薄膜和薄膜激光器加工制造技术

本文介绍了激光切割聚烯烃薄膜的各种方法，尤其是使用二氧化碳激光器进行激光切割的方法。同时，可进行激光切割的改性聚烯烃材料也在本文中进行阐述。

Thin film and thin film laser processing

This paper introduces various methods of laser cutting polyolefin film, especially the laser cutting method using CO2 laser. At the same time, the modified polyolefin materials for laser cutting are also described in this paper.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交叉参考相关的参考资料本申请要求2014年12月30日提交的第62/098,010号美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用结合到本申请中。专利
本专利技术涉及使用二氧化碳(CO2)激光器的激光切割聚烯烃薄膜和标签组件。专利技术背景不干胶标签和薄膜组件一般被诸如制造商、经销商和/或零售商等“加工商”用于市售货品的包装或备货。加工商使用加工设备或“生产线”根据需要选择性切割标签和/或薄膜组件，并形成各种市售货品的包装。此类加工生产线也可以对标签和薄膜组件执行其他操作，例如印刷。传统加工生产线一般包括柔版印刷和机械模切设备，用以选择性印刷和切割标签和/或薄膜组件。机械模切适合许多方面的应用，尤其是大规模加工生产线。近年来，利用一个或多个激光器切割标签和/或薄膜组件的数字加工生产线日益普及。数字加工生产线对于小规模加工非常有用，相比传统机械模切，可以更灵活地改变切割参数，例如切割深度和样式。标签和薄膜组件的激光加工方便定制，可从批量标签或层合薄膜中切割出各种形状。可以轻松使用控制激光切割机的软件更改切割参数。大部分数字加工生产线使用二氧化碳激光器，该类激光器发射光的波长约为10.6微米，或者在约10.2到10.6微米的范围内。二氧化碳激光器的发射波长有时称为“中红外”和/或“长红外”波长或波长范围。当使用数字加工生产线，利用二氧化碳激光器进行标签和层压薄膜的加工时遇到的困难是，此类标签和层压薄膜中使用的许多聚合物膜对于二氧化碳激光器发射出来的光来说是相对透明的。聚乙烯就是此类薄膜的一个例子。对于二氧化碳激光器的发射光，由于聚乙烯的光学透射率相对较高，而吸光度较低，所以此类激光器的切割性能差。因此，需要有一种方法允许使用二氧化碳激光器加工某些标签和层压薄膜，例如聚乙烯材料。激光切割差的直接后果是造成切割速率低。对于某些应用，如果低切割速率伴随着较高的工艺柔性，例如，能够轻松改变切割形状或样式，则还是可以接受的。但是，一般不能接受低切割速率，尤其是大规模加工生产线。在许多应用中，一般无法通过简单增加激光功率来提高切割速率。提高激光功率电平时，易造成标签和层压薄膜中使用的许多材料出现损坏。而且，使用较高的激光器功率电平，可能造成预想不到的后果，例如，材料过热、不良的切割面、邻近切割面的材料性质发生变化。因此，需要有一种可以提高激光切割速率却不会出现上述伴随问题的方法。在许多应用中，可以“吻切”标签和内衬组件，这样一来，只会切割标签的一层或多层膜，而不会切割或损坏内衬。一般使用机械切割组件执行此类切割操作。但是，这要求准确控制切割工艺和机械组件。使用激光器的吻切标签和内衬组件在行业中已不是什么新技术，但是，内衬损坏的情况是一个常见的问题。例如，当激光切割某些品级的聚乙烯薄膜时，激光器需要使用相对较高的功率电平。此激光功率电平一般会严重损坏内衬，后者，在某些应用中，会穿透内衬。因此，需要有一种标签和内衬组件的激光切割方法，尤其是激光吻切方法不会损坏或割破内衬。专利技术摘要本专利技术解决了之前方法存在的困难和不足。在一个方面中，本专利技术提供一种使用二氧化碳激光器激光切割聚烯烃薄膜的方法。所述方法包括提供一种聚烯烃材料。所述方法还包括在所述聚烯烃材料中加入至少一种处理剂。所述处理剂选自由至少一种无机处理剂、至少一种有机处理剂及其组合组成的基团，进而形成吸光度增强的改性聚乙烯材料。所述方法还包括从所述改性聚烯烃材料中形成薄膜。而且，所述方法还包括使用至少一种二氧化碳激光器，激光切割薄膜。在另一个方面中，本专利技术提供一种可以使用二氧化碳激光器切割的多层薄膜。所述多层薄膜包括一层核心层和至少一层表层。在所述至少一层核心层和所述至少一层表层中，至少其中一层包括聚烯烃和一定浓度的至少一种处理剂，使得所述多层薄膜提高吸光度，波长为10.6微米，或者在10.2微米到10.25微米的范围内。须认识到的是，本文所提及之专利技术在不背离所要求的专利技术的前提下可有其他不同的实施例且其多个细节可在各方面进行修改。因此，本专利技术之描述仅供说明之用，不具有限定性。附图说明附图1所示为本专利技术的典型标签组件的横截面示意图。附图2所示为本专利技术的一种薄膜版本的横截面示意图。附图3所示为本专利技术的另一种薄膜版本的横截面示意图。附图4所示为本专利技术的另一种薄膜版本的横截面示意图。附图5所示为本专利技术的另一种薄膜版本的横截面示意图。附图6所示为本专利技术中使用激光器吻切标签组件的示意图。实施例的详细说明本专利技术提供允许激光切割含聚烯烃(例如聚乙烯和类似材料)的薄膜，尤其是使用二氧化碳激光器进行激光切割的各种方法。通过在薄膜内加入一定浓度的特定处理剂，可以明显提高波长(i)10.6μm和/或(ii)10.2μm到10.25μm的薄膜的吸光度，从而允许二氧化碳激光器切割薄膜。将某些薄膜拉伸到特定拉伸比和某些方向也可以明显改善薄膜的激光切割。可以利用加入上述处理剂，同时拉伸薄膜，制作可激光切割的薄膜，尤其是使用二氧化碳激光器进行切割。本专利技术也提供吻切标签组件的各种方法，包括在内衬之上含一层或多层薄膜。薄膜一般为本文所述的聚烯烃薄膜，加入上述处理剂，增加光波长为10.6μm和/或10.2μm的薄膜的吸光度。薄膜也能够以一定拉伸比在某些方向上拉伸，提高薄膜的激光可切割性。本专利技术也提供在不增加激光器功率的情况下提高激光切割速度的各种方法，即通过(i)在聚合物膜内加入一定浓度的某些处理剂，例如聚烯烃膜，可以是聚乙烯和类似材料，和/或(ii)将薄膜在某些方向上拉伸到特定拉伸比。所述方法对于提高二氧化碳激光器的激光切割速度和/或切割聚乙烯等聚合物材料特别有用。本专利技术也提供可方便激光器，尤其是二氧化碳激光器切割的各种薄膜。所述各种薄膜可以是单层薄膜，也可以包括多层聚合物材料。本文还进一步详细介绍了本专利技术的这些和其他方面。吸光度将注意力转移到本专利技术的各个方面之前，了解材料的吸光度、吸光度测量方法以及吸光度如何量化等具有指导意义。在光谱学中，材料吸光度(也称为光密度)指的是辐射到材料的量与传播通过材料的辐射量的对数比。吸光度材料通常在分析化学中进行。在物理学中，“光谱吸光度”一词等同于“光谱吸收比,”或“吸收率”。紧密相关的术语是下文描述的“透光率”。光(λ)某个波长时的吸收度(表示为Aλ)是一个量化测度，以等式(1)表示：因此，吸收度Aλ指的是落在材料的辐射Io(穿透材料前的辐射强度或入射辐射)与穿透材料的辐射I(穿透材料的辐射强度，或穿透辐射)之间的无符号对数比。为此，吸光度与透光率T紧密相关：Aλ＝log10(T-1)＝-log10T.(2)“吸收率”一词指的是吸收光的物理过程，而“吸光度”指的是数学量。尽管吸光度没有单位，但是有时会使用“吸光度单位”，或AU。但是，包括科学研究人员在内的许多人错误地使用这些任意单位来描述从吸光度测量实验中获得的结果。一般而言，材料的吸光度使用分光光度法进行测量。这涉及到引导光通过所关注的材料和记录光量以及传输到探测器的波长大小。利用此信息，可以确定被吸收的波长。从等式(1)可以看出，光源的透射强度为IO。传统样品的光的强度为I。然后，可以通过等式(1)确定特定波长条件下材料的吸光度。透明样本或材料的吸收和散射行为将确定穿透的光量，以及物体如何在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用二氧化碳激光器激光切割聚烯烃薄膜的方法，所述方法包括：提供一种聚烯烃材料；往所述聚烯烃材料中加入至少一种处理剂，所述处理剂选自由至少一种无机处理剂、至少一种有机处理剂及其组合组成的基团，进而形成吸光度增强的改性聚乙烯材料；从所述改性聚烯烃材料中形成一种薄膜；使用至少一种二氧化碳激光器，激光切割所述薄膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.30 US 62/098,0101.一种使用二氧化碳激光器激光切割聚烯烃薄膜的方法，所述方法包括：提供一种聚烯烃材料；往所述聚烯烃材料中加入至少一种处理剂，所述处理剂选自由至少一种无机处理剂、至少一种有机处理剂及其组合组成的基团，进而形成吸光度增强的改性聚乙烯材料；从所述改性聚烯烃材料中形成一种薄膜；使用至少一种二氧化碳激光器，激光切割所述薄膜。2.根据权利要求项1所述的方法，其中，所述二氧化碳激光器发射出波长为10.6微米的光。3.根据权利要求项1所述的方法，其中，所述二氧化碳激光器发射出波长为从10.2到10.25微米的光。4.根据权利要求项1-3中任何一个权利要求项所述的方法，其中，所述聚烯烃包括聚乙烯。5.根据权利要求项1-4中任何一个权利要求项所述的方法，其中，所述处理剂包括至少一种无机处理剂。6.根据权利要求项5所述的方法，其中，所述无机处理剂选自由以下物质组成的基团，(i)二氧化硅颗粒，(ii)涂有二氧化钛的云母颗粒，和(iii)组合。7.根据权利要求项6，其中，所述无机处理剂为二氧化硅颗粒。8.根据权利要求项7所述的方法，其中，所述二氧化硅颗粒以重量百分比为7.5%到15%加入到所述聚烯烃材料中。9.根据权利要求项6，其中，所述无机处理剂为涂有二氧化钛的云母颗粒。10.根据权利要求项9所述的方法，其中，所述涂有二氧化钛的云母颗粒以重量百分比为2%到20%加入到所述聚烯烃材料中。11.根据权利要求项1-10中任何一个权利要求项所述的方法，其中，所述处理剂包括至少一种有机处理剂。12.根据权利要求项11所述的方法，其中所述有机处理剂选自由以下聚合物组成的基团，包括(i)含至少一种醋酸乙烯酯基团的聚合物，(ii)含至少一种乙烯醇基团的聚合物，(iii)聚对苯二甲酸乙二酯（PETG），(iv)丙烯酸树脂，(v)聚酰胺纤维，及其(vi)组合。13.根据权利要求项12所述的方法，其中，所述有机处理剂包括含至少一种醋酸乙烯酯基团的聚合物。14.根据权利要求项13所述的方法，其中，所述聚合物是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物。15.根据权利要求项14所述的方法，其中，所述共聚物的醋酸乙烯酯含量在2.5%到55%的范围内。16.根据权利要求项12所述的方法，其中，所述有机处理剂包括含至少一种乙烯醇基团的聚合物。17.根据权利要求项16所述的方法，其中，所述含至少一种乙烯醇基团的聚合物的量在2.5%到55%范围内。18.根据权利要求项12所述的方法，其中，所述有机处理剂为PETG。19.根据权利要求项18所述的方法，其中，所述PETG的量在2.5%到55%范围内。20.根据权利要求项12所述的方法，其中，所述有机处理剂为丙烯酸树脂。21.根据权利要求项20所述的方法，其中，所述丙烯酸树脂为PMMA。22.根据权利要求项21所述的方法，其中，所述PMMA的量在2.5%到55%范围内。23.根据权利要求项12所述的方法，其中，所述有机处理剂为聚酰胺纤维。24.根据权利要求项23所述的方法，其中，所述聚酰胺纤维的量在2.5%到55%范围内。25.根据权利要求项23所述的方法，其中，所述聚酰胺纤维为非晶态聚酰胺纤维。26.根据权利要求项1所述的方法，其中，所述薄膜为多层薄膜。27.根据权利要求项1-25中任何一个权利要求项所述的方法，其中，所述多层薄膜包括2-5层。28.根据权利要求项26所述的方法，其中，所述多层薄膜包括5层。29.根据权利要求项26所述的方法，其中，所述多层薄膜包括一层层厚占多层薄膜总厚5%到75%的核心层。30.根据权利要求项27-29中任何一个权利要求项所述的方法，其中，所述多层薄膜包括一层层厚占多层薄膜总厚5%到45%的表层。31.根据权利要求项27-30中任何一个权利要求项所述的方法，其中，所述多层薄膜包括一层层厚占多层薄膜总厚2%到15%的中间层。32.根据权利要求项27-31中任何一个权利要求项所述的方法，其中，所述多层薄膜包括一层增黏层。33.根据权利要求项27-32中任何一个权利要求项所述的方法，其中，所述改性聚烯烃材料的透明度在无处理剂的聚烯烃材料的透明度的10%以内。34.根据权利要求项1所述的方法，其中，所述聚烯烃薄膜包括在标签组件内，聚烯烃薄膜与内衬之间存在胶粘剂。35.根据权利要求项34所述的方法，其中，所述薄膜的激光切割避免损坏或切到内衬。36.根据权利要求项1所述的方法，其中，由改性聚烯烃材料制成的薄膜使用二氧化碳激光器在标签组件中进行吻切。37.根据权利要求项36所述的方法，其中，所述二氧化碳激光器发射出波长为10.6微米的光。38.根据权利要求项36所述的方法，其中，所述二氧化碳激光器发射出波长为从10.2到10.25微米的光。39.根据权利要求项1所述的方法，其中，所述薄膜的形成选用的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·坎，R·K·巴哈拉瓦加，S·王，WL·A·陈，J·阿莱桑德罗，
申请(专利权)人：艾利丹尼森公司，
类型：发明
国别省市：美国;US