鲜艳度。

邱鹏飞[45]等研究了聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)/三氧化二锑(Sb2O3)复合材料的激光标记性能及机理。研究结果表明,三氧化二锑可以明显的改善PBT的激光标记性能。当Sb2O3的质量分数为3%时,复合材料生成的无定形碳含量最多,炭化深度最深,标记处的氧元素含量最多,且复合材料中Sb2O3晶型结构没有发生变化,激光标记效果最佳。

参考文献

[1]   Xian J,Lawrence T,Drzal.Improving electrical conductivity and mechanical properties of high density polyethylene through incorporation of paraffin wax coated exfoliated graphene nanoplatelets and multi-wall carbon nano-tubes[J].Composites Part A,2011,42(11):1840-1849

[2]   Zhang H,Zheng W,Yan Q,et al.Electrically conductive polyethylene terephthalate/graphene nanocomposites prepared by melt compounding[J].Polymer, 2010,51(5):1191-1196

[3]   Liu W,Do l,Fukushima H,et al.Influence of Processing on Morphology, Electrical Conductivity and Flexural Properties of Exfoliated Graphite Nanoplatelets-Polyamide Nanocomposites [J].Carbon letters,2010,4(11):279-284.

[4]   Li J,Kim J K,Man L S. Conductive graphite nanoplatelet/epoxy nanocomposites:Effects of exfoliation and UV/ozone treatment of graphite[J].Scripta Materialia,2005,53(2):235-240.

[5]   李新法, 赵磊, 曲良俊,等.SA型透明尼龙热机械性能研究[J]. 高分子材料科学与工程, 2006, 22(05): 144-146.

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