周彬(安徽紐麥特新材料科技股份有限公司，安徽 蕪湖 241000)

0 引言

聚丙烯與其他通用熱塑性塑料相比有著較多的優(yōu)勢(shì)，如在實(shí)際應(yīng)用中，其能夠性能優(yōu)良遠(yuǎn)超過通用熱塑性塑料，且質(zhì)量輕、耐溶劑性好、易加工、易回收，在高溫下仍然無毒，符合當(dāng)前我國(guó)環(huán)保建設(shè)的實(shí)際需求。同時(shí)聚丙烯能夠進(jìn)行回收再利用，為使其制品能夠分辨，需要在其出廠時(shí)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，如：絲網(wǎng)印刷、轉(zhuǎn)移印刷和油墨印刷等，但在制件貯存、搬運(yùn)、使用等過程中由于刮擦，標(biāo)識(shí)出現(xiàn)了磨損、褪色等問題，且會(huì)造成一定的環(huán)境污染。當(dāng)前時(shí)代群眾對(duì)生活品質(zhì)提出了更高的要求，對(duì)環(huán)境影響控制不斷加強(qiáng)，因此為了提高打標(biāo)的可追溯性和環(huán)保性，需要合理應(yīng)用色粉進(jìn)行激光打標(biāo)，從而滿足時(shí)代的發(fā)展需求。

1 色粉對(duì)聚丙烯復(fù)合材料激光打標(biāo)的作用

激光打標(biāo)是一種新型的標(biāo)記方法，聚丙烯激光打標(biāo)技術(shù)的應(yīng)用，也是未來的發(fā)展趨勢(shì)之一，可以用于蝕刻塑料控制按鈕上的信息，保證信息的可見度。激光高能量連續(xù)作用在樣件表面，通過光能使表層物質(zhì)發(fā)生物理化學(xué)變化，保證表面現(xiàn)有的物質(zhì)可以隨著應(yīng)用而蒸發(fā)，在燒蝕后永久留下標(biāo)記。通過實(shí)際應(yīng)用中的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，色粉對(duì)于聚丙烯復(fù)合材料的打標(biāo)有關(guān)鍵作用，具有打標(biāo)速度快、可控程序高的優(yōu)勢(shì)，可以適應(yīng)不同環(huán)境下的要求[1]。

激光打標(biāo)根據(jù)效果可以分為三類，每個(gè)種類有著一定的區(qū)別，如淺色基體標(biāo)記深色，此類打標(biāo)多用于永久標(biāo)注，深色不可應(yīng)用于臨時(shí)打標(biāo)，而深色基體標(biāo)記淺色則是多用于臨時(shí)打標(biāo)，需要通過其他工藝將臨時(shí)打標(biāo)轉(zhuǎn)換為永久標(biāo)記；標(biāo)記彩色則是一種特殊標(biāo)記，多用于區(qū)分不同類別的標(biāo)記，其中以深色基體標(biāo)記淺色標(biāo)記效果最為明顯，其研究也最為廣泛。但在PP復(fù)合材料實(shí)際使用過程中，往往會(huì)通過添加色粉對(duì)其配色，因此目前對(duì)深色基體激光標(biāo)記效果的研究主要集中在激光的功率密度、材料與激光的作用時(shí)間等工藝參數(shù)，通用使用酞青藍(lán)、酞青綠、炭黑和鈦白粉等色粉配制標(biāo)準(zhǔn)顏色，避免材料組分對(duì)激光打標(biāo)效果的影響。色粉對(duì)激光標(biāo)記效果的影響機(jī)理尚不明確，在研究中需要以聚丙烯復(fù)合材料為基礎(chǔ)體系，對(duì)色粉種類以及含量對(duì)激光打標(biāo)效果進(jìn)行深入探究。

2 色粉對(duì)聚丙烯復(fù)合材料激光打標(biāo)實(shí)驗(yàn)

2.1 主要原材料選擇

色粉對(duì)聚丙烯復(fù)合材料激光打標(biāo)實(shí)驗(yàn)首先便是確認(rèn)主要原材料，本文選用了云母母粒、潤(rùn)滑劑芥酸酰胺、酞青藍(lán)、炭黑、酞青綠、聯(lián)苯胺黃、鈦白粉以及聚丙烯M2600R、M1200HS、Z30S作為原材料，生產(chǎn)廠家如表1所示。

表1 主要原材料

2.2 儀器及設(shè)備選擇

儀器及設(shè)備是色粉對(duì)聚丙烯復(fù)合材料激光打標(biāo)實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，其決定了獲取各類數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，本次實(shí)驗(yàn)激光打標(biāo)機(jī)選擇了深圳泰德激光科技有限公司生產(chǎn)的泰德激光Nd-YAG型；而該機(jī)械設(shè)備由南京瑞亞高聚物裝備有限公司生產(chǎn)的雙螺桿擠出機(jī)SHJ-30型，整體的性能較高，適合本次實(shí)驗(yàn)；注塑機(jī)則選擇了由，浙江海天注塑機(jī)有限公司生產(chǎn)的B-920型設(shè)備；最后測(cè)色儀為Utra scan XE型，由美國(guó)Hunter Lab公司，最終完成了本次實(shí)驗(yàn)。

2.3 試樣制備

在制備過程中按一定比例稱量原料，通過熔融共混、注塑成型制備復(fù)合材料樣板，在準(zhǔn)備原材料及相關(guān)儀器設(shè)備后需要進(jìn)行試樣制備，其對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)是否成功也有著關(guān)鍵的作用。用激光打標(biāo)機(jī)進(jìn)行激光打標(biāo)。在此過程中需要注意，粒料需要在80 ℃烘箱中烘干2 h，制備中必須用高混機(jī)混合均勻，將波長(zhǎng)應(yīng)控制在1 064 nm，然后在190～220 ℃條件下通過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，最后在200 ℃溫度條件下注塑成標(biāo)準(zhǔn)黑色色板，從而滿足本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)際需求。

2.4 性能測(cè)試

通過Nd-YAG型打標(biāo)機(jī)在色板表面標(biāo)記出直徑為40 mm圓形，在相同工藝參數(shù)條件下，對(duì)激光打標(biāo)效果通過色差儀進(jìn)行評(píng)價(jià)，要求材料打標(biāo)前后的明暗度變化為絕對(duì)值，實(shí)驗(yàn)中測(cè)試儀器為Utra scan XE，評(píng)價(jià)指標(biāo)用|ΔL|表示。最后應(yīng)用ΔE表示材料打標(biāo)前后的色差變化[2]。

3 色粉對(duì)聚丙烯復(fù)合材料激光打標(biāo)結(jié)果

3.1 色粉組成對(duì)聚丙烯的影響

以標(biāo)準(zhǔn)色板為基礎(chǔ)進(jìn)行配色，聚丙烯樹脂云母母粒以及其他小組分添加成分表面的黑色色粉會(huì)被燒蝕而暴露出其他深 層 顏 色 的 色 粉，M2600R、M1200HS、Z30S、YBL-MMG75-3NC、芥酸酰胺的具體配比為11.4∶17∶41∶30∶0.6，同時(shí)通過調(diào)整色粉含量生成三種色粉組成配方，具體如表2所示。通過表2可知，1#～3#在樣板表面產(chǎn)生顏色差異，且黑色PP色板表面在激光照射后會(huì)吸收能量，色板標(biāo)記越白對(duì)比效果越好。

表2 聚丙烯復(fù)合材料的色粉組成 單位：g/25 kg

1#～3#樣板激光打標(biāo)在相同的色差條件下，1#～3#樣板的|ΔL|和ΔE逐漸增大，3#樣板激光打標(biāo)圖最清晰，通過打標(biāo)前后的|ΔL|和ΔE量化了1#～3#樣板激光打標(biāo)色差結(jié)果，打標(biāo)后1#～3#明度和色差都在逐漸增加，詳細(xì)情況如表3所示，其中3#的|ΔL|、ΔE最高，1#的|ΔL|、ΔE最低。

表3 聚丙烯復(fù)合材料樣板激光打標(biāo)效果

3.2 酞青藍(lán)對(duì)激光打標(biāo)效果的影響

鑒于3#樣板相較于其他兩種樣板標(biāo)記結(jié)果更為清晰，因此研究色粉種類和色粉含量對(duì)激光打標(biāo)效果的影響，打標(biāo)后色差結(jié)果匯總?cè)绫?所示。從表中可以看出，炭黑樣板標(biāo)記效果逐漸變暗，阻礙能量向深層樣板傳遞，在實(shí)驗(yàn)中將含量進(jìn)一步提高至100 g/25 kg時(shí)，酞青藍(lán)熱穩(wěn)定性降低，激光打標(biāo)燒蝕后在樣板表面富集越多，仍與未打標(biāo)區(qū)域形成較大色差。由此可知酞青藍(lán)既可以吸收能量，又可以在表面富集提升標(biāo)記效果。

表4 不同色粉樣板激光打標(biāo)效果

3.3 炭黑對(duì)激光打標(biāo)效果的影響

在實(shí)驗(yàn)中3#與6#，7#樣板對(duì)比可以看出|ΔL|逐漸降低，如繼續(xù)降低則清晰度也會(huì)隨之下降。炭黑是高效的激光吸收劑，激光的能量能夠很好地向材料深處傳遞，邊界也較為清晰，激光的能量大部分被表面的炭黑吸收，能量無法很好地向深處傳遞，最終標(biāo)記效果較差。

3.4 酞青綠對(duì)激光打標(biāo)效果的影響

酞青藍(lán)和酞青綠含量對(duì)激光標(biāo)記效果有一定的作用，可判定酞青綠對(duì)激光打標(biāo)的影響與酞青藍(lán)一致，綠色或藍(lán)色色粉含量進(jìn)一步增多后，打標(biāo)效果無明顯增強(qiáng)，但可有效減弱激光能量，共同影響激光打標(biāo)色差|ΔL|和ΔE。

3.5 鈦白粉對(duì)激光打標(biāo)效果的影響

在上述表格中的樣板對(duì)比可以看出，出鈦白粉與激光燒蝕有著富集相互作用，鈦白粉含量的提高會(huì)使|ΔL|和ΔE均明顯降低，使部分激光能量被吸收，打標(biāo)效果減弱。研究顯示鈦白粉可以提高材料耐溫性能，如果進(jìn)一步提高鈦白粉的含量到75 g/25 kg，|ΔL|和ΔE值無明顯變化，可以結(jié)合實(shí)際情況選擇應(yīng)用。

4 結(jié)語

本文研究了不同色粉種類和色粉含量對(duì)聚丙烯樣板激光打標(biāo)的影響，通過表格數(shù)據(jù)整理了樣板打標(biāo)前后明暗度變化絕對(duì)值以及色差變化，其中炭黑含量會(huì)明顯降低激光打標(biāo)效果，而酞青藍(lán)和酞青綠對(duì)激光打標(biāo)清晰度具有兩面性作用，少量提高鈦白粉含量會(huì)對(duì)激光產(chǎn)生遮擋，如：藍(lán)綠色可以提高比例會(huì)降低激光打標(biāo)效果，但含量增高的影響效果不大；而炭黑則對(duì)激光有著一定的遮擋作用，會(huì)與富集作用相抵消，含量越高，標(biāo)記效果越差；而鈦白粉的含量增高則對(duì)激光打標(biāo)效果影響不大，但會(huì)對(duì)激光打標(biāo)質(zhì)量的改善作用。