·１２８· 塑料工业 ＣＨＩＮＡ ＰＬＡＳＴＩＣＳ ＩＮＤＵＳＴＲＹ 第４６卷第３期 ２０１８年３月 黑色ＰＢＴ材料激光打标工艺研究及数学模型的建立 殷年伟 ，卢立波，陈锐，禹权，丁超 （金发科技股份有限公司，广东广州５１０６６３） 摘要：研究了激光打标工艺对黑色聚对苯二甲酸丁二醇酯（ＰＢＴ）材料激光打标效果的影响，在此基础上提出了 激光打标工艺的数学模型，并且对数学模型进行了验证。研究发现，激光打标电流强度、激光扫描频率、激光扫描速 度和纵向打标间隔是主要影响黑色ＰＢＴ材料激光打标效果的主要因素，激光打标光斑主要包括激光直接作用区域和 周围熔化区域，中间区域能量较高易炭化，周围熔化区域不易炭化有利于激光打标。通过激光打标工艺模型的建立， 提出了能量密度、脉冲密度和光斑密度指数的概念，将影响激光打标效果的四个因素进行综合考虑，更易于对比打标 效果。 关键词：聚对苯二甲酸丁二醇酯；激光打标；数学模型 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－５７７０．２０１８．０３．０２８ 中图分类号：ＴＱ３１７．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—５７７０（２０１８）０３—０１２８—０７ Ｓｔｕｄｙ ＯＲ Ｌａｓｅｒ Ｍａｒｋｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｂｌａｃｋ ＰＢＴ Ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ Ｍｏｄｅｌ Ｙ１Ｎ Ｎｉａｎ—ｗｅｉ，ＬＵ Ｌｉ—ｂｏ，ＣＨＥＮ Ｒｕｉ，ＹＵ Ｑｕａｎ，ＤＩＮＧ Ｃｈａｏ （Ｋｉｎｇｆａ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６６３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｏｆ ｂｌａｃｋ ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ （ＰＢＴ）ｍａｔｅｒｉａｌ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ，ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｖｅｒｉｉｆｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｓｃａｎｎｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｍａｒｋｉｎｇ ｉｎｔｅｒｖａｌ ａｒｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｂｌａｃｋ ＰＢＴ ｍａｔｅｒｉａｌｓ． Ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｓｐｏｔ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｄｉｒｅｃｔ ａｃｔｉｏｎ ａｒｅａ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｍｅｌｔｉｎｇ ａｒｅａ．Ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｒｅｇｉｏｎ ｉｓ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｅａｓｙ ｔｏ ｂｅ ｃａｒｂｏｎｉｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｍｅｌｔｉｎｇ ａｒｅａ ｉｓ ｎｏｔ ｅａｓｙ ｔｏ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｔｏ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ．Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｙ，ｐｕｌｓｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｓｐｏｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｏｄｅ１．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ，ｉｔ ｉｓ ｅａｓｉｅｒ ｔｏ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｍａｒｋｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ；Ｌａｓｅｒ Ｍａｒｋｉｎｇ；Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ Ｍｏｄｅｌ 从工业品、农业物资到日用消费品等，无论是零 部件的标识、产品生产日期和有效期、包装的二维码 以及公司的Ｌｏｇｏ等，每种物质都有不同种类、不同 形式的标记。标记已经成为工业生产的一个重要环 节。标记的方法主要包括丝印、移印、喷涂、雕刻、 料，激光标记具有一定难度，由于ＰＢＴ树脂容易在 激光能量作用下变黄和炭化，激光标记不够白，清晰 度和对比度差，即使加入激光打标助剂，效果也不够 理想。本文在研究黑色ＰＢＴ树脂激光打标工艺影响 因素的基础上，对黑色ＰＢＴ激光打标的机理做了一 些探讨，提出了激光打标的数学模型，得到了一些有 益的结论。 激光打标等方式。相比于油墨印刷、化学腐蚀等传统 标记技术，激光标记技术在多方面具有优越性 Ｊ， 激光标记具有非接触性、环保性、长久性、快速和高 效率以及具有高的适用性等优势。 对于黑色聚对苯二甲酸丁二醇酯（ＰＢＴ）改性材 １ 实验部分 １．１实验原料及仪器 ＰＢＴ树脂：ＧＸ１１１、ＧＸ１２Ｉ、ＧＸＩ２２Ｊ和ＧＬ２３４， 联系人ｙｉｎｎｉａｎｗｅｉ＠ｋｉｎｇｆａ．ＣＯＩＩｌ 作者简介：殷年伟，男，博士学位，２０１５年毕业于四川大学高分子研究所，２０１５—２０１７年于上海交通大学化工学院进行 ２年博士后工作，２０１７年加入金发科技股份有限公司，目前隶属于金发科技股份有限公司工程塑料部研发工程师。 第４６卷第３期 段年伟，等：黑色ＰＢＴ材料激光打标工艺研究及数学模型的建Ｊ， 特性黏度分别为０．７、１．０、１．０和１．２６ ｄＬ／ｇ，中同 石化集团资产经营管理有限公司仪征分公司Ｔ程塑料 厂；碳黑：Ｍ７ｌ７，美国卡博特公司。 的增加，ＡＥ和，Ｊ逐渐降低，说明电流强度过大， ＰＢＴ树脂炭化厉害，Ｌ降低。从图ｌ的图片和图２中 的数据，几种ＰＢＴ树脂相比较，在同样电流强度下， ＧＬ２３４的打标图片相对最白，△ 和Ｌ也最大。 注塑机：ＪＮ８８．Ｅ，震雄机械有限公司；色差仪： Ｃｏｌｏｒ—Ｅｙｅ ７０００Ａ型，美国爱色丽公司；激光打标机： ＥＰ—ｌ２型端面泵浦激光打标机，深圳市大族激光科技 股份有限公司；二次元影像测量仪：ＹＶＭ３０２００型， 东莞市源兴光学仪器有限公司。 １．２实验过程 将ＰＢＴ树脂直接按照一定比例混入碳黑Ｍ７１７， 进入注塑机进行注塑，注塑温度控制在２４０～２５５℃， 注塑成２ Ｆｉｌｍ厚，长宽分别为８０ ｍｍ和５０ ｍｉｌｌ的方 板。在激光打标机上按照一定的打标Ｔ艺进行激光标 记，然后在色差仪上测试打标前后的色差变化以判断 打标效果的好坏。同时通过二次元影像测量仪设备观 察打标区域的外貌变化。 ２结果与讨论 ２．１ 初步研究——电流强度对黑色ＰＢＴ激光打标效 果的影响 影响激光打标效果的主要激光打标＿［艺包括电流 图２黑色ＰＢＴ树脂激光打标的色差ＡＥ和，Ｊ随电流强度 的变化（打标参数和制备工艺同图１） Ｆｉｇ ２ Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ＡＥ ａｎｄ Ｌ ｗｉｔｈ ｃｔｍ＇ｅｎｔ 强度、扫描频率、扫描速度和纵向打标间隔，其中激 光电流强度是主要的影响因素，电流强度的变化可以 ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ（ｍａｒｋｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｉｎ ｆｉｇ １） 改变激光器的功率，从而改变激光脉冲中的光子数 目，会影响最终的打标效果。当固定激光扫描频率为 １５ ｋＨｚ，扫描速度４００ ｎｌｎ］／／ｓ．填充间隔０．０２ Ｉｎｍ时， 不同激光打标电流强度下的激光打标图案如图１。从图ｌ 看ｌ叶Ｊ．不同电流强度下，激光打标的效果完全不一样， 当电流强度较低时，完全不能打标（ＧＸＩ２２Ｊ缺失１０ Ａ 的图片）；随着电流强度的增加，标记严重发黄。 ａ一上图为ＧＬ２３４ ｂ一上冈为ＧＸ１２２Ｊ， 下图为ＧＸＩ１１ 下图为ＧＸ１２１ 罔ｌ 不同电流强度下的黑色ＰＢＴ树脂激光打标图案 （从左至右电流强度：ｌ０、１４、ｌ８、２２、２６ Ａ） Ｆｉｇ １ Ｌａｓｅ￣‘ｍａｒｋｉｎｇ ｐｈｏｔｏｓ ｏｆ ｂｌａｃｋ ＰＢＴ ｒｅｓｉｎ ｕｎｄｅｒ ｄｉｉｅｒｆｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓ （ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｆｒｏｍ ｌｅｆｔ ｔｏ ｒｉｇｈｔ：１０，１４，１８，２２，２６ Ａ） 图２是激光打标的色差△Ｅ和 随电流强度的变 图３最好的激光打标效果下的二次元罔片（放大倍数ｌ３５倍） Ｆｉｇ ３ Ｔｈｅ ｍａｇｎｉｆｙｉｎｇ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ｔｉｎｄｅｒ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ 化图。从图２可以看 ，当电流强度低于１０ Ａ时， 不能打标；当电流强度高于ｌ４ Ａ时，随着电流强度 ｅｆｆｅｃｔ（Ｘ１３５） 塑料工业 ２０１８ 表１是几种ＰＢＴ树脂最好的打标效果下的Ｌ、ａ、 ｂ及色差值，几种树脂激光打标后的 均达到了６５ 以上，但ｂ很高，打标颜色发黄。虽然ＧＬ２３４在１８ Ａ电流下的￡达到了６９．１５，但ｂ达到了１４．４６，打 标严重发黄。图３是相应的二次元放大图片，从图中 定义激光脉冲密度Ｐ为： ｐ＝ ｐ ＝一 ｂｖ 旦（１）（ ’ 假设激光光斑刚好覆盖整个边长为ａ的正方形， 光斑总数为： ａｚ 可以看出，在相应的打标条件下，打标表面有很多炭 化点，这些炭化点会导致打标表面发黄。几种树脂的 二次元图片没有明显的差异，都有严重的炭化。 ＝ 激光光斑正好覆盖的脉冲密度ｐ。为： １ （２） 表１最好的激光打标效果下的Ｌ、ｎ、ｂ及色差值 Ｔａｂ １ Ｔｈｅ Ｌ．Ｕ ａｎｄ ｂ ｖａｌｕｅｓ ａｎｄ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ａｂｅ￣ａｔｉｏｎ ｖａｈＪｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ 光斑密度指数Ａ为： Ａ：卫： Ｐｏ 口 （３） 假设单个激光脉冲的能量正比于电流，， 则在边长为ａ内的正方形内，总能量 为： ： ×，×ｎ：ｋ ａ２ＩＱ ，（４） 式中，ｋ为系数，与激光器有关。 定义单位面积的能量密度Ｅ为： ２．２理论分析及优化激光打标参数 Ｅ＝ Ｗ＝ 从前述的研究发现，黑色ＰＢＴ树脂的激光打标，虽 然￡能够达到６０以上，但６已经达到了ｌ０左右，明显 ｒ上 ｏｉ） （５） 为了研究激光打标参数对黑色ＰＢＴ激光打标的 影响，编辑了以下４个矩阵块，主要考虑参数为电流 强度 ，激光扫描速度 ，激光扫描频率Ｑ，激光扫 描纵向间隔ｂ。 发黄，是否是激光打标参数不合适，激光打标能量太大 导致？激光打标参数和激光打标能量之间的关系到底如 何，是否具有一定的关联关系？现做具体分析如下： 四个矩阵中，矩阵１固定电流强度１５ Ａ，扫描 频率１０ ｋＨｚ，扫描速度分别为３００、４００、５００、１ ０００ ｍｍ／ｓ。扫描间隔分别为０．０３、０．０４、０．０５、０．０６ ｍｍ。矩阵２将扫描速度分别提高到１ １００、１ ２００、 直径ｄ ｌ ５００、１ ８００ ｍｍ／ｓ，其他参数同矩阵１。矩阵３固定 扫描频率１０ ｋＨｚ，扫描速度１ ０００ ｍｍ／ｓ，扫描间隔 分别为０．０３、０．０４、０．０５、０．０６ ｍｍ，电流强度分别 图４边长为ｕ的正方形的激光打标示意图 Ｆｉｇ ４ Ｔｈｅ ｓｑｕａｒｅ ｍａｒｋｉｎｇ ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｗｉｔｈ ａ ｌｅｎ￣ｈ 为１２、ｌ５、１８、２２ Ａ。矩阵４固定电流强度１５ Ａ， 扫描速度１ ０００ ｍｍ／ｓ，扫描频率分别为６、８、１０、 １２ ｋＨｚ，扫描间隔分别为０．０３、０．０４、０．０５、 ０．０６ ｍｍ。 如图４，在边长为ａ的正方形激光打标区域中， 假设激光光斑直径为ｄ，激光扫描速度为 ，扫描频 率为Ｑ，电流强度为 ，纵向扫描间隔为ｂ。则： 扫描ａ长度所需时间ｔ为： ￡＝一ａ 矩阵图中数字是按照公式（１）计算的激光脉冲 密度Ｐ，不同的打标参数，脉冲密度差异很大。 ｔ时间内的脉冲个数 。为： ｎ１＝Ｑｔ 边长为ａ纵向的脉冲个数 为： ２ 在边长为ａ的正方形内，总脉冲个数 为： ｎ： ＝Ｑ号。詈 第４６卷第３期 殷年伟，等：黑色ＰＢＴ材料激光打标【艺研究及数学模型的建 低到原来的六分之一 但激光打标测试结果的 有所 降低，同时ｂ也降低了不少，说明降低激光打标能 量，能够显著减弱激光打标发黄，不过ＪＬ还不够高， 可能激光打标参数还有调整空间。对比打标照片如图 ６，也可以看出，优化激光打标参数后，发黄现象减 ０．Ｏ３ ０．０４ ２ｏ０ ｌ５０ ２６７ ２０ｏ ３３３ ４００ ２５０ ３【Ｍ】 弱，对比度提升。 ０．Ｏ５ Ｏ．Ｏ６ ｌ２０ ｌ０ｏ １６０ １３３ ２００ ２４０ ｌ６７ ２００ 图５是前述研究的几种ＰＢＴ树脂加入０．３％碳黑 Ｍ７１７按照矩阵１一矩阵４的激光打标参数进行打标后 的照片。从图５可以看出，在不同的激光打标参数 下，各种材料的激光打标效果差异很远，从矩阵１～ ４中取打标效果最佳的激光打标参数，重新打标为圆 形图案，测试其Ｌ、ｎ、ｂ，几种黑色ＰＢＴ材料激光打 标后的测试数据列于表２。表２是优化激光打标参数 前后的激光打标的Ｌ、ｎ、ｂ及其色差值数据，从表２ 数据可以看 ，优化激光打标参数后，整体能量密度 只有原来的五分之一，脉冲密度和光斑密度指数都降 图５黑色ＰＢＴ树脂的矩阵１一矩阵４的激光打标图片 （从左至右：ＧＸ１ｌｌ、ＧＸＩ２ｌ、ＧＸＩ２２Ｊ、ＧＬ２３４） Ｆｉｇ ５ Ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｒｉｘ １ ｔｏ ｍａｔｒｉｘ ４ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌａｃｋ ＰＢＴ ｒｅｓｉｎ（ｆｒｏ，ｎ ｌｅｆｔ ｔｏ ｒｉｇｈｔ：ＧＸＩ１１，ＧＸ１２ｌ。 ＧＸ１２２Ｊ．ＧＩ２３４） 表２黑色ＰＢＴ树脂的优化激光打标参数前后的￡、ｎ、ｂ及色差值的对比数据 Ｔａｂ ２ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｄａｔａ ｏｆ Ｌ，ａ ａｎｄ ｂ ｖａｌｕｅｓ ａｎｄ ｅｈｒｏｍａｔｋ－ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌａｃｋ ＰＢＴ ｒｅｓｉｎ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 从以上研究结果可以看出，激光打标参数对打标 激光脉冲，会使同一区域多次受到激光的作用，加速 效果影响很大。主要影响参数包括激光扫描速度、激 光扫描频率、纵向扫描间隔和电流强度，通过调整这 些参数，可以得到不同的打标效果。扫描速度和扫描 频率主要影响光斑的横向距离，纵向扫描间隔主要影 响光斑的纵向距离，根据公式（１），前面研究采用 黄化和炭化，最终打标图案变黄，ｂ较大。而从优化 后的打标示意图可以看｝ｆＩ，重复作用区域变小，黄化 和炭化肯定也变小，打标同案相对比较清晰。 对优化打标参数后的样品做了二次元观察，见图 ８。从图８可以看ｆ｝｛，优化激光打标参数后，扫描频 的两种不同打标参数光斑覆盖示意图可见图７。 打标参数优化前的示意图可以看出，光斑重复覆 率为１０ ｋＨｚ，扫描速度为１ ０００ Ｉｎｌｎ／ｓ，计算可得横 向光斑间隔为０．１ ｉｎｍ，横向激光光斑不再重合；而 纵向间隔在０．０２ １１１１３１和０．０３ ｍｍ，纵向激光光斑重合 明显，导致有较多的炭化发生 同时，ＰＢＴ在此激光 打标条件下，发泡明显；而从图３的二次元图片看出 盖区域较多，当一个激光脉冲打到样品上后，打标区 域会在激光作用下发生熔化、发泡、黄化、炭化等物 理现象，如果在这些熔化的区域，再重复地发射一个 ｌ３２ 塑料１ 业 ２０ｌ８｛ 来，优化激光参数前，ＰＢＴ树脂在较大的激光能量 下，发泡明显受到破坏，而炭化增加，这也是ｂ值较 大的原因 、不过，从图８看 来，还需要调整纵向激 光打标间隔，降低纵向光斑的重合。 一霉 器 ａ～（；Ｘｌ 匕图为优化激光打标参数前，下罔为优化激光打标参数后 图６黑色ＰＢＴ优化激光打标参数前后的图形对比 （从左至彳Ｔ：ＧＸ１１１、ＧＸ１２２Ｊ、ＧＬ２３４、ＧＸ】２１） Ｆｉｇ ６ Ｔｉｌｅ ｇｒａｐｈｉｃ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌａｃｋ ＰＢＴ ｈｅｆｏｒｅ ａｎｄ．ａｆｔｅｒ 一蠢 ＣＸ１２２Ｊ （ ｌ２３４ ｌｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ（ｆｒｏｍ ｌｅｆｔ ｔｏ ｒｉｇｈｔ ＧＸ１Ｉ１，ＧＸＩ２２Ｊ．ＧＬ２３４．ＧＸＩ２１） 图８优化打标参数后的黑色ＰＢＴ的二次元 （放大倍数１３５倍） Ｆｉｇ ８ Ｍａｇｎｉｆｙｉｎｇ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｂｌａｃｋ ＰＢＴ ａｆｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｍａｒｋｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ（×１ ３５） 打标参数优化前 网７两种不同打标参数光斑覆盖示意图 Ｆｉｇ ７ Ａ ｓｋｅｔｅｌｌ ｍａｐ ｏｆ ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍａｒｋｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 蘸 ｂ一打标参数优化后 ２．３激光光斑直径研究 从图８的二次元图片可以看ｌ叶Ｊ，激光打到材料表 面的光斑直径较激光光束的直径（０．０３～０．０５ ｌｌｌｍ） 大了许多 、图９是不同电流强度下黑色ＰＢＴ ＧＸＩ１１ 的激光打标二次元图。从罔中可以看Ｈｊ，当电流强度 为１２ Ａ时，不能激光打标。随着电流强度逐渐增加， 光斑越明 ，标记越深，同时光斑直径逐渐增加。当 到２５ Ａ时，光斑直径不再增加 将前述研究的黑色ＰＢＴ树脂按照不同的打标参 数进行打标，然后按照不同的电流强度测试光斑直 ｅ一２５Ａ 一３０Ａ 图９不同电流强度下ＰＢＴ ＧＸＩｌ１的二次元 （扫描频率 ５ ｋＨｚ，扫描速度１ ０００ ｍｍ／ｓ，纵向问隔０．１ ｎｌａｌ， ｅ和ｆ间隔为０．１２ ｉｎｌＩｉ） Ｆｉｇ ９ Ｍａｇｎｉｆｙｉｎｇ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ｏｆ Ｐ盯ＧＸＩ ｌ１ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｅｕｌＴｅｎｔ 径，其光斑直径随电流强度变化的数据列于表３中。 激光光束直径在０．０３～０．０５ ｉｎｍ之间，而表３ 中的光斑 径均大于０．０５ ｍｍ，说明除了激光作用区 ｌｔｅｎｓｉｔｉｅｓ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎ（’Ｙ ５ ｋＨｚ．ｓ（、ａｌｌｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｌ １３００ ｒｎｎｖ＇ｓ ｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｉｎｔｅｒｖａｌ ０．１ ｔｏｎｉ．ｉｎｔｅｒｖａｌ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅ ａｎｄ ｆ ｏｔ’０．１２ ｍｌｎ） 熙色ＰＢＴ材料激光¨怀ｌ 艺研究技数学模型的建 丧３ 小川电流强 卜的 鼠｛ Ｉｉ （ ．化：ｌｌｌｌｌ１） ｒｒａｂ ３ Ｔｈｅ ｄｉａｎｌｅｔｅｌ’ｔ＇ｆ ｌｉｇｈｔ ｓｐｏｔ ｉｉｌｌｄｅＦ ｄｉｆｆｅｌ‘ｅｌｌｔ ｔ、Ｉｌｌ＿ｒＰ Ｉ 心激光直接 作用区域 川Ｉ到熔化区域 罔ｌＯ澈）ｌ［＝ 脚 次厄罔 Ｆｉｇ １０、１ａ ｌｉｔ￣ｉｎｇ ａｌ ｈ ｌ１ｆ ｌａｓｅｒ ｓ ｌ 域， 删…； 定有熔化Ｉｘ：域 ｆ习１ｏ，町以叫 …，激）Ｌｆｉ！川丁材料后，分为 个区域，一个卜＜域为 中心激光 直接作用Ｉ 域， 存０．０３～０．０５ ｌｌｌｌｎ 左彳ｌ，一个Ｉ×：域足周…熔化的ｆ 域，宽发 ０．０ｌ～ ０．０６ ＩＩ１１１１荭 不僻电流强度｛Ｈ１ｆｆＩ』变化，中心Ｉ×＝＝域的 大小足／ｆ ， 的，只 激光器 的激光光束ｈ径仃 关 而小 的材料，不㈦的电流 度，全影响删…熔 化ｊｘ 域的＿人小一随着电流强度的增大，熔化Ｉ 域变 大；但…ｒ 料的热导率低， １ Ｉ也流强度增力ＩＩ到一· 值后，熔化』≮域不再变大 材料熔点越低，越 熔 化，熔化Ｉ）（ 域越大 材料ｌ１』支ｑＪｒ…＂￣Ｚｔ）匕能力越强，熔化 域越大 ２．４再次优化激光打标参数 从ｌ 述激光光斑研究［ｆＪ‘以行…， 激）Ｌｆｉ－＃ ｊ： 料材料㈨＇『，全产十比斑，光 的卣径一般大＿丁激）匕 光束的 ，其大 、 材料性顷秆Ｉ激光的电流强度仃 炎 如 ｌｌ的激光光斑爪意 ，中心作用ｒ×：域激光 能 较人． 圈 熔化ＩＫ域…。Ｉ没有激比 接作ｊＨ， 卡Ｉｊ埘／ｆ ｊ尖化和黄化 激光光束 作川１区域 料熔化 Ｉ 域 １～矩阵４主 考虑Ｊ 横向的打标ｌｈｊ隔，… 纵ＩｌｆＪ的＂ ｄ隔 ０．０３～０．０６ Ｉｌｌｌｌｌ之间， 从 【ｆＩ】 光斑九 的研究发现， 际光网 远大于激 光 径，达剑 ０．０６～０．１２ ｌｌｌｌｌｌ之 从『 ８ 川‘以彳亍 ， 纵向力‘…，光斑币叠较多，这 重叠的光斑， 会引起材料炭化ｆ¨黄化，从而彬响打ｆ，Ｊ 效果 此，ｍ新编辑Ｊ，，砸阵８和 阶９，进一步优化 激光打 的参数，以达到最ｆＩ！ＸＪ激比打际效果，矩 ８和矩阵９严格按照横向ｎ１Ｊ隔＿平ＩＩ纵 隔完全相等的 规则编辑，纵 ｎＪＪ隔从０．０６～０．１２ Ｉ１１１１１，电流从１３ ～２５ Ａ，激光 Ｉ椭速度均为ｌ ０００ ｌｌｌｌｌｌ／Ｓ一 引１２ 包Ｉ＇Ｂ Ｉ、忖料的 ８ ｌ ９的澉光打怀 Ｈ Ｆｉｇ Ｉ２ ＴＩ１Ｐ Ｉａ＿ＰＩ ＩＩ Ｉｌｆ ＩＩ１ｒ １）】Ｉ】‘·ｋ １）ｌ 、ｌｌ ｎ，『述黑包｝）Ｊ 树脂采川 阵８和矩阵９打标 形曳ｕ『冬１ ｌ２ 从 ｃ｛］可以彳亍ｆ 符种¨际条件卜的打 标效果差别 大，分别从 个 ｌｆｌ挑选最佳手Ｊ‘标效 果的¨怀参数 新打标为 肜 案，测试其，Ｊ、“、 ｂ，测试数据列于表４中。 将表４中的数据和表２的数据进行对比，再次优 化激光打标参数后的打标效果得到了进一步的优化， 密度进一步下降；但光斑密度指数有所增加，说明光 斑的分布更均匀了。另外，从表４还可以看ｊＩＩ，优化 后的激光打标间隔均大于０．０６ ｍｉｌｌ，大部分为０．０８ ｍｍ，比激光光束直径大＿『一倍，说明所有的树脂具 有较大程度的熔化。 在大幅度降低ｂ的情况下，Ｌ得到了提升。激光打标 的对比度提高；相对于前面的数据，能量密度和脉冲 表４再次优化激光打标参数后的Ｌ、ｎ、ｂ Ｔａｂ ４ Ｔｈｅ Ｌ．“ａｎｄ ｂ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｇａｉｎ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｐａｌ’ａｍｅｌｅｒｓ 脂的二次元图。从图中可以看Ｈ｛．黑色ＰＢＴ的发泡 效果较好，不过炭化仍然比较严重，相比于 ８，纵 向打标间隔拉开后，打标效果有所增强，Ｌ得到提 升，同时ｂ也降低，黄化现象减弱，对比度提 茴 ３ 结论 本文对黑色ＰＢＴ的激光打标Ｔ艺进行Ｊ 研究， 主要涉及的激光打标工艺包括电流强度、扫捕速度、 扫描频率和纵向扫描间隔，得到了一些有益的结论： １）激光电流强度对黑色ＰＢ ｒ的激光打标效果影 响很大，打标需要一个最低的电流强度；随着电流强 度增加，打标后的，Ｊ逐渐增加，、Ｊ，电流强度达到一定 值后。，Ｊ逐渐降低。 ２）激光打标的光斑直径远大于激光光束直径， 激光光斑分为中心激光直接作用区域和边缘熔融 区域。 ３）通过激光打标一ｒ艺模型的建 ，提ｊｌＩ Ｊ，能量 密度、脉冲密度和光斑密度指数的概念。通过优化的 激光打标参数，在合适的条件下，可以得到较好的激 图１３ ｛ｔ｝Ｉｆ欠优化激光打标参数后的最佳扣‘标效果的黑包ＰＢＴ的 二次元罔（放大１５２倍） Ｆｉｇ １ ３ Ｍａｇｎｉｆｙｉ，ｉｇ ｐｉｅｔｕｒｅｓ ｏｆ ｂｅｓｔ ｍａｒｋｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｂｌａｃｋ ＰＢＴ 光扣 标效果。 参考文 献 ［１］张～Ｋ华，陆曲．关于激光打 的原理及发展的研究ｆ Ｊ］． 动化 ｊ仪器仪表．２Ｏ１４（５）：３３—３７． （小史于２０１７—１ １—２４收 １１） ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｆｌｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅ，‘Ｓ（×１ ５２） 图１３足阿次优化激光打标参数后的几种黑色树 （ 接第ｌ（）８贝） 化ｌ ，２００９（２）：１６一ｌ８． 『１２］ＢＨＡ 丌ＡＣＨＡＲＹＡ Ｓ，ＳＨＡｌｌＭＡ Ｉ）Ｋ，ＳＡＬＪＲＡＩ｛ｌ１ Ｓ，ｔ ｌ ａ１． Ｐ１ａｓｔｉｅｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｗｍ￣ｌｉｄｏｎ，－）ｔｌｉｆ，１ ｆｉｌｎｒ￣ｔｌｌｌｄＣｔｌ ｍｎｂｉｅｎｔ ［９］工靖．×义 Ｊ拉仲聚丙烯膜的表面改性及其耐磨性能研究 ［Ｄ］．抗州：浙江理 大学，２Ｏ１４． ［１０］一＝ ＿『ＩＪ叫，·Ｉ１罔烈向托伸聚丙烯包装薄膜产业发腱现状与 趋势的研究［Ｊ］．塑料包装，２０１５，２５（１）：１４—２３． ［１１］孟宪 ．双向托伸聚丙烯的发展及应用现状【Ｊ］．煤炭 ｈｔｎｎｉｄｉｔｙ：Ｉｎｓｉｇｈｔ ｆｒｏｍ ｓｉｎ￣ｅ—ｎＤｌｅ￣‘ｕｌｅ ｔｒａ（’ｅｌ＂ｄｉｆｕｓｉｏｎ（１、’ｉｌａｌｌｌｉｔ’ｓ １Ｊ．Ｊ Ｐｈｙｓ Ｃｈｅｍ Ｂ．２０１３，１ｌ７（２５）：７７７ｌ一７７８２＿． （本文 】 ２０１７—１２—２８收 ）
