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CN103917378B - 激光标记的聚合物工件 - Google Patents

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CN103917378B
CN103917378B CN201280055618.7A CN201280055618A CN103917378B CN 103917378 B CN103917378 B CN 103917378B CN 201280055618 A CN201280055618 A CN 201280055618A CN 103917378 B CN103917378 B CN 103917378B
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Abstract

本发明涉及激光标记聚合物工件(1)，其至少包括：透明组件(2)和施加到所述透明组件(2)的至少一个区域上的包含至少一种着色剂的不透明组件(3)，其中用至少一个激光器(5)透过所述透明组件(2)将标记(4)引入到所述不透明组件(3)面向所述透明组件(2)的表面，并且其中所述标记(4)是所述不透明组件的发亮区域。

Description

激光标记的聚合物工件
本发明涉及一种激光标记的聚合物工件、其生产方法及其用途。
机动车辆的塑料窗玻璃通常采用多组件注塑成型法生产。通常，在这样的窗玻璃的边缘区域的透明组件上施加深色的、通常是黑色的不透明组件。在该不透明组件区域中，可以以观察者看不出的方式将所述窗玻璃结合（例如胶粘）到所述机动车车体上。
通过标记或题字，例如可以将制造商代码、认证标记、生产日期或者光学效应施加到所述窗玻璃上。已知用于标记塑料窗玻璃的各种不同方法。通过窗玻璃的注塑成型，所述标记可以作为正的或负的浮雕被引入所述窗玻璃的表面。但是，图像的清晰度、对比度、最小字体尺寸和详细程度是有限的。此外，由于所述浮雕，在所述窗玻璃涂漆时会发生边缘漆涂层分布问题。
或者，也可以在注塑成型后将标记作为浮雕雕刻或轧到窗玻璃内。这里，在标记后窗玻璃涂漆时也会出现涂层分布问题。在所述窗玻璃涂漆后浮雕的施加损害了漆涂层。
塑料窗玻璃的激光标记法也是已知的。在此情况下，所述标记是基于该窗玻璃的表面区域由于激光辐射而变暗。在此，也并不能保护所述标记免于机械损害和化学损害以及UV辐射。在激光标记后窗玻璃的涂漆的情况下，会发生漆涂层分布问题。窗玻璃涂漆后施加所述标记损害了漆涂层。可以通过其它已知的方法甚至在塑料窗玻璃的内部产生变暗。由于所述变暗的标记相对于所述窗玻璃边缘区域内的不透明组件的背景是不可辨别的，因此该标记必须施加在窗玻璃的透明可见区域内，在那里它可以干扰性地显现。
例如，由DE19944372A1、WO2010019194A1、DE19732306A1和WO2010054077A2已知可以以变暗的形式将激光标记引入到聚合物工件中的方法。
激光标记法例如还可由DE102009028937A1和WO2010023102A1知道，其中使用特别引入到工件中的激光敏感材料。然而，由于必须使用激光敏感材料，所述工件的生产变得更加困难。
本发明的目的是提供标记聚合物工件及其生产方法，其中避免了现有技术的缺点。
根据本发明通过根据本发明的独立权利要求1的激光标记聚合物工件实现了本发明的目的。优选的实施方案由从属权利要求可见。
根据本发明的激光标记聚合物工件至少包括以下特征：
-透明组件和
-施加到所述透明组件的至少一个区域的不透明组件，
其中用至少一个激光器透过所述透明组件将标记引入到所述不透明组件面对所述透明组件的表面。
本发明激光标记的聚合物工件的优点在于所述标记定位在所述聚合物工件内部。因此，保护所述标记免于受到机械损害和化学损害及其他环境因素的影响。此外，当所述聚合物工件在标记后被涂层覆盖时，所述标记不会产生涂层分布问题。此外，该标记设置在所述聚合物工件的不透明组件区域内。如果根据本发明的聚合物工件例如是机动车辆的窗玻璃，那么透明的可见区域不会受到该标记的负面影响。
根据本发明，通过制备激光标记的聚合物工件的方法进一步实现了本发明的目的，其中：
a)通过多组件注塑成型将透明组件和不透明组件结合以形成聚合物工件，
b)用至少一个激光器透过所述透明组件辐射所述不透明组件并由此将标记引入到所述不透明组件中。
所述不透明组件包含着色剂。所述标记是所述不透明组件的局部发亮区域（Aufhellung）。
所述聚合物工件的尺寸可以变化很大，从而理想地适合于个别情况的要求。所述聚合物工件的面积例如可以为1cm2到3m2。优选地，所述聚合物工件的面积为100cm2到2.5m2，如通常用于机动车和建造及建筑领域的窗玻璃。
根据本发明，所述聚合物工件至少包含透明组件和不透明组件，其中所述不透明组件被至少设置在所述透明组件的一个区域上。所述聚合物工件优选地通过多组件注塑成型制备，其中，首先，注塑成型所述透明组件，然后，将所述不透明组件施加到所述透明组件的至少一个区域上。当然，原则上，可以首先注塑成型不透明组件，随后是透明组件。所述聚合物工件例如是含有透明聚合物组件的机动车窗玻璃，其中，不透明聚合物组件沿圆周设置在所述透明聚合物组件上的边缘区域内。所述不透明组件的宽度例如为1cm到10cm。所述不透明组件由此形成边框。
所述聚合物工件优选是平的或是在一个或多个空间方向上略微弯曲或高度弯曲的。
所述聚合物工件的透明组件优选地至少含有聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚腈、聚酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯酸酯、聚酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯-聚碳酸酯(ABS/PC)和/或它们的共聚物或混合物。
所述聚合物工件的透明组件特别优选包括聚碳酸酯(PC)和/或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。就所述聚合物工件的透明性、加工性、强度、耐候性和耐化学性而言这是特别有利的。
在本发明的上下文中，“透明的”是指观察者能够透过所述组件看到并且能够认出在相对于观察者位于该组件后面的物体。所述透明组件可以是无色的。该透明组件也可以被着色或调色。在可见光谱范围内所述透明组件的透过率例如大于或等于50%或者甚至大于或等于70%。
在本发明的上下文中，“不透明的”是指观察者无法透过该组件看到。因此在可见光谱范围内的所述不透明组件的透过率明显地降低，并且例如小于或等于20%，小于或等于10%，小于或等于5%，特别是大约0%。
所述透明组件优选具有1mm到20mm，特别优选为3mm到10mm的层厚度。
所述聚合物工件的不透明组件优选至少含有聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚腈、聚酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯-聚碳酸酯(ABS/PC)和/或它们的共聚物或混合物，特别优选聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和/或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
所述聚合物工件的不透明组件进一步含有至少一种着色剂。通过着色剂获得该组件的不透明度。着色剂可以包括无机的和/或有机的染料和/或颜料。所述着色剂可以是有色彩的或没有色彩的。合适的着色剂是本领域技术人员公知的，并且可以在例如ColourIndexoftheBritishSocietyofDyersandColourists和theAmericanAssociationofTextileChemistsandColorists中查到。优选使用黑色颜料作为着色剂，例如颜料炭黑（碳黑）、苯胺黑、骨黑、氧化铁黑、尖晶石黑和/或石墨。由此获得黑色不透明组件。
所述不透明组件优选具有0.5mm至10mm，特别优选1mm至7mm的层厚度。
根据本发明通过激光器施加所述标记。该激光器的光束通过所述透明组件背离所述不透明组件的表面进入所述聚合物工件。在一个有利的实施方案中通过光学元件，例如透镜或物镜将该激光光束聚焦到所述透明组件和所述不透明组件之间的界面上。聚焦的光学元件的焦距优选为10mm至300mm。由此获得特别好的结果。所述光学元件的较小的焦距要求在标记过程中所述聚合物工件和所述光学元件之间特别短的操作距离。较大的焦距导致激光焦点膨胀过大，由此限制了所述标记方法的分辨能力和焦点的功率密度。
所述激光器的光束可以通过至少一个光学波导例如玻璃纤维在激光器和聚焦光学元件之间进行传导。也可以在所述激光器的光束路径上设置其它光学元件。
在一个有利的实施方案中，通过所述激光器光束的移动将所述标记引入到所述不透明组件面向所述透明组件的表面。已经证实所述激光器光束在所述透明组件和不透明组件之间的界面区域内形成所述不透明组件的发亮区域。该发亮区域透过所述透明组件作为标记清晰可见。所述标记优选表现为在所述不透明组件上至少一个亮度均匀的区域。
当然，对于根据本发明的所述聚合物工件的激光标记，所述透明组件必须允许激光通过，即至少部分所述激光光束可以透射穿过所述透明组件。透射穿过所述透明组件的激光光束的比例例如大于或等于50%，优选大于或等于70%，特别优选大于或等于80%，和最特别优选大于或等于90%。
所述标记可以具有任意的构型，例如，二维的几何图形、象形图、公司或商标符号、字母和/或数字形式的题字，或它们的组合。通过所述标记，聚合物工件可以带有例如制造商代码、认证标记、生产日期或光学效果。
所述激光器光束的移动优选地通过连接到可移动部件上的至少一个反射镜进行。通过所述可移动的部件，反射镜可以在两个方向上进行调节（verkippen），优选两个相互正交的方向，特别优选水平和垂直方向。所述激光器光束的移动也可以由分别与可移动部件连接的多个反射镜来完成。例如，所述激光器光束的移动可以由两个反射镜完成，其中一个反射镜可以在水平方向上调节而另一个反射镜可以在垂直方向上调节。在激光标记过程中，优选将所述聚合物工件固定在部件支架上。
或者，所述激光器光束可以是位置固定的而所述聚合物工件在标记过程中可以移动。
所述激光器光束优选以200mm/s到5000mm/s的速度在所述透明组件和所述不透明组件之间的界面上移动。由此获得特别好的结果。
优选使用固体激光器，例如，Nd:YAG激光器、Nd:Cr:YAG激光器、Nd:Ce:YAG激光器或Yb:YAG激光器作为所述激光器。特别优选使用例如含有镱掺杂的玻璃纤维作为活性介质的光纤激光器。对所述激光器光束的光束质量而言这是特别有利的。所述激光器的发射波长优选为600nm至3000nm，特别优选为900nm至1500nm，例如，大约1064nm。由此获得特别好的结果。
然而，根据本发明也可以使用其它激光器，例如，气体激光器，如CO2激光器。
所述激光器可以以连续波操作使用。优选地，所述激光器以脉冲模式工作。就聚合物基体内的高功率密度而言这是特别有利的。脉冲频率优选为1kHz到500kHz，特别优选为20kHz到150kHz。脉冲持续时间优选为5ns至300ns，特别优选为50ns至150ns。就激光标记过程中所述激光器的功率密度而言这是特别有利的。
所述激光器光束的输出功率优选为1W至50W，特别优选15W至35W。就所述聚合物基体的有效标记而言这是特别有利的。
在本发明的一个有利的实施方案中，在所述聚合物工件上施加保护涂层。优选地，使用基于聚硅氧烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯和/或聚氨酯的热固化或UV固化涂料体系。该保护涂层优选地具有1μm至50μm，特别优选2μm至25μm的层厚度。由于所述保护涂层，所述聚合物工件的特别的优点在于其耐刮擦性和耐候性以及耐化学性。
所述保护涂层还可以包含着色化合物和颜料、UV阻断剂、防腐剂以及用于提高耐刮擦性的组分，例如纳米颗粒。
所述保护涂层可以通过例如浸涂、流涂或喷涂法施加到所述聚合物工件上。所述保护涂层在施加后优选通过加热和/或UV光固化。在通过注塑成型制备所述聚合物工件的情况下，也可以通过模内涂敷法施加所述保护涂层。
合适的保护涂层产品例如有Momentive公司生产的AS4000、AS4700、PHC587或UVHC300的变体。
所述保护涂层也可以包括许多层，优选在所述聚合物工件上的粘附促进层和所述粘附促进层上的漆涂层。所述粘附促进层可以包含例如丙烯酸酯并具有0.4μm至5μm的层厚度。所述漆涂层可以包含例如聚硅氧烷并具有1μm至15μm的层厚度。所述粘附促进层优选在涂布后、施加漆涂层之前进行干燥。
根据本发明，优选在所述聚合物工件的激光标记后施加所述保护涂层。所述标记被设置在所述聚合物工件的内部，使得在激光标记后所述保护涂层的施加过程中，没有发生涂层的分布问题或所述保护涂层和/或所述标记的其它不利的损伤。
所述激光标记的聚合物工件优选用作在陆地上、在空中或在水上交通的运行装置的窗玻璃或窗玻璃成分，特别是用作机动车辆的后窗玻璃、挡风玻璃、侧窗玻璃和/或车顶窗玻璃。所述激光标记的聚合物工件可以用作窗玻璃，也可作为内部部件，例如，作为开关或按钮。
本发明参照附图和示例性实施方案进行详细说明。附图是示意性的说明，而没有按照真实的比例。附图不以任何方式限制本发明。它们描绘了：
图1根据本发明的激光标记聚合物工件的一个实施方案的俯视图，
图2图1中沿A-A'穿过根据本发明的激光标记聚合物工件的横截面，
图2a图2中细部构造Z的放大视图，
图3在激光标记过程中沿A-A'穿过图1的根据本发明的聚合物工件的横截面，
图4根据本发明的方法的详细流程图。
图1和图2各自描绘了根据本发明的聚合物工件1的细部构造。其为客车的侧窗玻璃，具有30cm的高度和28cm的宽度。该聚合物工件1包含透明组件2。宽度为4cm的不透明组件3在所述聚合物工件1的边缘区域沿圆周设置在透明组件2上。图1描绘了所述透明组件2背离所述不透明组件3的表面的俯视图。在俯视图中可以通过所述透明组件2辨别出所述不透明组件3。所述聚合物工件1通过多组件注塑成型制备。所述透明组件2具有的厚度为4mm和包含聚碳酸酯(PC)。所述不透明组件3具有的厚度为2mm。所述不透明组件3包含矿物填充的聚碳酸酯(PC)-聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的混合物。用于注塑成型所述不透明组件3的原料由TeijinChemicalLtd.制备(PanliteY-0346，色号TG6654)。所述聚合物工件1在所述不透明组件3的区域内是不透明的。因此可以在观察者看不到的不透明组件3的区域内方式将侧窗玻璃结合（例如胶粘）到机动车车体上，其中所述不透明组件3优选地布置成面向车辆的内部。
标记4布置在所述不透明组件3的至少一个区域内。根据本发明在所述透明组件2和所述不透明组件3之间的界面上将所述标记4引入到所述不透明组件3内。所述标记4在所述不透明组件3的表面上作为发亮区域实现。为简单起见将所述标记4描绘为实心圆。实际上，所述标记4可以例如是制造商符号、商标符号、制造商代码、生产日期和/或认证标记。
通过将在所述聚合物工件1内部的标记4根据本发明布置在所述透明组件2和不透明组件3之间的界面上，有利地保护所述标记4免受环境因素（例如机械损伤）的影响。此外，所述标记4在进行激光标记后，在施加所述聚合物工件1的涂层（未示出，例如保护性漆）的情况下不会导致漆涂层分布问题。
图2a描绘了图2中圆圈标定的细部构造Z的放大视图。可以看出透明组件2的区域、不透明组件3的区域以及引入到所述不透明组件3面向所述透明组件2的表面内的标记4。
图3描绘了根据本发明在激光标记过程中穿过图1的所述聚合物工件的横截面A-A'。激光器5的光束通过所述透明组件2背离所述不透明组件3的表面进入所述聚合物工件1。激光器5的光束通过物镜6聚焦在所述聚合物工件1的透明组件2和不透明组件3之间的界面上。所述物镜6的焦距为160mm。所述激光器5是2m长的镱掺杂玻璃纤维作为活性介质的二极管泵浦的光纤激光器。所述激光器5的发射波长约为1063nm。所述激光器5在脉冲模式下以110ns的脉冲持续时间和60kHz的脉冲重复频率进行工作。在所述激光器5的光束路径上放置反射镜7。通过移动反射镜7，所述激光器5的光束的焦点可以在所述聚合物工件1的透明组件2和不透明组件3之间的界面上移动。
在经几毫秒范围内的作用时间后，所述激光器5的光束在所述不透明组件3的表面上产生清晰的发亮区域。通过所述激光器5的聚焦光束在所述聚合物工件1的透明组件2和不透明组件3之间的界面上的移动，由此可以永久地施加标记4，例如制造商符号、制造商代码、生产日期或者认证标记。
图4通过示例的方式描述了根据本发明用于制备激光标记的聚合物工件1的方法。
用根据本发明的方法制作根据图1的根据本发明的激光标记聚合物工件1的试样。用FOBA公司的激光标记系统DP20F进行所述激光标记，所述激光标记系统包括激光器5、反射镜7和物镜6。所述标记4包括字母、数字和几何图形。对于所有的试样，所述标记4都是清晰可辨的。所述标记4的最小线条宽度为大约0.1mm。
对本领域技术人员来说意想不到和令人惊奇的是：聚合物工件1的标记4可以在不改变所述聚合物工件1的表面的情况下以简单可靠的方式提供。
附图编号列表
(1)聚合物工件
(2)透明组件
(3)不透明组件
(4)标记
(5)激光器
(6)物镜
(7)可调节反射镜
A-A'剖面线
Z所述聚合物工件1的细部构造

Claims (25)

1.激光标记的聚合物工件(1)，至少包括：
-透明组件(2)和
-不透明组件(3)，其包含至少一种着色剂，并施加在所述透明组件(2)的至少一个区域上，
其中用至少一个激光器(5)透过所述透明组件(2)将标记(4)引入到所述不透明组件(3)面对所述透明组件(2)的表面，并且其中所述标记(4)是所述不透明组件(3)的发亮区域。
2.根据权利要求1的工件(1)，其中所述透明组件(2)的厚度为1mm到20mm。
3.根据权利要求1的工件(1)，其中所述不透明组件(3)的厚度为0.5mm到10mm。
4.根据权利要求1到3之一的工件(1)，其至少包含聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯和/或聚甲基丙烯酸甲酯，并由多组件注塑成型制备。
5.根据权利要求1到3之一的工件(1)，其中所述不透明组件(3)包含至少一种黑色颜料。
6.根据权利要求1到3之一的工件(1)，其中所述不透明组件(3)在所述聚合物工件(1)的边缘区域沿圆周以1cm到10cm的宽度设置在所述透明组件(2)上。
7.根据权利要求1到3之一的工件(1)，其中所述标记(4)至少包括字母、数字、几何图形、符号和/或象形图。
8.根据权利要求1到3之一的工件(1)，其中所述标记(4)在所述不透明组件(3)上作为至少一个亮度均匀的区域显现。
9.根据权利要求1到3之一的工件(1)，其上面设置有保护涂层，该保护涂层至少包含聚硅氧烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯和/或聚氨酯，且具有1μm至50μm的厚度。
10.根据权利要求1的工件(1)，其中所述透明组件(2)的厚度为3mm到10mm。
11.根据权利要求1的工件(1)，其中所述不透明组件(3)的厚度1mm到7mm。
12.根据权利要求1到3之一的工件(1)，其中所述不透明组件(3)包含至少一种选自颜料炭黑、苯胺黑、骨黑、氧化铁黑、尖晶石黑和/或石墨的黑色颜料。
13.根据权利要求9的工件(1)，其中该保护涂层具有2μm至25μm的厚度。
14.用于制备激光标记的聚合物工件(1)的方法，其中
a)将透明组件(2)和包含至少一种着色剂的不透明组件(3)通过多组件注塑成型结合成聚合物工件(1)，
b)用至少一个激光器(5)透过所述透明组件(2)辐射所述不透明组件(3)，且在此过程中将标记(4)引入到所述不透明组件(3)中，其中所述标记(4)是所述不透明组件(3)的发亮区域。
15.根据权利要求14的方法，其中通过所述激光器(5)的光束移动将所述标记(4)引入到所述不透明组件(3)中，并以200mm/s至5000mm/s的速度移动所述激光器(5)的光束。
16.根据权利要求14的方法，其中所述激光器(5)的光束聚焦在所述透明组件(2)和所述不透明组件(3)之间的界面上。
17.根据权利要求14到16之一的方法，其中所述激光器(5)的发射波长是600nm到3000nm。
18.根据权利要求14到16之一的方法，其中所述激光器(5)以脉冲模式进行工作，脉冲持续时间为5ns至300ns，和脉冲重复频率为1kHz到500kHz。
19.根据权利要求14到16之一的方法，其中所述激光器(5)的输出功率为1W到50W。
20.根据权利要求14的方法，其中所述激光器(5)的发射波长是900nm到1500nm。
21.根据权利要求18的方法，其中所述脉冲持续时间50ns至150ns。
22.根据权利要求18的方法，其中所述脉冲重复频率为20kHz到150kHz。
23.根据权利要求14到16之一的方法，其中所述激光器(5)的输出功率为15W到35W。
24.根据权利要求1到13之一的激光标记聚合物工件(1)的用途，其用作在陆地上、在空中或在水上交通的运行装置的窗玻璃或窗玻璃的部分。
25.根据权利要求24的用途，其用作机动车辆的挡风玻璃、后窗玻璃、侧窗玻璃和/或车顶窗玻璃。
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