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深度解析 | 华工激光带你一篇报告读懂口罩背后的安全

2020-03-11 15:15:25

       激光 + 医药大健康

       2020年开年,一场由新型冠状病毒引起的疫情肆虐全国。因口罩可有效阻隔飞沫、血液、体液和分泌物侵入,阻断病毒传播,也成了现阶段的生活必需品。需求量激增,全国上下口罩资源非常紧缺,许多地方出现口罩难寻的问题,很多厂家应急增加口罩机生产,但在生产过程中忽略了口罩印刷工艺。口罩表面印刷需要模具和大量油墨,模具无法及时到位,大量油墨印刷对环境污染大,导致市场上出现大量白板口罩(无任何信息标识口罩)。无印刷口罩流入市场,给一些不法商贩以可乘之机;此外一些劣质口罩在市场上横行,对消费者健康危害极大。

       如何解决口罩辨识度和防伪问题成为重中之重。解决这类问题最好的方法就是让大众消费能简单快捷的识别口罩信息,知道哪些能买哪些不能买。对于企业而言,进一步提升口罩生产过程品质管控和品牌打造更是迫在眉睫。 

      标识对产品和品牌的重要性不言而喻。传统的标识方法主要采用油墨喷码技术,但该技术在目前生产口罩的过程中最大的弊端是无法柔性化和环境污染问题,这也导致特殊时期口罩大规模扩充的情况下无法满足生产需求。

      激光应用就能很好的解决以上问题。激光的柔性性化生产目前已在各行各业生产制造中大批量使用,相比油墨更具环保性和产品高度辨识性,已经得到大量食品企业的认可和使用。华工激光针对目前口罩市场标识问题进行相关工艺开发和实验,推出全新激光无油墨印刷技术,可高质量解决口罩产品标识性、提升产品整体质量,从品质上提升口罩品牌影响力。

(图片来自新浪财经)

        下面激光君将通过详细的报告和分析,带大家读懂医用防护口罩的激光标记

       01医用防护口罩激光标记原理

       材料性质

       医用防护口罩是无纺布材料,由定向的或随机的纤维构成,一般为多层结构,通常简称为SMS结构(2层S层和1层M层)。目前,国内最高的层数是5层,即SMMMS(2层S层和3层M层)。S表示纺粘层(Spunbond),M表示阻隔层或则熔喷层M(Meltblown),都是由聚丙烯(PP)组成。M层以熔喷非织造布作为过滤层,因其纤维为随机分布且有复杂的三维多孔,最大特点就是由超细纤维组成,纤维的比表面积较大,对颗粒的吸附能力较强; 熔喷过滤材料纤维随机分布,形成大量微小孔隙,且孔隙分布均匀,过滤阻力小,过滤效率高,使非织造医用防护口罩的过滤性能远优于传统的纱布口罩。

       SMS无纺布以聚丙烯PP(具有天然抑菌性和疏水性)为主要原料,纤维直径可以达到0.5-10um,这些具有独特毛细结构的超细纤维增加了单位面积纤维数量和表面积,从而使熔喷布具有很好的空气过滤性,是较为良好的口罩材料。故激光标记面为S层聚丙烯材质的无纺布。

       激光标记

激光打标和油墨印刷口罩对比

       同所有医疗健康用品一样,防伪标记是口罩产品的重要组成部分。

       如今,相对于传统的油墨印刷技术,激光打标具有的无毒害、无污染、效率高、清晰度高、精细度高、耐磨损的特点,已从技术上根本解决了传统油墨印刷的一系列问题。可以说,激光打标技术从诞生起,一直在为医疗行业保驾护航。

       激光打标技术的原理主要是利用能量密度很高的激光对材料表面进行照射,以致材料表面表面发生气化作用从而露出深层物质,或在光照射作用下材料表面发生可使颜色变化的化学反应,留下永久性标刻痕迹。由于激光加工是无接触式加工,工具不会与工件表面直接摩擦产生阻力,所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节,因此激光加工可应用到不同层面和范围上。

       目前,公认的激光加工原理是两种:分别为激光热加工和光化学加工(又称冷加工)。华工激光此次选择的是短波长紫外激光器进行打标工艺处理。

        短波长的紫外激光在作用于高分子聚合物时,直接打断材料化学键,使材料碎片以小颗粒或者气态方式排出,达到剥离去除材料的目的,从而在材料内部产生光滑、清晰易辨的标记。由于大多数能量用于破坏化学键,极少能量转换为热能,可基本消除热影响区(HAZ)及周围材料的变化,保证材料不会产生受热变形。

       冷加工具有很高负荷能量的(紫外)光子,能够打断材料(特别是有机材料)或周围介质内的化学键,致使材料发生非热过程破坏。这种冷加工在激光标记加工中具有特殊意义,因为它不是热烧蚀,而是不产生“热损伤”辅助用的、打断化学键的冷剥离,因而对被加工表层的里层和附近区域不产生加热或热变形等作用。

       由于热加工光源产生的热量会对口罩外层和中层表面造成破坏,对口罩过滤性影响较大,所以华工激光选用“冷加工”紫外激光器对口罩表层进行标记。

       02医用防护口罩激光标记影响因数

      激光器打标速度

不同标记速度对标记效果的影响

       激光器打标速度即单位时间激光扫描的距离,可以通过改变标记速度控制激光与材料的作用时间。

       以上为不同标记速度对于材料表面效果的变化,从图中可以看出,华工激光此次采用的标记速度从2000mm/s-5000mm/s,效果从焦黄色到作用效果适中的变化。当标记速度较慢时,激光束与材料单位面积内相互作用的时间较长,激光束与材料表层物质碳化作用较为剧烈,热影响增加,从而导致标记效果变黄、标记轮廓线变粗。当标记速度逐渐加快时,激光束与材料相互作用的时间就减小,使得激光束与材料表层物质碳化剧烈程度减小,当标记速度为一个特定值时,其碳化作用较为适中,获得最好的对比度。

      激光器频率

不同标记频率对标记效果的影响

(a)80KHZ;(b)60KZH

       激光重复频率即单位时间内激光出光数目的多少,标记速度一定时,影响光斑重叠率。图2(b)相比图2(a)标记效果偏黄。分析其原因,在相同激光功率的情况下,6OKHZ激光峰值功率最高,其相同时间内材料吸收激光束的能量增多,热影响增加而变黄。

       填充线间距

填充线间距对标记效果的影响

(a)0.08mm;(b)0.12mm;(c)0.15mm;(d)0.2mm

       填充线间距是指对要求打标的文字或图案采用线条填充时,相邻两条填充线之间的距离。线间距太小,打标时间长,材料热影响严重,致使轮廓线黏合在一起,标记效果较差(如图3(a));线间距太大,打标时间短,标记效果不明显(如图3(d))。

      03医用防护口罩激光标记对口罩过滤率的影响

      为了测试激光标记后对口罩最核心的指标——过滤性能带来的影响,华工激光对激光标记后的材料进行了严格的过滤率和性能测试,测试的结论为华工激光标记后的材料在过滤性和性能上基本没有影响。

       华工激光委托第三方机构对不同激光工艺参数标记的口罩,进行过滤率测试,测试结果如下图所示。采用华工激光的激光器标记技术对口罩进行标记,设置适当的标记参数标记后,对其口罩的过滤性无影响。

华工激光紫外激光器医用口罩标记检测报告

        采用华工激光紫外激光器可以对医用防护口罩进行标记,不同的激光工艺参数(频率、标记速度、填充线间距)对口罩标记对比度有明显影响。在医用防护口罩上采用激光标记对口罩的过滤率无影响,标记后的口罩过滤率满足国标。

       华工激光基于在激光领域20多年的工艺和技术优势,为多家口罩企业提供专业激光标识解决方案,近期已发货多台激光设备用于口罩企业生产。

       江苏华工激光科技有限公司(以下简称江苏华工激光)是武汉华工激光工程有限责任公司的全资子公司,坐落在淮海经济区核心区之—的宿迁。

       江苏华工激光旗下的Flying紫外系列赋码设备最高功率可达20W,其配备的国产自主研发短波长紫外激光器性能优异,聚焦光斑更小,作用于材料上的时间更短,热影响效果小,打标效果更美观,已广泛应用于医药、医疗、个人护理品、食品饮料包装等产品上的有效日期、批号、班次、厂家名称和标识等图形与文字的标记。

       善用科技的力量,依托完善的市场服务体系和高效快捷的服务质量,华工激光用行动与您一同为中国加油。

 

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