Оптимальная обработка полипропиленовых пленок ИК лазерами

Введение

Полипропилен благодаря прочности, гибкости и устойчивости к повреждениям применяется во многих отраслях промышленности, в частности для упаковки.

Высокопроизводительные ИК CO₂ лазеры Synrad идеально подходят для обработки большинства пленочных материалов, превосходно поглощающих в длинноволновой области.

Полипропилен лучше поглощает не на стандартной длине волны CO₂ лазеров 10.6 мкм, а в области 10.2 мкм. Сдвиг длины волны лазера в эту область повышает скорость и качество обработки, что продемонстрировано экспериментально в исследовании.

Химические свойства и абсорбционные характеристики полипропилена

Кривая поглощения полипропиленовой пленки, измеренная ИК-Фурье-спектрометром, демонстрирует сильный пик поглощения на длине волны 10.27 мкм (рис. 1). Это длина волны, при которой энергия фотонов соответствует колебательной энергии растяжения связи С-С в полипропиленовой цепи. Лазерная обработка на данной длине волны приводит к испарению материала с минимальными потерями энергии.

Рисунок 1 – Спектр поглощения полипропиленовой пленки

Лазерная резка полипропиленовых этикеток

Чтобы изучить влияние длины волны 10.2 мкм на скорость и качество обработки полипропиленовых этикеток, лаборатория Novanta провела ряд экспериментов с использованием лазеров Synrad p150 с двумя длинами волн: 10.6 мкм и 10.2 мкм. Альтернативная длина волны 10.2 мкм достигается с помощью оптики, выделяющей узкий диапазон длин волн с центром около 10.25 мкм.

Исследуются прозрачные и непрозрачные полипропиленовые пленки, а также пленки с дополнительным ламинированием на поверхности. Лазеры настраиваются на одинаковую мощность, поэтому любые различия в скорости обработки можно отнести только к изменению длины волны. Разница в скорости резки между двумя длинами волн лучше заметна на более тонких этикетках: при толщине 80 мкм наблюдается увеличение скорости примерно на 80%, а при толщине 140 мкм на 22%.

Таблица 1. Результаты экспериментов по лазерной резке полипропиленовых этикеток лазерами с длинами волн 10.6 мкм и 10.2 мкм.

Различия в качестве обрезанных краев (рис. 2) наиболее заметны на этикетках из прозрачного полипропилена в областях без печати. При использовании длины волны 10.6 мкм наблюдается пожелтение пленки, а между подложкой и этикеткой заметны зоны теплового воздействия, где задерживаются отходы и горячий пар. Высокое пропускание на 10.6 мкм также приводит к заметным царапинам на подложке. При использовании длины волны 10.2 мкм эти дефекты не наблюдаются.

Рисунок 2 – Результаты резки полипропиленовой пленки при использовании различных длин волн CO₂ лазера

Лазерная обработка упаковки пищевых продуктов

Резка этикеток – не единственная область применения, которая выигрывает от возможности выборочной обработки слоев полипропиленовой пленки. Стандартная пищевая упаковка состоит из двух слоев пленки: обращенный наружу верхний полипропиленовый слой и нижний слой из полиэтилена низкой плотности. Лазерная перфорация упаковки используется для создания отрывных линий для легкого вскрытия упаковки. При этом важно не допускать сквозной перфорации нижнего слоя упаковки.

Тщательно контролируя скорость процесса, мощность лазера и длину волны, осуществляется селективная перфорация многослойной упаковки и при обработке верхнего полипропиленового слоя, нижний слой не повреждается. Это невозможно сделать, используя стандартную длину волны 10.6 мкм, которая прошла бы через оба слоя из-за высокого пропускания излучения. Для этой задачи подходит лазер p150, излучающий на длине волны 10.2 мкм.

Заключение

Использование лазера Synrad p150 с длиной волны 10.2 мкм значительно увеличивает скорость процесса резки, при этом улучшается качество кромки полипропиленовых изделий. Кроме того, для тонкой маркировки и упаковки, при которой требуется селективная обработка слоев, длина волны 10.2 мкм более предпочтительна, так как меньше пропускается полипропиленом.

Компания INSCIENCE занимается поставками лазеров для промышленных и научных применений