CZ20014550A3 - Způsob barevného popisování plastických hmot pomocí laseru - Google Patents
Způsob barevného popisování plastických hmot pomocí laseru Download PDFInfo
- Publication number
- CZ20014550A3 CZ20014550A3 CZ20014550A CZ20014550A CZ20014550A3 CZ 20014550 A3 CZ20014550 A3 CZ 20014550A3 CZ 20014550 A CZ20014550 A CZ 20014550A CZ 20014550 A CZ20014550 A CZ 20014550A CZ 20014550 A3 CZ20014550 A3 CZ 20014550A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- laser
- pigment
- color
- plastic
- layer
- Prior art date
Links
- 239000004033 plastic Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 title claims abstract description 75
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000049 pigment Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims description 2
- 239000008096 xylene Substances 0.000 claims description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 7
- 238000010330 laser marking Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 6
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N acrylonitrile butadiene styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 2
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 239000001023 inorganic pigment Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 239000012463 white pigment Substances 0.000 description 2
- 241000238876 Acari Species 0.000 description 1
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 239000003139 biocide Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004061 bleaching Methods 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940117975 chromium trioxide Drugs 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N chromium trioxide Inorganic materials O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GAMDZJFZMJECOS-UHFFFAOYSA-N chromium(6+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+6] GAMDZJFZMJECOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007739 conversion coating Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004042 decolorization Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 239000004611 light stabiliser Substances 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000005445 natural material Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000012860 organic pigment Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 125000001820 oxy group Chemical group [*:1]O[*:2] 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 238000006552 photochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000019612 pigmentation Effects 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical group 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- XNEOWYGUBMTFKT-UHFFFAOYSA-H trizinc;diphosphate;dihydrate Chemical compound O.O.[Zn+2].[Zn+2].[Zn+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XNEOWYGUBMTFKT-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Thermal Transfer Or Thermal Recording In General (AREA)
Description
Oblast techniky
Předmětem předkládaného vynálezu je proces barevného popisování plastů laserem. Tento proces je založený na přímém spojení barvy respektive pigmentu s plastem. Tuto metodu je možné použít pro řadu plastů.
Dosavadní stav techniky
Laserové značkování je v současné době dobře známý a důležitý prostředek pro rychlé a čisté popisování povrchů plastů identifikačními značkami jako jsou datumové kódy, batch kódy, bar kódy nebo čísla součástek, funkční značky nebo také znaky na počítačových klávesnicích, dekorativní značky a loga společností. Nejobecnější laserové značky jsou většinou tmavá značka na světle obarveném pozadí nebo světlá značka na tmavě zabarveném pozadí. Dnešní klasické laserové popisování plastů je jednobarevné, většinou černo/bílé, přičemž tato barva popisu souvisí s chemickou reakcí plastu nebo složek plastu způsobenou dopadajícím laserovým zářením.
Barevné laserové značení plastických součástek, jako jsou např. elektronické komponenty, nástroje a podobně, je velmi žádoucí kvůli odstranění ekologických komplikací spojených s inkousty, maskami a dalšími tiskařskými nebo “hot-stamping“ metodami, které se nyní používají pro popisování. Současně může být také podstatné i snížení celkové ceny pro barevný popis.
Metody barevného laserového značení plastů, které se v současnosti používají, vyžadují zakomponování potřebných příměsí do plastu již při jeho výrobě. Jsou založeny na několika různých kombinacích mechanismů, které závisí na vlastním plastu, přidané příměsi, povaze barvicího pigmentu a charakteristice laserové energie. Např. karbonizade, která je vyvolána tepelným účinkem laserového záření, způsobí změnu barvy absorbujícího pigmentu nebo odpaření barvy z povrchu plastu.
Laserové značení dovoluje použít bezdotykové procedury dokonce i na jemných, nepravidelných vrstvách, které nejsou snadno dostupné. Možné rychlosti značení jsou s CO2 laserem do 10 000 mms'1, zatímco s Nd-YAG laserem do 2000 mm-s'1. Dvojbarevné vstřikování plastických hmot poskytuje výsledky s nejlepším kontrastem, ale tato metoda není flexibilní vůči změnám grafické úpravy,.
Pro značkování povrchů plastů se používá několik typů laserů. Excimer laser s vlnovou délkou v rozsahu 196-351 nm provádí značení povrchů plastů pomocí fotochemické reakce. Nd-AYG laser v dolních výkonových úrovních s vlnovou délkou 532 nm poskytuje laserové značení pomocí čistění nebo selektivního bělení barviv a pigmentů. Nd-YAG laser s vlnovou délkou 1064 nm provádí značení pomocí sublimace, odbarvení, odpaření a rytí. CO2 laser s vlnovou délkou 10600 nm poskytuje značení pomocí termochemické reakce, roztavení, odpaření a rytí.
Všechny způsoby barevného značkování plastů laserem, které literatura popisuje, jsou založeny na principu předem připraveného plastu, to znamená smíchání plastu při výrobě, například při vstřikování, s různými plnivy, pigmenty, absoibéry daného laserového záření. Pigmenty se užívají pro vytvoření barevného pozadí. Jako aktivní látky se používají např. hydráty kovů, které po ozáření ztrácejí vodu a zabarvují se.
Pro zajištění světelného kontrastu se používá uhlíková čerň. Uhlíková čerň se po absorpci laserového záření rozloží na těkavé komponenty. Tyto těkavé komponenty zaplaví povrch, což vede k rozptylování světla a tím k vytvoření světlého dojmu. Jako příměsi zvyšující kontrast se dále používají například Zn3 (PO4)2 -2H2O (dihydrát fosforečnanu zinečnatého). Jinou možností je použití oxidu titaničitého TiO2 nebo kombinace oxidu titaničitého a oxidu chromového (TiO2+CrO3), které jsou vhodné na značení pouzder elektrických součástek. Po ozáření CO2 laserem se původně šedý materiál stane jasně zlatý a poskytne trvanlivou značku s vysokým kontrastem. Další možností jsou silikáty, které jsou vhodnými plnivy pro polymery
->
s malou absorpcí v infračerveném spektru jako jsou polyolefiny, polystyren a acrylonitril-butadien-styren.
Hlavní nevýhodou dosud používaných způsobů barevného popisování plastů je, že se předem musí do plastu zakomponovat pro určitou barvu vhodné aditivum.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nevýhody odstraňuje způsob barevného popisování plastických hmot pomocí laseru podle předkládaného vynálezu. Jeho podstatou je, že se povrch vzorku plastu, který má být opatřen barevným popisem či jiným vyobrazením, nejprve zbaví nečistot a cizích materiálů. Na takto očištěný povrch se nanese rovnoměrná vrstva pigmentu smíchaného s vybraným kapalným médiem v poměru 1:3, a kde tloušťka této vrstvy po zaschnutí je v rozmezí několika desítek μίτι. Tato vrstva se nechá vyschnout a poté se v celé své hloubce v místech požadovaného vzniku barevného popisu či jiného vyobrazení termalizuje pomocí laserového záření. Vlnová délka tohoto laserového záření se nachází v infračervené oblasti, cca 1 až 11 μιτι. Tím lze pro daný účel použít lasery vyzařující v této oblastí a s výkonem dostačující pro termalizaci, například Nd:YAG, Er:YAG, CO2 lasery. Nakonec se z povrchu vzorku plastu s termochemickou reakcí vzniklým barevným popisem či jiným vyobrazením odstraní nežádoucí zbytky pigmentu.
V některých případech, zejména když se jedná o plasty s vysokým leskem povrchu, je výhodné, když se povrch vzorku plastu před nanášením vrstvy pigmentu zdrsní například chemickými nebo mechanickými prostředky.
Jako kapalné médium pro smíchání s pigmentem lze použít vodu, čistý líh nebo xylen v poměru 1:3.
Jako laser lze použít zdroj elektromagnetického záření v intervalu 1 až 11 μιτι. Ve výhodných provedeních se použije laser s regulovatelným výkonem.
Výhodou uvedeného způsobu barevného popisování plastických hmot pomocí laseru je, že kromě obecných výhod laserového popisu - rychlost, přesnost, snadná změna šablony, bezkontaktní způsob, možnost popisu nerovných povrhů - se zde navíc vytvoří i barevný popis nezávislý na chemickém složení a původní přípravě plastu.
• ·♦
Přehled obrázků na výkresech
Na obr.1 je uveden schematicky příklad uspořádání zařízení pro provádění způsobu barevného popisování plastů podle předkládaného řešení. Na obr.2 a 3 jsou uvedeny příklady uspořádání pro regulaci výkonu laserového svazku.
Příklady provedení vynálezu
Nejprve je uveden stručně celý postup a poté je věnován podrobnější popis jednotlivým krokům.
Předkládaný proces barevného popisování plastů laserem je založen na přímém spojení respektive svaření pigmentu s plastem. Tuto metodu je možné použít pro většinu plastů.
Při provádění způsobu barevného popisování plastických hmot podle uvedeného řešení se nejprve povrch vzorku plastu který bude popisován, zbaví nečistot a cizích materiálů. Na takto očištěný povrch se nanese rovnoměrná vrstva pigmentu smíchaného s vodou. Vytvoří se vrstva o tloušťce v rozmezí 50-100 μιτι. Tato vrstva se nechá vyschnout a poté se v celé své hloubce v místech požadovaného vzniku barevného popisu či jiného vyobrazení prohřeje pomocí laseru vyzařujícího v infračervené oblasti, například pomocí CO2, který pracuje v rozmezí vlnových délek 9,6-10,6 μιτι. Tím dojde k termochemické reakci všech složek, jejímž výsledkem je vytvoření požadovaného popisu na povrchu vzorku plastu. Nakonec se pomocí vody odstraní z povrchu vzorku nežádoucí zbytky pigmentu.
Nejprve se tedy musí připravit plasty pro barvení. Metody, které se používají k barvení plastů jsou techniky jako je natírání, nanášení ponorem, proudem a všechny kombinace postřikování a rotační atomizace. S příchodem UV záření a používání nízkých teplot, je možné dokonce použít na určitých plastech naprašování.
Je důležité podotknout, že hodnoty fyzikálních vlastností jako je povrchová energie, elektrická a tepelná vodivost, tepelná odolnost atd. jsou pro různé plasty obecně velmi, někdy až extrémně, rozdílné. Také chemické složení plastů je velmi rozdílné a ktomu lze přiřadit i možnost modifikace vlastností polymeru přídavkem dalších aditiv jako jsou plniva, změkčovadla, maziva, modifikátory houževnatosti,
I pigmenty, nadouvadla světelné stabilizátory, biocidy a tak dále. Povaha a množství těchto příměsí významně změní barvitelnost základního plastu. Také hnětení, vytlačování, vstřikování nebo jiný formovací proces používaný k výrobě vlastního produktu, může hrát důležitou roli v barvitelnosti tohoto materiálu.
Chemické složení polymeru určuje ve velké míře jeho povrchovou energii. Obecně je povrch s vyšší povrchovou energií rychleji smáčen barvou a je lépe barvitelný a přilnavost nátěru bude tedy lepší. Nízká polarita molekul v plastech jako je například polyetylén a polypropylen bývá příčinou nízké povrchové energie a špatné barvitelnosti těchto plastů. Zvýšení povrchové energie je jedním z hlavních důvodů předzpracování takových plastů.
Následně dochází k čištění povrchu plastů. Tak jako u každého jiného povrchu, který má být barven, tak i plasty potřebují být dostatečně zbaveny různých nečistot nebo cizích materiálů. Obecné nečistoty nacházející se na plastech jsou otisky prstů, prach, mastnota a z formy uvolněné zbytky. Čištění detergentem může obvykle uspokojivě odstranit sůl a oleje, které byly na plast nanesené při dotyku holýma rukama.
Q-1- 4S-SO
Většina plastů jsou špatné vodiče elektrického proudu. Důsledek toho je, že je u nich tendence ke vzniku statického náboje, který přitahuje a pevně drží částice prachu. Stírání speciální látkou nedokáže všechny odstranit. Výborná metoda pro odstranění staticky přitahované špíny je použiti deelektrizujícího proudu upraveného vzduchu u kterého jsou předem vygenerování pozitivní a negativní náboje. Vzduch je filtrován a proudí přes plast, a pozitivní a negativní ionty neutralizují všechny statické náboje. Vzduchový proud jemně odfoukne pryč prach a znečišťující částice do vakua, aby se předešlo jejich zpětné depozici. Deelektrizaci je třeba provést bezprostředně před barvením, takže plasty vstupují čisté do barvicího procesu. Při zpoždění mezi deelektrizaci a barvením se náboje zreformují a jako následek toho budou přitahovat další částice k jejich povrchu.
Většina plastů má povrchy, které nemají jen nízkou povrchovou energii, ale také velmi hladký povrchový profil. Hladké povrchy budou mít tendenci ke špatné přilnavosti barvy, ledaže by byl povrch nejdříve zdrsněn chemickými nebo mechanickými prostředky a až potom barvený. Konverzní nátěry na kovech přispívají k barvové přilnavosti vznikem mikro-drsné povrchové anorganické vrstvy, která se vytváří na kovu. Nejobecnější cesta k překonání povrchové hladkosti plastů je mikro-leptání povrchu chemickým činidlem, které generuje mikro-drsnost, která bude poskytovat přilnavostní záchytná místa pro barvu. Jestliže je leptání rozpouštědly provedeno, může být hned aplikována barva. Použití rozpouštěla je ale poněkud kritické, protože různá rozpouštědla leptají plasty v různé míře.
Když rozpouštědlový lept není efektivní nebo jinak nežádoucí, lze použít chemickou reakci k vytváření polárních oxidovaných skupin na povrchu. Toto je obzvláště dobré pro extrémně nepolární plastické povrchy. Dva příklady z nepolárních plastů jsou polypropylen a polyetylén. Tyto polymery a podobné nepolární plasty mohou být krátce vystaveny otevřenému plameni z plynového hořáku, což iniciuje oxidační chemickou reakci, která vytvoří dostatek polárních skupin na povrchu, jež poskytne výbornou barvovou přilnavost. Projitím plastu přes elektrický koronový výboj, který generuje ozón, je také možno způsobit povrchovou oxidaci. Korona produkuje excitované kyslíkové atomy, z kterých vzniká ozón, který oxiduje plast a produkuje polární skupiny, hydroxylovou, karbonylovou a karboxylovou.
U nepolárních plastů je možné také oxidovat povrch použitím světlo citlivých chemikálií a potom je vystavit ultrafialovému světlu. UV světlo přetrhá molekuly fotocitlivé směsi a vytvoří se volné radikály. Volné radikály jsou extrémně reaktivní, takže se v tomto procesu spojují s kyslíkem ze vzduchu.
K předzpracování plastu a oxidaci povrchu může být použita chladná plynplazmová metoda, která dramaticky zlepšuje povrchové vlastnosti pro barvovou přilnavost. Když je plyn donucen pohlcovat mnoho energie, stává se ionizovaným, nebo v podstatě plazmou. Excitace je zajišťována vysokofrekvenčním generátorem. Obloukové svařování a fluorescenční osvětlení jsou příklady jevu, ve kterém je záření způsobeno excitovanými ionty přecházejícími na základní energetický stav. S ohledem na bezpečnost se v tomto procesu může použít jakýkoliv plyn, nebo směs plynů, kyslík, dusík, helium, argon, vzduch, a čpavek.
Plazmový reaktor je typicky vakuová nádoba osazená dveřmi pro zavádění výrobků dovnitř a ven. Lze pozorovat zářivý výboj, když reaktor běží. Plyn-plazma mikro-leptá a aktivuje povrch. Krátké působení vytvoří polární povrch, který má vysokou povrchovou energii, umožňuje být zcela smáčen a samozřejmě také barven. Plazmové procesy obvykle nemění povrchový vzhled, takže inertní materiály mohou být opracovány bez způsobení odbarvení. Vystavení plazmatu umožňuje plastům, aby byly barveny s dobrou přilnavostí. Tato výborná přilnavost může být dosažena se stejnými barvami používanými na kovech. Důležitá výhoda pro některé výrobce je, že plast a kovové komponenty mohou být obarvovány souběžně při použití stejného nátěru.
Méně efektivní je užití chemických oxidačních činitelů k barvení samému pomocí dostatečné oxidace povrchu plastu pro zlepšení barvové přilnavosti. Tato oxidace povrchu některých plastů dosahuje dostatečného stupně polarity, který poskytuje dobrou barvovou přilnavost. Reflexní infračervená spektroskopie ověřila, že tyto způsoby opracování produkují stejné oxy skupiny, tedy hydroxyl, karbonyl a karboxylové, na povrchu plastu, jako jiné oxidační procesy.
Po přípravě povrchu vzorku plastu jeho očištěním po případném předzpracování a zdrsnění se na povrch aplikuje vrstva pigmentu smíchaná s kapalným mediem jako je například voda či čistý líh a podobně. Je důležité, aby se vytvořila rovnoměrná vrstva o tloušťce v rozmezí 20-50 pm Pigmenty jsou barevné sloučeniny, nerozpustné ve vodě a v pojivech, na rozdíl od barviv, která jsou rozpustná. Pigmenty se dělí na anorganické a organické, a obě skupiny mohou být přírodní nebo umělé. Přírodní se připravují mletím, plavením a sušením přírodního materiálu, umělé chemickými postupy, a to zejména srážením z vodných roztoků nebo tepelným rozkladem. Za organické pigmenty se považují také tzv. barevné laky, které se připravují vysrážením přírodních organických barviv na anorganickém substrátu.
Barevnost látek je určena absorpcí a odrazem záření ve viditelné části spektra. Je vyvolána přítomností chromoforů, mezi které patří v případě anorganických pigmentů ionty přechodných kovů Mn - mangan, Co - kobalt, Ni - nikl, Fe - železo, Cu - měď, Cr - chrom a v případě organických barviv násobné vazby, tzv. konjugované systémy. V obou případech dochází k přenosu elektronů mezi sousedními atomy a molekulami. Barevnost zvyšují auxochromy a tuto funkci zastávají v organických barvivech hlavně skupiny -OH, C=O, -N=N- a -NH2, v anorganických pigmentech přítomnost síry a kyslíku.
Jednou z nejdůležitějších vlastností pigmentů je krycí mohutnost, která charakterizuje schopnost pigmentu zakrýt podklad. Závisí na indexu lomu pigmentu, přesněji na rozdílu mezi indexem lomu pigmentu a pojivá. Krycí mohutnost je tím větší, čím je tento rozdíl větší. Další vlastnost, která ovlivňuje kryvost, je velikost zrn pigmentu. Pro každý pigment existuje optimální velikost zrna, pro kterou je kryvost nejvyšší. Obecně platí, že hrubozrnné pigmenty o velikost zrna >10 pm získávají třením respektive rozmělňováním větší kryvost. Zmenšování velikostí zrna pod velikost srovnatelnou s vlnovou délkou viditelného světla se kryvost opět zmenšuje. Krystalická struktura částic zvyšuje kryvost, amorfní struktura kryvost naopak snižuje v důsledku zmenšení odrazu světla, • · fc ·
Barvící schopnost pigmentu je schopnost obarvit bílý pigment nebo v případě světlého pigmentu zesvětlit barevný pigment. Pro černé pigmenty je to schopnost ztmavit bílý pigment. Barvící schopnost je specifická vlastnost pro každý pigment a nezávisí na velikostí částic.
Po zaschnutí aplikované vrstvy pigmentu smíchaného s kapalným médiem je vzorek v místech, kde má vzniknout popis, značka či jiné vyobrazení, vystaven působení laserového záření v infračervené oblasti. Výkon laseru se volí takový, aby došlo k prohřátí vrstvy v celé její hloubce.
Dále je popsán příklad zařízení pro realizaci výše popsaného způsobu popisování vzorků plastu - obr.1. Používaný laser 1 pro popisování se skládá z laserové trubice naplněné směsí plynů CO2, helia a dusíku. Optický rezonátor je typu Z a obsahuje dvě zadní zrcadla o 5m radiusu a dvě rovinná zrcadla, přičemž výstupní zrcadlo má 35% propustnost a ostatní zrcadla jsou 100%. Chlazení je uskutečněno průtokem vody. Vnitřní okruh s destilovanou vodou, jdoucí do laseru, je chlazen vnějším okruhem, který přivádí chladící kapalinu z vodovodního řádu. Optimální teplota chlazení se pohybuje v rozmezí 18 až 20°C. Laser 1 je opticky propojen přes první a druhé odrazné zrcadlo 2 a 3, která jsou nastavitelná v rovině X-Y, přes zaostřovací čočku 4 posouvatelnou v rovině Z s místem uložení vzorku 5.
Napájecí vysokofrekvenční zdroj laseru 1 pracuje na frekvenci 40,68 MHz. Tento vysokofrekvenční zdroj je řízen TTL napětím s maximální opakovači frekvencí 20 kHz. Zároveň se dodávají do vysokofrekvenčního zdroje udržovací, tak zvané tiklovací, 1μβ impulsy s opakovači frekvencí 5 kHz pro udržení výboje v laseru. Řízení laseru a posuvy prvního a druhého zrcadla 2 a 3 se uskutečňují řídícím obvodem jenž je ovládán počítačem 6.
Protože 10,6 μητ je pro lidské oko neviditelné záření, používá se k navedení paprsku na pracovní desku červený paprsek z laserové diody. Samotné popisování je prováděno pomocí X-Y posuvů pracovního stolu.
»4 4 4
Při zkoušení uvedeného způsobu byly používány tři způsoby regulace výkonu laseru.
4 • 4 · ·
4
4 4 · .9 »44 >444 • 4 4 4 9
4 4 4 •444 44 ···
Prvním způsobem byla regulace výstupního výkonu laseru pomocí změny délky impulsu přicházejícího z řídícího obvodu do vysokofrekvenčního zdroje.
Druhým způsobem byla regulace výkonu vložením germaniového zrcadla 7 do dráhy paprsku. Při tomto způsobu regulace se používá germaniové zrcadlo 7 s udávanou reflexí 77% (viz Obr. 2). Tím je poměrná část výkonu odkloněna mimo optické dráhy. Z bezpečnostních důvodů je do dráhy odkloněného svazku zařazená tzv. grafitová cihla 8, která tento svazek pohlcuje a nedovoluje jeho rozptýlení do okolí.
Konečně jako třetí způsob byla vyzkoušena regulace výkonu pomocí NaCl (chlorid sodný) zrcátka 9 respektive klínu. Při tomto způsobu regulace se nahradí Au zrcátko s 99% reflexí NaCl zrcátkem které odráží do optické dráhy svazku pouze poměrnou část - 8% (resp. v případě klínu - 4%) (viz Obr. 3).
Proces barevného popisování byl ověřen s třemi vzorky pigmentů, a to BAYTERROX 110 - červený, CHROMOX GR GX - zelený a BAYTERROX 3920 žlutý. Přitom byly použité plasty vyráběné firmou KAUČUK Kralupy se složením polystyren, houževnatý polystyren a ABS. Regulace výstupního výkonu laseru podle prvního výše uvedeného způsobu se ukázala méně efektivní tím, že laser v tomto režimu pracuje nestabilně, a to zvláště při kreslení křivek. Jako nejlepší a kvalitnější se projevila regulace výkonu podle třetího způsobu, která tyto potíže odstraňuje.
V realizováních experimentech byla nalezená optimální hustota energie laserového záření pro spojení daného plastu s pigmentem. Nejlepších výsledků bylo dosažení při hustotách energie v okolí 8-10 J/cm2 a při rychlosti posuvu paprsku 1mm/s.
Claims (7)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob barevného popisování plastických hmot pomocí laseru vyznačující se tím, že se povrch vzorku plastu, který má být opatřen barevným popisem či jiným vyobrazením, zbaví nečistot a cizích materiálů, na takto očištěný povrch se nanese rovnoměrná vrstva pigmentu smíchaného s kapalným médiem vpoměru1:3, kde tloušťka této vrstvy po zaschnutí je v rozmezí několika desítek pm, tato vrstva se nechá vyschnout a poté se v celé své hloubce v místech požadovaného vzniku barevného popisu či jiného vyobrazení termalizuje pomocí laserového záření s vlnovou délkou nacházející se v infračervené oblasti, načež se z povrchu vzorku plastu s termochemickou reakcí vzniklým barevným popisem či jiným vyobrazením odstraní nežádoucí zbytky pigmentu.
- 2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že povrch vzorku plastu se před nanášením vrstvy pigmentu zdrsní.
- 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2 vyznačující se tím, ze pigment se smíchá s vodou v poměru 1:3.
- 4. Způsob podle nároku 1 nebo 2 vyznačující se tím, že pigment se smíchá s čistým lihem v poměru 1:3.
- 5. Způsob podle nároku 1 nebo 2 vyznačující se tím, že pigment se smíchá s xylenem v poměru 1:3.
- 6. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 5 vyznačující se tím, že jako laser je použit zdroj elektromagnetického záření v intervalu 1 až 11 pm.
- 7. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 6 vyznačující se tím, že je použit laser s regulovatelným výkonem.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20014550A CZ295071B6 (cs) | 2001-12-17 | 2001-12-17 | Způsob barevného popisování plastu pomocí laseru |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20014550A CZ295071B6 (cs) | 2001-12-17 | 2001-12-17 | Způsob barevného popisování plastu pomocí laseru |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20014550A3 true CZ20014550A3 (cs) | 2003-08-13 |
| CZ295071B6 CZ295071B6 (cs) | 2005-05-18 |
Family
ID=27674271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20014550A CZ295071B6 (cs) | 2001-12-17 | 2001-12-17 | Způsob barevného popisování plastu pomocí laseru |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ295071B6 (cs) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ303934B6 (cs) * | 2007-12-27 | 2013-07-03 | Ceské vysoké ucení technické, Fakultní strojní VCSVTT | Zpusob povrchového znacení materiálu pomocí laserového paprsku a zarízení k provádení tohoto zpusobu |
-
2001
- 2001-12-17 CZ CZ20014550A patent/CZ295071B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ295071B6 (cs) | 2005-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6291551B1 (en) | Laser-markable plastics | |
| US5919853A (en) | Method and compositions for laser imprinting and articles imprinted using such methods and composition | |
| US6376577B2 (en) | Laser-markable plastics | |
| US5632916A (en) | Laser marking method and a metal surface marked by this method | |
| KR100347466B1 (ko) | 레이저로마킹가능한플라스틱 | |
| EP2188133A1 (de) | Optisch thermisch beschreibbare nanobeschichtung | |
| JPH03106944A (ja) | 任意形状のプラスチック製品に特殊効果をもつレーザーマーキングを行なう方法 | |
| JPH024584A (ja) | 着色材料のレーザーマーキング方法 | |
| Ihlemann et al. | Fabrication of submicron gratings in fused silica by F2-laser ablation | |
| DE10018600A1 (de) | Lasermarkierbare Kunststoffe | |
| JPS62230832A (ja) | 成型表面の紫外線レ−ザ−処理方法 | |
| FR2642362A1 (fr) | Procede pour realiser, au moyen d'un laser, des marquages colores sur des matieres plastiques, et matieres ainsi marquees | |
| Zheng et al. | Laser-effected darkening in TPEs with TiO2 additives | |
| Wang et al. | Femtosecond laser-induced modification of surface wettability of PMMA for fluid separation in microchannels | |
| EP0996549B1 (en) | Method and compositions for laser imprinting, and articles imprinted using such methods and compositions | |
| KR20160052811A (ko) | 레이저-마킹된 고분자 가공물 | |
| Zhao et al. | Color visual art creation on metals via multifunctional laser paintbrush | |
| Clemente et al. | UV‐laser marking of a TiO2‐containing ABS material | |
| EP1412684A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum trocknen und/oder vernetzen oder erwärmen mittels elektromagnetischer strahlung | |
| CZ295071B6 (cs) | Způsob barevného popisování plastu pomocí laseru | |
| GB2352824A (en) | Laser markable material comprising TiO2 pigmented thermoplstic elastomer | |
| Liao et al. | Laser-induced color reversal on metal surfaces in acetic acid solution | |
| Raciukaitis et al. | Processing of polymers by UV picosecond lasers | |
| Hong et al. | Laser-induced-plasma-assisted ablation for glass microfabrication | |
| US20180355187A1 (en) | Laser marking compositions and methods of making and using the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20121217 |