Способ лазерной маркировки полимерного контейнера

Изобретение относится к способу изготовления полимерного контейнера с маркировкой. Предварительно определяют разрешение lpi изображения маркировки в двух взаимно-перпендикулярных направлениях из соотношения: lpi=Lи/(d⋅k1⋅k2) точек/мм, где Lи - линейный размер изображения маркировки на конечном изделии, мм; d - диаметр перетяжки лазерного излучения, мм; k1 - коэффициент увеличения диаметра контейнера по сравнению с заготовкой; k2 - коэффициент свойств материала контейнера, определяемый как k2=D/d, где D - диаметр сферолитов, образовавшихся в приповерхностном слое контейнера после термомеханического воздействия на заготовку, d - диаметр перетяжки лазерного излучения. Осуществляют воздействие сфокусированным лазерным излучением по заданному рисунку изображения маркировки на заготовку полимерного контейнера, нагретую до температуры, равной (0,3-0,4)⋅Tc, где Tc - температуры стеклования материала контейнера, °С, при энергии лазерного излучения, меньшей порога абляции. Затем формируют контейнер термомеханическим воздействием на заготовку с нанесенным изображением маркировки. Способ требует меньшей затраты энергии и позволяет сократить время нанесения изображения маркировки. 10 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

 

Способ лазерной маркировки полимерных контейнеров относится к лазерным методам нанесения алфавитно-цифровой или графической информации на изделия из термопластичных полимеров, материал которых полностью или частично прозрачен для излучения инфракрасного диапазона, и изделий, получаемых из заготовки (преформы) меньшего размера за счет термомеханического воздействия.

Способ лазерной маркировки полимерного контейнера (см. заявка ЕР 0558705, МПК B23K 26/08, опубликована 08.09.1993), включающий программируемую обработку боковой поверхности контейнера излучением лазера путем испарения части материала стенки контейнера при одновременном вращении контейнера вокруг его оси.

Недостатком известного способа лазерной маркировки является снижение прочности стенки контейнера в местах маркировки, учитывая, что в интересах экономии и экологии стремятся уменьшить толщину стенок контейнера.

Известен способ лазерной маркировки полимерного контейнера, имеющего по меньшей мере полиолефиновую поверхность (см. патент US4578329, МПК B23K 26/18, опубликован 25.03.1986), включающий облучение поверхности контейнера лазерным излучением в течение времени, достаточного для разложения полиолефина с образованием маркировки черного цвета.

Известный способ имеет ограниченную область применения и достаточно энергозатратный.

Известен способ лазерной маркировки полимерного контейнера, материал которого является прозрачным для электромагнитного излучения на длинах волн в пределах видимой области спектра (см. заявка РСТ WO 09203297, МПК B29C 35/08, B29C 71/04, опубликована 05.03.1992), включающий перемещение по поверхности контейнера сфокусированного лазерного излучения с плотностью энергии в фокусе по меньшей мере 10 Дж/см2, при этом фокусируют лазерное излучение в приповерхностном слое материала контейнера так, чтобы вызвать локальную ионизацию материала в точке фокуса, образуя область повышенной непрозрачности электромагнитного излучения.

Недостатком известного способа лазерной маркировки является необходимость воздействия лазерным излучением на всю область наносимой маркировки, что достаточно энергозатратно и занимает значительное время. Кроме того, имеет место снижение прочности стенки контейнера в местах маркировки.

Известен способ лазерной маркировки полимерного контейнера (см. заявка US 2015352772, МПК B29C 49/24, B29C 49/42, B29D 22/00, B29K 105/00, опубликована 10.12.2015), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Способ-прототип включает воздействие сфокусированным лазерным излучением по заданному рисунку маркировки на заготовку полимерного контейнера при энергии лазерного излучения, меньшей порога абляции, и последующее формование контейнера термомеханическим воздействием на заготовку с нанесенной маркировкой.

Известный способ-прототип позволяет сформировать износостойкую этикетку, обладающую высокой степенью защиты от подделок, сохранить прочность стенки контейнера в местах маркировки, однако процесс маркировки достаточно энергоемок и продолжителен, так как требует осуществлять воздействие лазерным излучением на всю область наносимого изображения маркировки.

Задачей настоящего изобретения является разработка такого способа лазерной маркировки полимерного контейнера, который бы обеспечивал маркировку полимерного контейнера с меньшей затратой энергии и позволял сократить время нанесения изображения маркировки.

Поставленная задача решается тем, что способ лазерной маркировки полимерного контейнера включает воздействие сфокусированным лазерным излучением по заданному рисунку изображения маркировки на заготовку полимерного контейнера при энергии лазерного излучения, меньшей порога абляции, и последующее формование контейнера термомеханическим воздействием на заготовку с нанесенным изображением маркировки. Новым в способе является то, что предварительно определяют разрешение Ipi изображения маркировки в двух взаимно перпендикулярных направлениях из соотношения:

точек/мм;

где Lи - линейный размер изображения маркировки на конечном изделии, мм;

d - диаметр перетяжки лазерного излучения, мм;

k1 - коэффициент увеличения линейного размера контейнера по сравнению с заготовкой;

k2 - коэффициент свойств материала контейнера, определяемый экспериментально;

а воздействие сфокусированным лазерным излучением выполняют на заготовку,

нагретую до температуры, равной (0,3-0,4)⋅Tc,

где Tc - температуры стеклования материала контейнера, °C.

Изображение маркировки может быть выполнено в виде информации о торговом наименовании продукта, для которого предназначен полимерный контейнер, о торговом наименовании, химическом составе, сроке годности жидкости или напитка, для которого предназначен полимерный контейнер.

Изображение маркировки может быть выполнено в виде информации о химическом составе и свойствах материала контейнера, его изготовителе, дате его изготовления, а также информацию об утилизации и повторном использовании контейнера.

Изображение маркировки может быть выполнено в виде товарного знака, линейного или двумерного штрихкода, или в виде этикетки.

Предварительный нагрев заготовки полимерного контейнера в указанном выше диапазоне температур позволяет придать длинным молекулам термопластичного материала заготовки (преформы) дополнительную термодинамическую энергию. При этом осуществляют лазерную маркировку не всего поля изображения, а лишь отдельных точек, отстающих друг от друга на эквидистантные расстояния, которые в процессе выдувного формования экструзивного изготовления тары заполняют всю площадь изображения. Нанесенные лазерным излучением точки в приповерхностном слое заготовки (преформы) представляют собой неоднородности, которые при последующей экструзии оказываются центрами кристаллизации сферолитов. Кристалличность материала преформы внутри сферолитов также изменяется в большую сторону относительно остальной поверхности конечного изделия, (обычно - до 28-30%, в области роста сферолитов, и около 20% - в остальной области).

Полученные таким образом неоднородности рассеивают свет, образуя на поверхности изделия контрастное изображение маркировки. Интервал температур предварительного нагрева заготовки обусловлен следующими обстоятельствами. При предварительном нагреве заготовки полимерного контейнера ниже 0,3-0⋅Tc наблюдаются негативные последствия, заключающиеся в дискретности (отсутствии сплошности) изображения маркировки. При предварительном нагреве заготовки полимерного контейнера выше 0,4⋅Tc снижается качество маркировки, так как нанесенные лазерным излучением точки в приповерхностном слое заготовки имеют следы подгорания материала заготовки.

Настоящее изобретение поясняется чертежом, где

на фиг. 1 приведена фотография заготовки для дальнейшего изготовления полимерного контейнера;

на фиг. 2 показана фотография готового полимерного контейнера с нанесенной настоящим способом лазерной маркировкой;

на фиг. 3 в таблице 1 приведены диаметры сферолитов D, образовавшихся в приповерхностном слое контейнера при различной температуре предварительного нагрева.

Настоящий способ лазерной маркировки полимерного контейнера осуществляют следующим образом. Предварительно получают заготовки для изготовления полимерного контейнера (см. фиг. 1). Для каждого используемого при изготовлении контейнера термопластичного материала (например, поливинилхлорида, полипропилена, полиэтилена высокого давления, полиэтилентерефталата) экспериментально определяют коэффициент k2 - коэффициент свойств материала изделия. Затем определяют необходимое разрешение наносимого изображения маркировки, которое обеспечивает контрастное изображение маркировки на изготовленном полимерном контейнере. Для этого наносимое изображение маркировки преобразуют в двумерный 1-битный растр, учитывая относительные размеры заготовки и конечного изделия, параметры пучка лазерного излучения и свойства материала изделия. Разрешение Ipi точек/мм изображения по каждому из двух взаимно перпендикулярных направлений (например, по осям X и Y) определяют из соотношения:

точек/мм.

Осуществляют предварительный равномерный нагрев заготовки (преформы) до температуры, равной (0,3-0,4)⋅Tc, при помощи подходящего источника тепла (например, трубчатый электронагреватель-ТЭН, инфракрасный или сверхвысокочастотный излучатели). На нагретую заготовку воздействуют сфокусированным лазерным излучением в соответствии с растром полученного разрешения Ipi, в результате действия которого в приповерхностном слое заготовки формируется предварительное изображение, состоящего из дискретных точек диаметром d', представляющих собой след оптического пробоя сфокусированным импульсно периодическим лазерным лучом в материале изделия, контрастный, по сравнению с необлученным материалом. Затем нагретую до температуры пластификации заготовку помещают в соответствующую форму (пресс-форму) и воздухом, подаваемым под высоким давлением через горло заготовки, растягивает заготовку до необходимых размеров, задаваемыми стенками пресс-формы. Готовый полимерный контейнер (см. фиг. 2) затем может быть заполнен жидкостью или напитком.

Пример. Предварительно были получены идентичные заготовки для изготовления полимерной бутыли из полиэтилентерефталата (ПЭТ) коричневого цвета, который имеет температуру стеклования Tc=96°C. Коэффициент увеличения линейного размера бутыли, по сравнению с заготовкой, k1=5. После такого выдувного формования на полимерной бутыли должно быть получено изображение размером Lи=1 см.

Был проведен подбор температуры предварительного нагрева с целью определения коэффициента свойств материала бутыли k2. Для этого в атмосфере теплого воздуха заготовки были предварительно равномерно нагреты до различных температур предварительного нагрева Тпр, в диапазоне от (0,2-0,5)⋅Tc, т.е. от температуры Tпр=20°C до Тпр=47°C с шагом в 3°C (всего 10 заготовок). В качестве источника лазерного излучения применяли лазер типа «Минимаркер2-М10» со следующими параметрами: длина волны излучения 1,065 мкм, диаметр перетяжки пучка лазерного излучения d=50 мкм, плотность потока мощности 1 мДж/см2. При помощи этого лазера были нанесены тестовая маркировка в виде отдельных точек на каждой из заготовок при каждом значении Тпр. После этого из заготовок термомеханическим воздействием на станке типа ДАКИ АВ-1000-5 были изготовлены бутыли. Затем были измерены диаметры сферотолитов D, образовавшихся в приповерхностном слое бутылей, которые приведены на фиг. 3 в таблице 1. Как можно видеть из полученных данных, на образцах №1, 2, 3, 9, 10 увеличение размера точки происходило исключительно за счет увеличения линейного размера бутыли по сравнению с заготовкой. На образцах №4, 5, 6, 7 и 8 роста наблюдался рост сферотолитов, максимальный - на образце №6, предварительно нагретом до 0,36⋅Tc, величина коэффициента свойств материала составила k2=16,8. Согласно математическому выражению , было определено разрешение изображения маркировки. В данном случае при нагреве до 0,36⋅Tc, Ipi=10 мм/(0,05 мм⋅5⋅1б,8)=2 точки/мм. Выполненная с этим разрешением лазерная маркировка полимерной бутыли показана на фиг. 2.

1. Способ изготовления полимерного контейнера с маркировкой, включающий воздействие сфокусированным лазерным излучением по заданному рисунку изображения маркировки на заготовку полимерного контейнера при энергии лазерного излучения, меньшей порога абляции, и последующее формование контейнера термомеханическим воздействием на заготовку с нанесенным изображением маркировки, отличающийся тем, что предварительно определяют разрешение lpi изображения маркировки в двух взаимно перпендикулярных направлениях из соотношения: lpi=Lи/(d⋅k1⋅k2) точек/мм;

где Lи - линейный размер изображения маркировки на конечном изделии, мм;

d - диаметр перетяжки лазерного излучения, мм;

k1 - коэффициент увеличения диаметра контейнера по сравнению с заготовкой;

k2 - коэффициент свойств материала контейнера, определяемый как k2=D/d,

где D - диаметр сферолитов, образовавшихся в приповерхностном слое контейнера после термомеханического воздействия на заготовку, d - диаметр перетяжки лазерного излучения;

а воздействие сфокусированным лазерным излучением выполняют на заготовку, нагретую до температуры, равной (0,3-0,4)⋅Tc, где Tc - температуры стеклования материала контейнера, °С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде информации о торговом наименовании продукта, для которого предназначен полимерный контейнер.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде информации о химическом составе продукта, для которого предназначен полимерный контейнер.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде информации о сроке годности продукта, для которого предназначен полимерный контейнер.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде информации о химическом составе и свойствах материала контейнера.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде информации о дате производства контейнера.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде информации об утилизации и повторном использовании контейнера.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде линейного штрихкода.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде двумерного штрихкода.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде товарного знака.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде этикетки.



 

Похожие патенты:

В устройстве для обработки, в частности для травления и/или проявления подложек (17), в частности пластин, содержащем вращательную тарелку (1), вращательная тарелка (1) имеет зазор (3) Вентури.

Изобретение относится к лазерной технологии и может быть использовано для обработки поверхности драгоценных металлов. Осуществляют напыление на поверхность изделия пленки из окисляющегося металла.
Изобретение относится к изготовлению декоративной стеклянной или зеркальной вставки. Технический результат изобретения – повышение четкости и мелкой детализации изображения.

Изобретение относится к способу лазерной маркировки изделия из алюминия или его сплава с оксидным внешним слоем и может быть использовано, преимущественно, при изготовлении конструкционных, оптических и электронных элементов, электрических утюгов, бритв, кнопок, в том числе дверных, и т.п.

Группа изобретений относится к способу создания, по меньшей мере, одной структуры (13, 15) посредством лазерного воздействия, по меньшей мере, на одну часть (11) стенки контейнера пластмассового изделия в виде контейнера и изделию, изготовленному способом по изобретению.

Изобретение относится к области художественно-декоративной обработки материалов. Устройство содержит корпус, пневмоцилиндр, поршень которого жестко соединен с шатуном, обеспечивающим вращение коленчатого вала, являющегося штоком поршневой расширительной машины.

Изобретение относится к области технологии формирования светопоглощающих покрытий методом гальванического осаждения никель-фосфорных пленок и может применяться для чернения конструкционных деталей оптических информационных систем для подавления рассеянного излучения и улучшения выходных характеристик оптических систем.
Изобретение относится к способу обработки деталей для создания поверхности с блестящими и матовыми участками, в котором на поверхности, предварительно покрытой первым слоем меди и вторым слоем, содержащим нижний слой никеля и верхний слой хрома, выполняют селективное удаление слоя хрома на участке или участках, подлежащих матированию.

Группа изобретений относится к области производства изделий с декоративным рисунком, нанесенным на их поверхность, преимущественно на листовых изделиях и рулонных материалах, и может быть использовано при формировании декоративного покрытия на рельефной поверхности длинномерного материала при получении изделий различного назначения, предпочтительно отделочных или облицовочных материалов.

Группа изобретений относится к способам нанесения изображений на окрашенную внешнюю поверхность механического транспортного средства и устройствам для применения таких способов.

Предложена гибридная машина для переводной печати. Гибридная машина для переводной печати включает в себя основную часть, средство привода, предназначенное для барабана для подачи ткани, датчик обнаружения ткани, средство привода, предназначенное для приемного барабана для трансферной бумаги, устройство для термопереноса, ролик для режима поштучной подачи, средство привода, предназначенное для приемного основного барабана, основной направляющий ролик и ролик для режима рулонной подачи.

Изобретение относится к способу лазерной маркировки изделия из алюминия или его сплава с оксидным внешним слоем и может быть использовано, преимущественно, при изготовлении конструкционных, оптических и электронных элементов, электрических утюгов, бритв, кнопок, в том числе дверных, и т.п.
Изобретение относится к композициям для лазерной маркировки. Прозрачная водная композиция для получения изображений с помощью лазера включает соединение, содержащее: (i) оксианион переходного металла формулы AxOy z-, где x - от 1 до 18; y - от 4 до 42; z - от 1 до 12; A - Mo (молибден); (ii) по меньшей мере один катион аммония - аминоспирт формулы HNR1R2R3+ (I), где R1- С2-5 алкиленОН; R2 и R3 - С2-5 алкиленОН, водород или C1-5 алкил; может содержать (iii) катион NH4 +; и (iv) водный растворитель.

Изобретение относится к полимерным многослойным изделиям, в частности к полимерным защитным элементам, используемым для визуального контроля подлинности защищенной печатной продукции, например ценных бумаг, банкнот, паспортов и ID документов.
Раскрытое изобретение относится к применению пероксокомплекса молибдена (VI), содержащего аминокислоту, такого как MoO(O2)2(GLY)(H2O), в области маркировки, а также к композициям для чернил, содержащим такие комплексы.

Изобретение относится к способу лазерной маркировки подложки, имеющей участок, чувствительный к лазерному излучению, испускаемому лазером. Указанный участок, чувствительный к лазерному излучению, выполнен с возможностью активации на пороговом уровне энергии.
Изобретение относится к лазерочувствительным полимерным покрытиям для записи информации с высоким разрешением на гидрофильных и гидрофобных поверхностях субстратов различной химической природы.

Изобретение относится к термопластичному материалу, содержащему полимер и по меньшей мере одно полихромное вещество, где полихромное вещество представляет собой функционализированный диацетилен, имеющий общую структурную формулу: X-C C-C C-Y-(CO)n-QZ, в которой Х обозначает Н или алкил, Y обозначает двухвалентную алкиленовую группу, Q обозначает О, S или NR, R обозначает Н или алкил и Z обозначает Н или алкил, и n равен 0 или 1.

Изобретение относится к носителю данных и способу его изготовления. .

Изобретение относится к технологии изготовления арматурных элементов для армирования обычных и предварительно напряженных строительных конструкций и может быть применено в химической, металлургической, теплоэнергетической, строительной индустрии, области машиностроения, пищевой и других отраслях промышленности, где необходимо получать материалы с заданными свойствами и улучшенными характеристиками.

Изобретение относится к способу изготовления полимерного контейнера с маркировкой. Предварительно определяют разрешение lpi изображения маркировки в двух взаимно-перпендикулярных направлениях из соотношения: lpiLи точекмм, где Lи - линейный размер изображения маркировки на конечном изделии, мм; d - диаметр перетяжки лазерного излучения, мм; k1 - коэффициент увеличения диаметра контейнера по сравнению с заготовкой; k2 - коэффициент свойств материала контейнера, определяемый как k2Dd, где D - диаметр сферолитов, образовавшихся в приповерхностном слое контейнера после термомеханического воздействия на заготовку, d - диаметр перетяжки лазерного излучения. Осуществляют воздействие сфокусированным лазерным излучением по заданному рисунку изображения маркировки на заготовку полимерного контейнера, нагретую до температуры, равной ⋅Tc, где Tc - температуры стеклования материала контейнера, °С, при энергии лазерного излучения, меньшей порога абляции. Затем формируют контейнер термомеханическим воздействием на заготовку с нанесенным изображением маркировки. Способ требует меньшей затраты энергии и позволяет сократить время нанесения изображения маркировки. 10 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

Наверх