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本文主要研究了改性黑色聚丙烯材料中HDPE、LDPE、POE以及黑色母等成分對(duì)蓄電池塑蓋激光打標(biāo)效果的影響，并通過(guò)共混改性的方法，在PP樹(shù)脂中添加一定份數(shù)的激光打標(biāo)劑（光敏劑或熒光劑），有效地提高了黑色聚丙烯材料的激光打標(biāo)效果。

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，合成樹(shù)脂材料因其獨(dú)特的本征特性在汽車工業(yè)、航空航天業(yè)、電子業(yè)和醫(yī)學(xué)業(yè)等領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。同時(shí)，由于社會(huì)分工日益細(xì)化以及產(chǎn)品同質(zhì)性越來(lái)越強(qiáng)，差異性越來(lái)越少，產(chǎn)品制造商除了制造優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品外，越來(lái)越注意通過(guò)對(duì)產(chǎn)品實(shí)行標(biāo)記，承載一定的信息以表明自身產(chǎn)品的獨(dú)特性并保障對(duì)自身產(chǎn)品的信息可追溯性。

產(chǎn)品體積日益小型化和產(chǎn)品承載信息的日益擴(kuò)大化使得傳統(tǒng)的印刷、熱塑、機(jī)械雕刻等傳統(tǒng)工藝逐漸顯現(xiàn)出其局限性，同時(shí)，由于激光打標(biāo)技術(shù)具有清潔、高效不損壞基體材料以及具有高分辨率等優(yōu)點(diǎn)，其在合成樹(shù)脂上打標(biāo)日益顯現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

激光打標(biāo)機(jī)的原理是利用激光輻射，在聚合物基體內(nèi)產(chǎn)生局部高能量，這些能量被聚合物基體或添加劑吸收，轉(zhuǎn)化成熱能，從而引發(fā)聚合物內(nèi)部的各種物理或化學(xué)變化，產(chǎn)生標(biāo)記效果。

近幾年來(lái)，激光在塑料材料上的打標(biāo)應(yīng)用得到快速的發(fā)展，同時(shí)，在蓄電池的生產(chǎn)車間激光打標(biāo)技術(shù)也已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

在蓄電池殼體注塑過(guò)程中，注塑材料往往是由一種原料和多種添加劑共混而成，以黑色聚丙烯殼體為例，該種注塑殼體的混合料一般是由聚丙烯原料、以及部分黑色母、聚乙烯、POE共混而成。由于是共混料，因此殼體材料的均一次性無(wú)法保證，也正是由于這個(gè)原因，導(dǎo)致蓄電池塑殼在進(jìn)行激光打標(biāo)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一定數(shù)量的激光打標(biāo)失效殼體，影響了電池外觀質(zhì)量及產(chǎn)品的可追溯性。

針對(duì)這一問(wèn)題，本文在黑色聚丙烯注塑殼體體系下探討了注塑材料中個(gè)添加劑對(duì)激光打標(biāo)效果的影響。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料與試劑

PP(共聚級(jí))，主要由沙比克天津石化分公司和北歐化工提供;HDPE、LDPE、POE，由美國(guó)陶氏化學(xué)提供;黑色母，由奇欣塑業(yè)有限公司提供。

2.2 主要儀器、設(shè)備

立式混料機(jī)(SHR-50A型)，張家港泰榮機(jī)械制造有限公司;雙螺桿擠出機(jī)(SHJ-36型)，南京杰恩特機(jī)電有限公司;立式混料機(jī)(SHR-50A型)，張家港泰榮機(jī)械制造有限公司;注塑機(jī)(HTF-360型)，寧波海天塑料機(jī)械有限公司;微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(CMT6104型)，美特斯工業(yè)系統(tǒng)(中國(guó))有限公司;擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)(ZBC7151-B)型，美特斯工業(yè)系統(tǒng)(中國(guó))有限公司；紫外激光打標(biāo)機(jī)，武漢元祿光電技術(shù)有限公司。

2.3 實(shí)驗(yàn)方案

蓄電池殼體材料使用的聚丙烯是主要是由PP、PE嵌段共聚而成，后續(xù)改性過(guò)程中會(huì)增加增韌劑以及色母等。所以，一般生產(chǎn)原料聚丙烯是由LDPE、HDPE、POE、黑色母等共混改性而成，所以項(xiàng)目組探討了各類成分對(duì)黑色聚丙烯塑蓋激光打標(biāo)效果影響的研究。具體實(shí)驗(yàn)方案如下：

表1 改性聚丙烯配方

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中雙螺桿擠出機(jī)的九段溫度分別設(shè)定為 175℃、185℃、195℃、215℃、225℃、235℃、235℃、220℃、220℃，螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定為35r/min ，喂料控制在 35r/min。鑄帶經(jīng)冷卻風(fēng)干后，使用冷切粒機(jī)造粒。共混物顆粒干燥后使用注塑機(jī)注塑成符合測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)殼體，注塑溫度為 210-260℃。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 聚丙烯中各成分對(duì)激光打標(biāo)質(zhì)量的影響分析

圖1-3分別是四種料共混造粒、注塑成塑殼后的激光打標(biāo)效果圖，從圖中可以看出四種共混料激光打標(biāo)后的效果良好，顏色對(duì)比明顯，有較好的邊緣清晰度。而圖4，對(duì)比四種混合料的打標(biāo)效果發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是POE、LDPE、還是HDPE與原料和黑色母共混后打標(biāo)效果并無(wú)明顯差異，而且三種共混料與只有黑色母和原料的共混料打標(biāo)效果相同，因此，可以推測(cè)出，部分黑色聚丙烯塑蓋打標(biāo)失效的原因與原料中混入的色母有關(guān)。

3.2 聚丙烯中色母添加量對(duì)激光打標(biāo)質(zhì)量的影響分析

1)實(shí)驗(yàn)方案

為找出黑色母對(duì)黑色聚丙烯塑蓋打標(biāo)質(zhì)量的影響，項(xiàng)目組制備了五組含不同份數(shù)黑色母的聚丙烯塑蓋，配比方案(份數(shù)比)如下表：

表2 實(shí)驗(yàn)方案

2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖5、圖6分別是黑色母與原料比為1:100、2:100的共混聚丙烯塑蓋激光打標(biāo)效果圖，從圖中可以看出，兩種材料的打標(biāo)效果基本相同，打標(biāo)顏色正常。

圖7、圖8分別是色母含量為10份、15份的聚丙烯塑蓋，從打標(biāo)效果來(lái)看，含10份色母的聚丙烯塑蓋打標(biāo)效果正常，但是，當(dāng)色母含量達(dá)到15份時(shí)，打標(biāo)效果變差，即塑蓋上只出現(xiàn)了打標(biāo)序列號(hào)的凹槽，而凹槽內(nèi)的聚丙烯顏色并沒(méi)有發(fā)生變化，導(dǎo)致打標(biāo)序列號(hào)不清晰。

隨著色母含量的增大，當(dāng)其達(dá)到20份、25份的添加量時(shí)，打標(biāo)效果同15份色母含量打標(biāo)效果相同，而純色母的塑蓋激光打標(biāo)時(shí)甚至連序列號(hào)凹槽都很難產(chǎn)生(如圖11所示)，這說(shuō)明，聚丙烯共混料中黑色母的份數(shù)會(huì)嚴(yán)重影響打標(biāo)效果，隨著色母含量的增大，打標(biāo)印記顏色對(duì)比度越來(lái)越差。而黑色母含量過(guò)高會(huì)影響塑蓋激光打標(biāo)效果的原因可能是，本次實(shí)驗(yàn)中激光標(biāo)記都是黑色聚丙烯塑蓋標(biāo)記淺色序列號(hào)，而深色基體標(biāo)記淺色序列號(hào)的原理是塑料基體及照射后燃燒或氣化，內(nèi)部某些成分分解產(chǎn)生氣態(tài)分子，出現(xiàn)發(fā)泡現(xiàn)象，這些氣泡被塑料基體包圍，通過(guò)合適的激光能量照射，可以得到具有較高折射率的混合相，在發(fā)泡處呈現(xiàn)淺色標(biāo)記。聚丙烯共混料中色母含量過(guò)高，其中的炭黑等無(wú)機(jī)黑色物質(zhì)將會(huì)阻止激光照射下聚丙烯的發(fā)泡行為，因此，打標(biāo)區(qū)域的聚丙烯顏色變化將會(huì)不明顯。

3.3 適應(yīng)激光打標(biāo)聚丙烯材料的制備

為改善聚丙烯材料的激光打標(biāo)性能，筆者選用了一種市面上銷售的激光打標(biāo)粉作為聚丙烯的改性劑。

表3 激光添加劑的主要成分

該激光打標(biāo)粉一般是由光敏化合物與塑料基體組合而成，經(jīng)過(guò)激光照射后，自身顏色發(fā)生變化，或是通過(guò)吸收熱量引起周圍塑料顏色發(fā)生變化，從而產(chǎn)生明顯標(biāo)記。具體實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

表4 打標(biāo)粉改性聚丙烯實(shí)驗(yàn)方案

從打標(biāo)效果可以看出，當(dāng)色母含量是正常值即5%時(shí)，激光打標(biāo)產(chǎn)生的淺色標(biāo)記亮度大，對(duì)比度高，相對(duì)有較好的邊緣清晰度。而當(dāng)色母含量達(dá)到15%-20%時(shí)，激光標(biāo)記依舊清晰，這說(shuō)明，該種打標(biāo)粉能有效的改善因色母含量過(guò)高而造成的打標(biāo)失效的現(xiàn)象。

3.4激光打標(biāo)粉對(duì)材料力學(xué)性能的影響

圖18中的(a)(b)(c)分別為添加不同份數(shù)色母的聚丙烯材料材料的拉伸、彎曲以及沖擊強(qiáng)度，具體如下所示：

從上圖中可以觀察到，添加激光打標(biāo)劑前后，聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能變化不大(可忽略不計(jì))，也就是說(shuō)，激光打標(biāo)劑的加入對(duì)聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能幾乎沒(méi)有影響。這說(shuō)明激光打標(biāo)劑的加入有效的改善了聚丙烯材料的激光打標(biāo)性能，而并沒(méi)有對(duì)材料的物理性能產(chǎn)生影響，因此該種材料適合用作聚丙烯材料的激光打標(biāo)添加劑。

4 結(jié)論

1.聚丙烯共混料中色母的含量會(huì)影響其激光打標(biāo)性能，而原材料中的POE、PE、以及HDPE等對(duì)激光打標(biāo)性能影響不大。隨著色母含量的增大，其中的炭黑等無(wú)機(jī)黑色物質(zhì)將會(huì)阻止激光照射下聚丙烯的發(fā)泡行為，因此，激光打標(biāo)印記邊緣越來(lái)越模糊，顏色對(duì)比度會(huì)越來(lái)越差。

2. 激光打標(biāo)粉的加入能有效地改善聚丙烯塑蓋的打標(biāo)效果，激光標(biāo)記亮度大，對(duì)比度高，有較好的邊緣清晰度。這說(shuō)明激光打標(biāo)劑的加入使得聚丙烯材料與激光束發(fā)生了有效的反應(yīng)，而材料本身的物理特性并沒(méi)有在反應(yīng)之后發(fā)生改變，因此激光打標(biāo)添加劑在提高聚丙烯材料的激光打標(biāo)效果方面有廣闊的應(yīng)用前景。

文章來(lái)源：微注塑

推薦設(shè)備：紫外激光打標(biāo)機(jī)