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      深度解析 | 華工激光帶你一篇報告讀懂口罩背后的安全

      2020-03-11 15:15:25

             激光 + 醫藥大健康

             2020年開年,一場由新型冠狀病毒引起的疫情肆虐全國。因口罩可有效阻隔飛沫、血液、體液和分泌物侵入,阻斷病毒傳播,也成了現階段的生活必需品。需求量激增,全國上下口罩資源非常緊缺,許多地方出現口罩難尋的問題,很多廠家應急增加口罩機生產,但在生產過程中忽略了口罩印刷工藝??谡直砻嬗∷⑿枰>吆痛罅坑湍?,模具無法及時到位,大量油墨印刷對環境污染大,導致市場上出現大量白板口罩(無任何信息標識口罩)。無印刷口罩流入市場,給一些不法商販以可乘之機;此外一些劣質口罩在市場上橫行,對消費者健康危害極大。

             如何解決口罩辨識度和防偽問題成為重中之重。解決這類問題最好的方法就是讓大眾消費能簡單快捷的識別口罩信息,知道哪些能買哪些不能買。對于企業而言,進一步提升口罩生產過程品質管控和品牌打造更是迫在眉睫。 

            標識對產品和品牌的重要性不言而喻。傳統的標識方法主要采用油墨噴碼技術,但該技術在目前生產口罩的過程中最大的弊端是無法柔性化和環境污染問題,這也導致特殊時期口罩大規模擴充的情況下無法滿足生產需求。

            激光應用就能很好的解決以上問題。激光的柔性性化生產目前已在各行各業生產制造中大批量使用,相比油墨更具環保性和產品高度辨識性,已經得到大量食品企業的認可和使用。華工激光針對目前口罩市場標識問題進行相關工藝開發和實驗,推出全新激光無油墨印刷技術,可高質量解決口罩產品標識性、提升產品整體質量,從品質上提升口罩品牌影響力。

      (圖片來自新浪財經)

              下面激光君將通過詳細的報告和分析,帶大家讀懂醫用防護口罩的激光標記。

             01醫用防護口罩激光標記原理

             材料性質

             醫用防護口罩是無紡布材料,由定向的或隨機的纖維構成,一般為多層結構,通常簡稱為SMS結構(2層S層和1層M層)。目前,國內最高的層數是5層,即SMMMS(2層S層和3層M層)。S表示紡粘層(Spunbond),M表示阻隔層或則熔噴層M(Meltblown),都是由聚丙烯(PP)組成。M層以熔噴非織造布作為過濾層,因其纖維為隨機分布且有復雜的三維多孔,最大特點就是由超細纖維組成,纖維的比表面積較大,對顆粒的吸附能力較強; 熔噴過濾材料纖維隨機分布,形成大量微小孔隙,且孔隙分布均勻,過濾阻力小,過濾效率高,使非織造醫用防護口罩的過濾性能遠優于傳統的紗布口罩。

             SMS無紡布以聚丙烯PP(具有天然抑菌性和疏水性)為主要原料,纖維直徑可以達到0.5-10um,這些具有獨特毛細結構的超細纖維增加了單位面積纖維數量和表面積,從而使熔噴布具有很好的空氣過濾性,是較為良好的口罩材料。故激光標記面為S層聚丙烯材質的無紡布。

             激光標記

      激光打標和油墨印刷口罩對比

             同所有醫療健康用品一樣,防偽標記是口罩產品的重要組成部分。

             如今,相對于傳統的油墨印刷技術,激光打標具有的無毒害、無污染、效率高、清晰度高、精細度高、耐磨損的特點,已從技術上根本解決了傳統油墨印刷的一系列問題??梢哉f,激光打標技術從誕生起,一直在為醫療行業保駕護航。

             激光打標技術的原理主要是利用能量密度很高的激光對材料表面進行照射,以致材料表面表面發生氣化作用從而露出深層物質,或在光照射作用下材料表面發生可使顏色變化的化學反應,留下永久性標刻痕跡。由于激光加工是無接觸式加工,工具不會與工件表面直接摩擦產生阻力,所以激光加工的速度極快、加工對象受熱影響的范圍較小而且不會產生噪音。由于激光束的能量和光束的移動速度均可調節,因此激光加工可應用到不同層面和范圍上。

             目前,公認的激光加工原理是兩種:分別為激光熱加工和光化學加工(又稱冷加工)。華工激光此次選擇的是短波長紫外激光器進行打標工藝處理。

              短波長的紫外激光在作用于高分子聚合物時,直接打斷材料化學鍵,使材料碎片以小顆?;蛘邭鈶B方式排出,達到剝離去除材料的目的,從而在材料內部產生光滑、清晰易辨的標記。由于大多數能量用于破壞化學鍵,極少能量轉換為熱能,可基本消除熱影響區(HAZ)及周圍材料的變化,保證材料不會產生受熱變形。

             冷加工具有很高負荷能量的(紫外)光子,能夠打斷材料(特別是有機材料)或周圍介質內的化學鍵,致使材料發生非熱過程破壞。這種冷加工在激光標記加工中具有特殊意義,因為它不是熱燒蝕,而是不產生“熱損傷”輔助用的、打斷化學鍵的冷剝離,因而對被加工表層的里層和附近區域不產生加熱或熱變形等作用。

             由于熱加工光源產生的熱量會對口罩外層和中層表面造成破壞,對口罩過濾性影響較大,所以華工激光選用“冷加工”紫外激光器對口罩表層進行標記。

             02醫用防護口罩激光標記影響因數

            激光器打標速度

      不同標記速度對標記效果的影響

             激光器打標速度即單位時間激光掃描的距離,可以通過改變標記速度控制激光與材料的作用時間。

             以上為不同標記速度對于材料表面效果的變化,從圖中可以看出,華工激光此次采用的標記速度從2000mm/s-5000mm/s,效果從焦黃色到作用效果適中的變化。當標記速度較慢時,激光束與材料單位面積內相互作用的時間較長,激光束與材料表層物質碳化作用較為劇烈,熱影響增加,從而導致標記效果變黃、標記輪廓線變粗。當標記速度逐漸加快時,激光束與材料相互作用的時間就減小,使得激光束與材料表層物質碳化劇烈程度減小,當標記速度為一個特定值時,其碳化作用較為適中,獲得最好的對比度。

            激光器頻率

      不同標記頻率對標記效果的影響

      (a)80KHZ;(b)60KZH

             激光重復頻率即單位時間內激光出光數目的多少,標記速度一定時,影響光斑重疊率。圖2(b)相比圖2(a)標記效果偏黃。分析其原因,在相同激光功率的情況下,6OKHZ激光峰值功率最高,其相同時間內材料吸收激光束的能量增多,熱影響增加而變黃。

             填充線間距

      填充線間距對標記效果的影響

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

             填充線間距是指對要求打標的文字或圖案采用線條填充時,相鄰兩條填充線之間的距離。線間距太小,打標時間長,材料熱影響嚴重,致使輪廓線黏合在一起,標記效果較差(如圖3(a));線間距太大,打標時間短,標記效果不明顯(如圖3(d))。

            03醫用防護口罩激光標記對口罩過濾率的影響

            為了測試激光標記后對口罩最核心的指標——過濾性能帶來的影響,華工激光對激光標記后的材料進行了嚴格的過濾率和性能測試,測試的結論為華工激光標記后的材料在過濾性和性能上基本沒有影響。

             華工激光委托第三方機構對不同激光工藝參數標記的口罩,進行過濾率測試,測試結果如下圖所示。采用華工激光的激光器標記技術對口罩進行標記,設置適當的標記參數標記后,對其口罩的過濾性無影響。

      華工激光紫外激光器醫用口罩標記檢測報告

              采用華工激光紫外激光器可以對醫用防護口罩進行標記,不同的激光工藝參數(頻率、標記速度、填充線間距)對口罩標記對比度有明顯影響。在醫用防護口罩上采用激光標記對口罩的過濾率無影響,標記后的口罩過濾率滿足國標。

             華工激光基于在激光領域20多年的工藝和技術優勢,為多家口罩企業提供專業激光標識解決方案,近期已發貨多臺激光設備用于口罩企業生產。

             江蘇華工激光科技有限公司(以下簡稱江蘇華工激光)是武漢華工激光工程有限責任公司的全資子公司,坐落在淮海經濟區核心區之—的宿遷。

             江蘇華工激光旗下的Flying紫外系列賦碼設備最高功率可達20W,其配備的國產自主研發短波長紫外激光器性能優異,聚焦光斑更小,作用于材料上的時間更短,熱影響效果小,打標效果更美觀,已廣泛應用于醫藥、醫療、個人護理品、食品飲料包裝等產品上的有效日期、批號、班次、廠家名稱和標識等圖形與文字的標記。

             善用科技的力量,依托完善的市場服務體系和高效快捷的服務質量,華工激光用行動與您一同為中國加油。

       

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