聚碳酸酯和ABS树脂激光标记的研究

论文摘要

传统印刷技术有很多缺陷,比如容易因机械摩擦、化学作用等造成材质表面标记模糊难以辨认,而且很难应用于曲面或网纹表面印刷。而激光标记,这一当代高科技激光技术的产物,它的很多特点有效克服或解决了以上这些问题,使其成为目前最富生命力的新型印刷、标记技术之一。激光标记是利用激光能量在各种材料上产生标记。从金属、玻璃到陶瓷和塑料,均可用激光打印标记。对于不同种类的基材,激光标记效果是不同的。本文以聚碳酸酯,聚乙烯,ABS等常见树脂为原料,配合不同的添加剂,通过熔融共混方法制备了多种高分子共混物,并对其激光标记。研究了共混物的可标记性,开发有效的激光标记添加剂并初步探索激光标记机理。聚碳酸酯（PC）是通用工程塑料中极其重要的一员。将无机纳米材料La系列与PC熔融共混,比较了不同配比PC/La共混物以及含有不同种类无机纳米材料的共混体系的激光标记效果。结果显示,无机纳米材料La系列能有效改善PC的激光标记效果。不同种类无机纳米材料La改善的效果也不同,其中La1改善PC标记效果最佳。通过机械性能与阻燃型的测试,研究了无机纳米材料La改善PC激光可标性同时,对材料的机械性能和阻燃性影响。通过TGA、XRD谱图、ATR-FTIR谱图以及SEM照片等分析手段,研究了标记处黑色物质的性质与属性。为改善激光标记效果,既可改变基材本身属性,也可通过调节激光仪器系统来实现。以PC/La1共混物体系为基材,运用密度仪研究了激光强度对标记效果的影响,结果表明,在一定范围内,激光强度越大,标记越清晰。通过显微镜观测,研究了标记处表面碳化层和内部碳化层与激光强度的联系。通过测定标记处的邵氏D硬度,研究了激光强度对标记处硬度的影响关系。结果显示,标记处硬度有随激光强度增大而减小的趋势。许多ABS制品需要标记文字、图案,故激光标记有很大应用空间,但无激光添加剂情况下,ABS的标记效果很差。将纳米TiO2与ABS共混,研究了共混物的激光标记效果,并与ABS/无机纳米材料La1共混物标记效果对比,发现纳米TiO2能有效改善ABS标记性能,La1却不能,还会抑制TiO2效果。激光标记绝大多数只有黑白色,人们一直好在探索彩色激光标记的方法,报道了些间接的彩色激光标记法,但真正意义上的彩色激光标记目前不存在的。以PE为基材,加入有机颜料和碳黑制成共混物,用激光标记。利用物质挥发所需能量不同的原理,实现了基于物理“挥发”原理的彩色激光标记。在探索不同种类的激光标记添加剂时,发现离子液体能有效改善PC激光标记效果,推测其对促进PC热降解作用。运用垂直燃烧、极限氧指数研究了咪唑类离子液体对PC阻燃性能的影响。结果显示,咪唑类离子液体能有效改善PC的阻燃性能,SEM照片也显示PC/离子液体共混物燃烧后残余碳层形貌和结构能有效起到阻燃效果。通过熔融指数测定,TGA的分析表明,离子液体能促进PC的降解。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 各类纯聚合物的激光可标记性
• 1.3 激光标记的量化评价方法
• 1.4 无机与有机激光标记添加剂
• 1.4.1 无机类激光标记添加剂
• 1.4.2 有机类、无机-有机复合类激光标记添加剂
• 1.5 激光标记组合物的不同制备方法
• 1.5.1 直接添加法
• 1.5.2 薄膜涂敷法
• 1.6 不同颜色的激光标记
• 1.6.1 深色标记
• 1.6.2 浅色标记
• 1.6.3 两种以上颜色的彩色激光标记
• 1.7 本课题目的与意义
• 1.8 参考文献
• 第二章 激光标记添加剂/PC共混物的标记效果与性能
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 试样制备与激光处理
• 2.2.3 测试和表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 标记颜色效果
• 2.3.2 力学性能
• 2.3.3 阻燃性能
• 2.3.4 热失重（TGA）
• 2.3.5 XRD 分析
• 2.3.6 衰减全反射傅立叶红外谱图（ATR-FTIR）分析
• 2.3.7 SEM 微观形貌分析
• 2.4 本章小结
• 2.5 参考文献
• 第三章 激光强度对标记效果的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 试样制备
• 3.2.3 试样的激光处理
• 3.2.4 性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 标记黑度
• 3.3.2 标记处炭化层厚度测量
• 3.3.3 标记处硬度
• 3.4 本章小结
• 3.5 参考文献
• 第四章 ABS和PE的激光可标性研究
• 4.1 引言
• 4.1.1 ABS 树脂激光可标性的研究
• 4.1.2 PE 树脂多色激光标记的研究
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 试样制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 ABS 的激光可标性
• 4.3.2 PE 的多色激光标记
• 4.4 参考文献
• 第五章 离子液体对聚碳酸酯阻燃性及热降解行为的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 主要原料
• 5.2.2 仪器与设备
• 5.2.3 试样制备
• 5.2.4 性能测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 [Bmim]OTM 用量对PC 燃烧性能的影响
• 5.3.2 热失重（TGA）
• 5.3.3 熔体流动指数（MFI）
• 5.3.4 微观形貌与结构
• 5.4 本章小结
• 5.5 参考文献
• 第六章 全文总结
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果