Технологические вопросы маркировки полимеров Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Gvozdev Aleksandr Evgen'yevich, doctor of technical science, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,

Metelkina Daria Sergeevna, teacher, ochhappy@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,

Pantyukhin Oleg Viktorovich, candidate of technical science, docent, publishing director, olegpantyukhin@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 655.025

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ МАРКИРОВКИ ПОЛИМЕРОВ

Н.Е. Проскуряков, О.В. Быкова, Т.В. Визавитина

Рассмотрены технологические процессы маркировки полимеров и их поверхностные реакции, исследован принцип работы лазерного устройства типа YAG, проведен термогравиметрический анализ двух полимеров высокой плотности, приведена методика оценки качества проведенной маркировки полимера.

Ключевые слова: полимер, пластмасса, температура, лазер, маркировка, качество, штрих-код, лазер YAG.

Необходимость в маркировке выпускаемой продукции обуславливается сразу рядом причин: безопасностью, удобством, защитой от подделок. Маркировка позволяет производить точную идентификацию продукта, поступающего на рынок, определить место его производства и подтвердить качество. С повышением уровня автоматизации также возникла потребность в маркировке изделий и грузов для упорядочивания их размещения на складах.

Уровень современного производства требует обеспечивать возможность нанесения опознавательных знаков, штрих-кодов и защитных элементов не только на бумажные и картонные поверхности, но и на пластмассы и прочие полимерные материалы. Если маркировка бумажных материалов освещена довольно широко, то работа с полимерными материалами представляет определенный интерес.

Для нанесения на полимерные материалы дат, штрих-кодов и логотипов применяется технология лазерной маркировки. Точность регулировки работы лазера, а также относительная экологичность этого процесса, сделали его более распространенным, чем работа с чернилами и шаблонами. Хотя лазерная маркировка стала известна довольно давно, но не получала развития из-за того, что работала только с заданным набором цветов, а высокая стоимость самого оборудования делала эту процедуру совсем не привлекательной [1].

За последние годы фирмы-производители полимеров и красителей смогли расширить цветовой диапазон работы лазеров, а усовершенствование технологии позволило увеличить производительность, что в конечном итоге подтолкнуло технологию лазерной маркировки к быстрому распространению.

Один из наиболее распространенных лазеров, работающий с длиной волны близкой к инфракрасному спектру (1064 нм) - YAG-лазер на кристалле иттрий-алюминиевого граната с неодимом. Его принцип работы дает возможность повысить не только скорость нанесения маркировок, но также их качество. В сравнение приведем лазер CW CO2, работающий с длиной волны 10,6 мкм, не позволяющий выработать достаточную пиковую мощность для создания маркировок высокой контрастности.

540

Принцип лазерного нанесения маркировок довольно прост - с помощью лазера производится облучение полимера, который поглощает излучаемую лазером энергию и преобразует ее в тепловую, вызывая реакции в материале [2]. Лазеры YAG оснащены зеркалами, размещенными на гальванометрах, управляемых компьютером, для корректировок направления лазерного луча (рис. 1).

Рис. 1. Схема работы лазера YAG: 1 -лазер YAG; 2 -зеркала, управляемые компьютером; 3-полевая линза; 4-поверхность с наносимым изображением

Полимерные материалы, подходящие для лазерной обработки, должны обладать способностью к поглощению лазерного излучения и преобразованию энергии из световой в тепловую. Большая часть полимерных материалов не обладает требуемыми свойствами, поэтому в них добавляются специальные наполнители, усиливающие изменение цвета под воздействием энергии, переносимой лазером. В природе нет единого компонента, который помог бы избежать всех проблем с лазерной маркировкой, поэтому химический состав наполнителя варьируется в зависимости от необходимого результата.

Длина волны излучения для пластмасс и полимеров должна лежать в ультрафиолетовой области, то есть в области наибольшей поглощательной способности материала. Поглощательная способность полимеров различна: на нее влияют свойства материала, его исходный состав и дополнительно внесенные примеси, но в первую очередь оценка проводится исходя из оптических характеристик полимера - коэффициентов отражения и поглощения.

Отдельного внимания требуют поверхностные реакции полимеров: обугливание и пенообразование.

Когда полимер поглощает энергию, его температура в зоне поглощения повышается до начала процесса термической деструкции, то есть до момента, когда полимер начинает обугливаться. Сгорание полимера не допускается путем ограничения доступа кислорода, но за счет процесса обугливания на полимере образуется маркировка темного цвета.

Процесс пенообразования в полимере начинается при достижении им температуры достаточной для образования газов при процессе горения или парообразования. Горячий газ внутри расплавленного полимера при расширении формирует пузыри, которые при правильной работе с энергией лазера, начинают рассеивать свет и создают высококонтрастную маркировку.

Главная задача лазерного состава полимера - поглощение достаточного количества энергии для процесса обугливания и пенообразования, которые лежат в основе формирования изображения. Сложность заключается в том, что температура, при которой в полимере начинают происходить нужные процессы, отличается не только для разных групп полимеров, но и среди полимерных материалов, относящихся к одному семейству [3].

В качестве примера рассмотрим термогравиметрический анализ двух полимеров высокой плотности, с разной температурой термальной деструкции составов (рис. 2).

.1 Л_I_I_I_I_I_I_1_I_■ » I '_I_I_I_I_I_I_I_L

О 25 SC 76 IOC

Температура," С

Рис. 2. Схема термогравиметрического анализа для двух полиэтиленов высокой плотности: 1 - первый образец полиэтилена высокой плотности; 2 - второй образец полиэтилена высокой плотности

Полимер с большей температурой термальной деструкции требует больше энергии лазера и времени на проведение операции или большего количества добавок, поглощающих энергию, для создания аналогичных маркировок.

Одной из важных проблем лазерной маркировки является качество шва - отсутствие значительного отклонения размеров шва в направлении перпендикулярном движению лазера. Оценка качества должна производиться при помощи микроскопа.

При увеличении можно заметить, что шов проходит неровно, а имеет зигзагообразную форму. Для определения степени отклонения производят измерения и определяют шаг колебаний в продольном направлении (Ь„р) и в поперечном (Ьпо«)• Обладая информацией о скорости работы, можно определить период колебаний в продольном и поперечном направлении по формуле:

где Т~ период колебаний в продольном/поперечном направлении, сЬ — шаг колебаний в продольном/поперечном направлении, мм; V - скорость работы, мм/с. После определения периодов колебаний определяется их частота через соотношение частоты и периода колебаний:

V = (2)

где V - частота колебаний, Т~ период колебаний.

Если полученная частота соответствует частоте импульсов лазерного излучения, значит именно они стали причиной неровности лазерного шва, и она находится в пределах заданной погрешности. В случае превышения частоты лазерного излучения, требуется определить причину завышенных показателей шага колебаний [4].

Показателем качественной лазерной маркировки также является высокая контрастность. Большая часть пластмасс включает в свой состав много разных добавок (огнезащитные составы, антистатики, красители), поэтому особую важность приобретает поверка взаимодействия существующих добавок с компонентами для лазерной маркировки, которые могут в силу своих особенностей усиливать или ослаблять ее свойства.

Список литературы

1. Лазерная маркировка полимеров: технологии, оборудование, расходные материалы. [Электронный ресурс]. URL: http://www.polymery.m/letter.php? n id=2803& cat_id=3 (дата обращения: 28.10.2018).

2. Лазерная маркировка пластмасс: достижения, инновации. [Электронный ресурс]. URL: http : //newchemi stry. ru/1 etter. php? ni d= 1413 (дата обращения: 30.10.2018).

3. Полимеры. Лазерная маркировка пластмасс. [Электронный ресурс]. URL: http://newchemistiy.m/letter.php?n_id=l 131 (дата обращения: 31.10.2018).

542

4. Лебедева Л.И., Марков В.В., Сметанников А.В. Исследование причин дефектов прецизионной лазерной маркировки полимерных материалов. [Электронный ресурс]. URL: https://pandia.ru/text/78/395/25848.php (дата обращения 01.11.2018).

Проскуряков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор, vippne@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Быкова Оксана Вячеславовна, магистрант, oksan4ik1995@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Визавитина Татьяна Владимировна. магистрант, vizawitina@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

TECHNOLOGICAL QUESTIONS OF MARKING OF POLYMERS N.E. Proskuryakov, O. V. Bykova, T. V. Vizavitina

Technological processes of marking of polymers and their superficial reactions are considered, the principle of operation of the laser YAG device is investigated, the thermo gravimetric analysis of two polymers of high density is carried out, the technique of assessment of quality of the carried-out polymer marking is given.

Key words: polymer, plastic, temperature, laser, marking, quality, bar code, YAG-

laser.

Proskuryakov Nikolay Evgenyevich, doctor of technical sciences, professor, vippne@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Bykova Oksana Vyacheslavovna, undergraduate, oksan4ik1995@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Vizavitina Tatyana Vladimirovna. undergraduate, vizawitina@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 005.6

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ КАЧЕСТВА ОДНОЦВЕТНОЙ

ОФСЕТНОЙ ПЕЧАТИ

Д.А. Ёлкина

Рассматриваются основные показатели качества офсетной печати, такие, как показатели отмарывания, перекоса, совмещения изображений и растровой плотности, а также предлагаются и обосновываются пути их использования для оценки качества полиграфической продукции.

Ключевые слова: офсетная печать, полиграфия, качество печати.

Офсетная печать - это непрямой тип плоской печати, осуществляющийся с применением принципа избирательного смачивания. Листы запечатываемого материала по транспортирующей ленте направляются к печатной секции. В это время через увлажняющий аппарат происходит подача водного увлажняющего раствора на форму плоской печати, закреплённую на формной цилиндре, при этом гидрофобные (пробельные) элементы формы покрываются увлажняющим раствором. Затем на форму

543