DE102007002786A1

DE102007002786A1 - Laserbeschriftbares Polymermaterial sowie Formteile daraus

Info

Publication number: DE102007002786A1
Application number: DE200710002786
Authority: DE
Inventors: Alexander Schlegel; Michael Wölfel; Jürgen Herrmann
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2008-07-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein laserbeschriftbares Polymermaterial, das aus der Gruppe Polyvinylchlorid, Phenolharz, Polyurethan, Celluloseacetobutyrat, Celluloseacetopropionat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk und Chloroprenkautschuk ausgewählt ist und mindestens einen Weichmacher enthält. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Weichmacher Diphenylkresylphosphat ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein laserbeschriftbares Polymermaterial, das aus der Gruppe Polyvinylchlorid, Phenolharz, Polyurethan, Celluloseacetobutyrat, Celluloseacetopropionat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk und Chloroprenkautschuk ausgewählt ist und mindestens einen Weichmacher enthält, sowie Formteile aus einem derartigen Polymermaterial.
Für eine dauerhafte Beschriftung von Formteilen oder Profilen aus Polymermaterial werden vorzugsweise YAG-Laser eingesetzt.
Laserbeschriftbare Polymermaterialien sind bekannt. Besonders Polyvinylchlorid (PVC) mit einer hohen Shore-Härte wird als generell gut laserbeschriftbar eingestuft. Bei Mischungen, die eine geringere Shore-Härte aufweisen, insbesondere bei Weich-PVC, ist bei einer Lasermarkierung nur eine relativ schwache Prägnanz der Beschriftung erreichbar.
Für die Verbesserung der Prägnanz einer Lasermarkierung auf Formteilen oder Profilen ist es weiterhin bekannt, Laserpigmente dem Polymermaterial beizumischen. Ein Nachteil des Einsatzes von Laserpigmenten wird darin gesehen, dass die Laserpigmente eine Veränderung der Materialfarbe der Formteile oder Profile hervorrufen. Weiterhin wird durch die Zugabe von Laserpigmenten der Preis für die Formteile oder Profile erhöht, da die Laserpigmente teuer sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein laserbeschriftbares Polymermaterial und ein daraus hergestelltes Formteil anzugeben, das eine bessere Prägnanz der Beschriftung mit einem YAG-Laser zeigt, ohne die Nachteile von Laserpigmenten aufzuweisen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Polymermaterial und ein daraus hergestelltes Formteil der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der Weichmacher Diphenylkresylphosphat ist. Es hat sich überraschender Weise gezeigt, dass bei der Verwendung von Diphenylkresylphosphat als Weichmacher eine bessere Prägnanz bei einer Laserbeschriftung des Polymermaterials mit einem YAG-Laser erreicht wird. Auch macht der Einsatz von Diphenylkresylphosphat als Weichmacher die Zugabe von Laserpigmenten überflüssig und zeigt den Nachteil der Farbveränderung des Materials der Formteile oder Profile durch dessen Zugabe nicht.
Es hat sich gezeigt, dass besonders gute Prägnanzverbesserungen zu erreichen sind, wenn der Weichmacher Diphenylkresylphosphat einen Gewichtsanteil von 3 bis 50% der gesamten Polymerzusammensetzung ausmacht.
Bei Formteilen und Profilen aus Weich-PVC hat sich zudem gezeigt, dass ein Gewichtsanteil von 20 bis 30% Diphenylkresylphosphat im Gegensatz zu einem anderen Weichmacher, wie z. B. Phthalate, zu einer deutlichen Verbesserung der Prägnanz beim Beschriften der Formteile und Profile führt.
Um die Eigenschaften des Polymermaterials in weiten Grenzen einstellen zu können, ist auch erkannt worden, dass eine Mischung von Diphenylkresylphosphat mit anderen Weichmachern eingesetzt werden kann, wobei die positive Auswirkung auf die Prägnanz bei einer Lasermarkierung durch das Diphenylkresylphosphat hervorgerufen wird.
Der zur Markierung der Formteile und Profile eingesetzte Laser ist bevorzugt ein gepulster Ytterbium-Aluminium-Granat-Laser (YAG-Laser) mit einer Wellenlänge von 1064 nm. Mit dieser infraroten Strahlung sind Markierungen mit einer verbesserten Prägnanz auf ein erfindungsgemäßes Formteil aus dem Polymermaterial mit Diphenylkresylphosphat als Weichmacher erreichbar.
Die Pulsfrequenz des YAG-Lasers kann dabei entsprechend dem gewünschten Punktabstand in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit eingestellt werden. YAG-Laser haben weiterhin den Vorteil, dass in dem Kristall Energie gespeichert werden kann, so dass die Energie pro Puls höher liegt als bei einem ungepulsten YAG-Laser gleicher Leistung.
Dies führt aber auch dazu, dass die Abgabeleistung je Puls des YAG-Lasers ab einer bestimmten Pulsfrequenz absinkt, da in den Intervallen zwischen den einzelnen Pulsen immer weniger Energie in den Kristall eingeleitet und dort gespeichert werden kann. Bei einer weiteren Erhöhung der Pulsfrequenz sinkt die Energie pro Puls auf in etwa den gleichen Wert, wie ein kontinuierlich arbeitender YAG-Laser gleicher Leistung, ab.
Formteile und Profile aus PVC mit einem Gewichtsanteil von 45 bis 92% PVC, 3 bis 50% Diphenylkresylphosphat oder Abmischungen mit üblichen Weichmachern und 5% Stabilisatoren, Hilfsstoffen und/oder Pigmenten zeigen beim Vergleich mit identischen Materialrezepturen ohne Diphenylkresylphosphat einen deutlichen Unterschied in der Prägnanz bei der Markierung mit einem YAG-Laser. Diese Unterschiede bewegen sich im Bereich von 3½ bis 2½ beurteilt mit einem Graumaßstab zur Bewertung der Änderung der Farbe nach ISO 105-A02: 1993 und DIN EN 20105-A02: 1994. Dabei unterteilt sich der Graumaßstab zur Bewertung der Änderung der Farbe in 9 Halbstufen, wobei ein Wert von 1 die größte und ein Wert von 5 keinen Unterschied bedeutet.
Durch den Zusatz von Laserpigmenten in eine Rezeptur ohne Diphenylkresylphosphat als Weichmacher ist nur ein Unterschied im Vergleich zu einer Rezeptur ohne Diphenylkresylphosphat im Bereich von 3% erreichbar. Damit wird durch den Wegfall der teuren Laserpigmente neben einer besseren Prägnanz auch eine kostengünstigere Fertigung von Formteilen und/oder Profilen mit dem erfindungsgemäßen Material ermöglicht.
Bei einer Materialrezeptur von 70% PVC, vorzugsweise S-PVC K-Wert 70, 25% Weichmacher und 5% Stabilisatoren, Hilfsstoffe und Pigmente wurde anhand von verschiedenen Lasereinstellungen eines YAG-Lasers Markierungsmuster erstellt, wobei die Rezeptur einmal mit und einmal ohne Diphenylkresylphosphat als Weichmacher verwendet wurde.
Diese Markierungsmuster zeigen die deutliche Abhängigkeit der Prägnanz von den Lasereinstellungen Punktabstand und Vorschubgeschwindigkeit bei gleicher Leistung und Strahlaufbereitung des verwendeten gepulsten YAG-Lasers.
Es hat sich dabei gezeigt, dass die Prägnanz mit größer werdendem Punktabstand erst zunimmt und dann beim Überschreiten eines optimalen Laserpunktabstandes wieder abnimmt. Anders als bei dem Punktabstand wird die Prägnanz einer Markierung auf dem Markierungsmuster mit steigender Vorschubgeschwindigkeit geringer.
Dies resultiert auch aus der mit steigender Vorschubgeschwindigkeit ansteigenden Pulsfrequenz des YAG-Lasers und der damit verbundenen geringeren Zeitspanne zwischen zwei Pulsen, die zur Energiespeicherung im Kristall des YAG-Lasers zur Verfügung steht.
Die beiden Markierungsmuster verhalten sich bei der Abhängigkeit von den Lasereinstellungen identisch, so dass die jeweils beste Prägnanz der Markierung bei gleichen Lasereinstellungen erreicht wird. Beim Vergleich dieser beiden jeweils besten Markierungen in Bezug auf die Prägnanz wurde ein Unterschied von 2½ nach dem Graumaßstab zur Bewertung der Änderung der Farbe nach ISO 105-A02 und DIN EN 20105-A02 ermittelt.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass durch die Zugabe von Blähgraphit, d. h. Graphit mit interkalierten Schichten, die Prägnanz einer Lasermarkierung von daraus hergestellten Formteilen und Profilen um etwa ½ Stufe des Graumaßstabes zur Bewertung der Änderung der Farbe weiter verbessern lässt.
Vorteilhaft kann Blähgraphit bei Materialmischungen zugegeben werden, die einen dunkleren Grundton aufweisen sollen und damit eine erhöhte Prägnanz einer Markierung erfordern. Dabei ist der Einsatz von Blähgraphit vor allem dort besonders gut möglich, wo die Farbrezeptur Ruß oder dergleichen zur Einstellung der Farbe enthält, da dieser zumindest teilweise ohne Farbänderung der Rezeptur durch den Blähgraphit ersetzt werden kann.
Bevorzugt wird Blähgraphit mit einer Korngröße kleiner als 300 μm verwendet, da sich dieser besonders gut in den Materialmischungen verteilt und eine gleichmäßige Prägnanz einer auf Formteile und/oder Profile mit dieser Materialmischung aufgebrachten Markierung ermöglicht.
Es hat sich auch gezeigt, dass 0,05 bis 1 Gewichtsprozent Blähgraphit ausreichend sind, um eine verbesserte Prägnanz zu erreichen. Bei höheren Gewichtsanteilen an Blähgraphit wurde zudem erkannt, dass eine zu starke Energieabsorption der Laserstrahlung eintritt und die Prägnanz einer Markierung sich dadurch verschlechtert oder sich von einem gewünschten Schwarzton hin zu einem unerwünschten Braunton verändert.

Claims

Laserbeschriftbares Polymermaterial, das aus der Gruppe Polyvinylchlorid, Phenolharz, Polyurethan, Celluloseacetobutyrat, Celluloseacetopropionat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk und Chloroprenkautschuk ausgewählt ist und mindestens einen Weichmacher enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Weichmacher Diphenylkresylphosphat ist.
Laserbeschriftbares Polymermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 3 bis 50 Gewichtsprozent Diphenylkresylphosphat in dem laserbeschriftbaren Polymermaterial enthalten sind.
Laserbeschriftbares Polymermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Blähgraphit enthält.
Laserbeschriftbares Polymermaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Blähgraphit eine Korngröße von höchstens 300 μm aufweist.
Laserbeschriftbares Material nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass 0,05 bis 1 Gewichtsprozent Blähgraphit in dem laserbeschriftbaren Polymermaterial enthalten ist.
Formteil zur Beschriftung mit einem Laser, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil aus einem Polymermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche besteht.