紫外吸收剂对 PC 激光打标性能的影响

紫外吸收剂对 PC 激光打标性能的影响

温永高

珠海格力电器股份有限公司      广东 珠海519000

摘要：为研究紫外吸收剂 UV329 含量对 PC 激光打标性能的影响，本文研究了不同 UV329 含量条件下 PC 材料红外光谱图的变化，在 355nm、550nm、750nm条件下透光率的差别以及激光透过能量的差别，并进行双色注塑 PC-ABS 遥控器激光打印效果验证，得出以下结论：当 UV329 含量为小于等于 119 ppm 时，无法通过红外光谱图测试出材料成分到的差别。在紫外光 355nm 波长下，随着UV329 含量的增大，透光率大幅度下降，但是在可见光波长条件，透光率变化不明显。随着 UV329 含量的增大，激光透过色板能量降低，激光打标显示效果减弱，UV329 含量为 64 ppm 时为分界点。

关键字：UV329；PC；激光打标；透光率

The Influence of UV Absorbent on Marking Performance of the PC Laser

Wen Yonggao

  Gree Electric Appliances, Inc.of Zhuhai       Zhuhai Guangdong 519000

Abstract: In order to study the influence of UV329 content on the laser marking performance of PC, the infrared spectra of PC materials under different UV329 content were studied, the differences of transmittance under 355nm, 550nm and 750nm conditions were also studied.andresearched the differences of laser transmission energy, laser printing effect of airconditionerremote controller with two-color injection moulding PC-ABS was validated. The followingconclusions were drawn: when the content of UV329 was less than or so. At 119 ppm, the difference of material composition can not be measured by infrared spectroscopy. At 355 nm wavelength of ultraviolet light, with the increase of the content of UV329, the transmittance decreases greatly, but under the condition of visible wavelength, the change of transmittance is not obvious. With the increase of the content of UV329, the energy of laser penetration through the color plate decreases, and the display effect of laser marking decreases. When the content of UV329 is 64 ppm, it is the demarcation point.

Keywords: UV329； PC；laser marking； transmittance

前言

目前，家电产品上注塑件的商标标识一般使用丝印、烫金等工艺技术实现，但是丝印、烫金等工序存在工艺过程复杂、产品良率低、污染环境、不符合环保 要求等问题，且随着国际环保要求的提高，丝印、烫金等受到了更多的限制。近年来，激光打标技术在注塑件标识方面取得了快速的进展，激光打标是利用激光的高能量高密度使注塑件表层的材料发生物理或者化学变化，达到使工件表面留下永久性标记的技术。与传统的丝印、烫金技术相比，激光打标具有无污染、高速度、高质量、稳定性高、可实现自动化等优点，在高端产品标识等方面取得了广泛的应用。

双色注塑是将两种不同材料注入到同一模具的成型方法，一个注塑机有两个模具，利用转动模式将半成型件转移 180°后进行二次注塑，最终得到一个理想零件。双色注塑主要应用于家电、日用制品以及汽车零部件等领域，能够简化装配工艺、提高制品外观档次或达到特殊功能。本文研究对象为 PC（聚碳酸酯）材料，研究紫外吸收剂含量对 PC 透光率的影响。同时选用双色注塑 ABS-PC 遥控器进行激光打标，研究紫外吸收剂含量对双色注塑 ABS-PC 材料激光打标性能的影响。

1 试验部分

1.1 主要设备以及仪器

双色注塑机：富强鑫双色注塑机 FB-550RV。双色注塑原料为白色 ABS 和 透明 PC。

注塑机：海天注塑机，机床吨位 80T。

紫外激光打标机：HGTECH 公司 LSU5EA 型号，激光波长 355nm。

台式分光光度计：型号 CM-3700A，柯尼卡美能达公司。

仪器设置：透光率。

光谱选择：355nm、550nm、750nm。

红外光谱仪：采用美国 Nicolet 870XR 型 FT-IR 光谱仪，测试范围 400-4000cm-1，扫描 32 次，图谱分辨率为 4 cm-1。

液相色谱仪：Waters 2695-2998，实验条件：流动相，100%甲醇，吸光度 280nm，STD 5.6ppm。

激光功率计：型号 NOVA II，OPHIR 公司。

1.2 试样制备

（1）将各组分原料通过注塑级制备成 2mm 厚度色板，注塑成型温度 270-300℃。测试色板在 355nm、550nm、750nm 波长条件下的透光率。

（2）选用白色 ABS 材料和透明 PC 材料进行双色注塑，注塑样品为遥控器，白色 ABS 材料为底层，PC 材料为表层，其中 PC 材料厚度为 2mm。使用紫外激光打标机对遥控器样件进行打标，透过 PC 层将标记打到 ABS 树脂层。激光打标机的参数为：激光波长 355nm、电流 1A、频率 45HZ。

1.3 性能测试

（1）采用 GC-MS 测试仪测试各组分 PC 中 UV329 的含量。采用红外光谱仪测试各配方材料成分。

（2）测试不同 PC 组分色板在 355nm、550nm、750nm 波长条件下的透光率。

（3）采用 NOVA II 型激光功率仪测试 2mm 色板的激光透过能量。

（4）采用紫外激光打标机进行双色注塑空调遥控器激光打标，并确认标记显示效果。

2 结果与讨论

2.1 不同配方比例 UV329 的含量结果与分析

使用 Waters 2695-2998 型液相色谱仪对不同批次的 PC 材料进行 UV329 含量的定量分析，实验条件：流动相，100%甲醇，吸光度 280nm，STD 5.6ppm。

由于在实际生产过程中，聚合反应之前加入的 UV329 含量与聚合反应完成后所能检测到的 UV329 含量存在一定的差别，且测试仪器本身有一定的精度公差范围，因此本文以聚合反应之后的 PC 粒子中实际的 UV329 含量为准，通过对多批次 PC 材料进行液相色谱分析，选取 UV329 含量分别为 0、33、64、98、119 ppm 的组分为研究对象，各组分对应的序号见下表：

表 1 对组分对应的 UV329 含量

2.2 不同配方比例红外测试结果分析

以下图 1 为 1#和 5#对应的红外光谱图，测试波长范围为 400-4000cm-1，根据图 1 可以看出，1#和 5#从红外光谱图上来看无明显差别。

图 2 为图 1 部分放大图，其中 1775 cm-1 处为芳香酯芳羰基伸缩吸收峰，1505cm-1 处为苯环骨架振动吸收峰，1080 cm-1 为 1,4 取代苯环面内吸收峰，831 cm-1 为 1,4 取代苯环面外吸收峰，1231 cm-1 为、1194 cm-1 为、1164 cm-1为 C-O-C 伸 缩振动吸收峰，以上均为 PC 的特征吸收峰。

图 1 1#和 5#对应的红外光谱图

图 2 部分吸收峰放大图

从以上图谱可以说明即使 UV329 含量为 119 ppm 时，通过红外光谱图无法显示出两种材料成分的差别。即 UV329 含量为小于等于 119 ppm 无法通过红外光谱图测试出差别。

2.3 UV329 含量对 PC 材料透光率的影响

针对 1#-5#配方材料，使用注塑机注塑成 2mm 厚度色板，并测试色板在不同波长条件下的透光率，波长条件分别是 355nm、550nm、750nm，各配方组分在不同波长下的透光率测试结果见下表 2。

表 2 各组分在不同波长下的透光率

图 3 为不同波长条件下透光率随 UV329 变化趋势图，由下图可以看出，在355nm、550nm、750nm 条件下，均为随着组分中 UV329 含量的增大，透光率变小。在同等 UV329 含量的情况下，波长越小，透光率越小。

其中，355nm 波长条件，透光率变小的趋势非常明显，UV329 含量从 0 增大到 119ppm 时，透光率从 87.52%下降到 36.57%，下降 58.21%；550nm 波长条件，透光率变小的趋势不明显，UV329 含量从 0 增大到 119ppm 时，透光率从90.04%下降到 88.64%，下降 1.55%；750nm 波长条件，透光率基本没有变化，UV329 含量从 0 增大到 119ppm 时，透光率从 92.65%下降到 91.68%，下降 1.04%。

由于 UV329 为 2-(2’-羟基-5’-叔辛基苯基)苯丙三唑，为一类紫外线吸收剂，可通过自身的分子结构，将光能转化成热能，达到屏蔽紫外光的作用，因此在紫外光波长条件下，即 355nm 波长下，随着 UV329 含量的增大，透光率大幅度下降。但是在可见光波长条件 550nm 和 750nm 条件下，透光率变化不明显。

图 3 不同波长条件下透光率随 UV329 变化趋势图

2.4 UV329 含量对紫外透过能量的影响

在不同组分配方条件下，采用 NOVA II 型激光功率仪测试 2mm 色板的激光透过能量如下表，从下表可以看出，随着 UV329 含量的增大，激光有过能量减少。不含 UV329 时，能量为 0.78，当 UV329 含量为 119ppm 时，能量已经下降到0.06。

表 2 各组分在激光功率仪下的透过能量值

2.5 UV329 含量对双色注塑 ABS-PC 激光打标显示效果的影响

为验证在 UV329 含量对激光打标效果的影响，选用遥控器产品为研究对象，如下图所示，该遥控器为双色注塑遥控器，双色注塑材料我白色 ABS 材料和透明 PC 材料进行双色注塑，其中白色 ABS 材料为底层，PC 材料为表层,PC 材料厚度为 2mm。激光打标的过程为使用紫外激光打标机（波长 355nm）对遥控器样件进行打标，激光能量需要透过 PC 层将标记打到 ABS 树脂层，显示出如下标识。

如下图所示，图片依次为组分 1#—5#经过激光打标所显示的效果，从下图可以看出，随着 UV329 含量的增大，激光打标显示效果依次减弱，UV329 含量为 0 和 33ppm 时，标识效果非常清晰明了，UV329 含量为 64 ppm 时，标识效果比较清楚，可以接受。当 UV329 含量增加到 98 ppm 时，标识已经非常不明显，不能满足产品的质量要求，UV329 含量增加到 119ppm 时，已经无法打出标识。

由此可以说明随着 UV329 含量的增加，激光打标显示效果减弱，这是由于UV329 为紫外线吸收剂，当样件中存在 UV329 时，部分激光能量被吸收，实际到达 ABS 层的能量减弱，不能在样件上刻蚀出明显的标识，UV329 含量为 64 ppm时为分界点。结合各组分配方在 355nm 波长条件下的透光率数据可以说明,355nm 波长条件下的透光率大于等于 50.49%的情况下，激光打标效果合格。

图 4 不同 UV329 含量条件下激光打标效果图

3 结论

(1）当 UV329 含量为小于等于 119 ppm 时，无法通过红外光谱图测试出材料成分的差别。

(2）在紫外光 355nm 波长下，随着 UV329 含量的增大，透光率大幅度下降。在可见光波长条件 550nm 和 750nm 条件下，随着 UV329 含量的增大，透光率变化不明显。

(3）随着 UV329 含量的增大，激光透过色板能量降低，激光打标显示效果减弱。UV329 含量为 64 ppm 时为分界点，在实际生产管控中，可通过 355nm 波长条件下的透光率数值进行管控。

参考文献

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