Карбидные, нитридные и силицидные усиливающие средства для поглощения лазера Российский патент 2022 года по МПК B23K26/18 B41M5/28 B25H7/00 C09D7/61 C08K3/28 C08K3/14 C08K3/10 C08K3/01 C08K3/34 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к композициям для лазерной маркировки для применения в операциях лазерной маркировки и различным способам лазерной маркировки с использованием таких композиций. Настоящее изобретение также относится к изделиям, изготовленным с использованием указанных композиций для маркировки и/или способов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Лазерная маркировка представляет собой технологию маркировки, в которой используются лазеры и другие формы лазерного излучения для дополнительного связывания маркирующего вещества с широким рядом подложек или для изменения цвета конкретного материала подложки за счет химического/молекулярного изменения, обжига, вспенивания, плавления и т.д. Лазерная маркировка формирует постоянные метки на материале, таком как металлические, стеклянные и керамические детали, а также используется во многих сферах применения, начиная от авиационно-космической промышленности и заканчивая сферой изготовления наград и гравюры. Лазерная маркировка отличается от более широко известных технологий лазерной гравировки и лазерной абляции тем, что лазерная маркировка представляет собой добавочный процесс, при котором происходит добавление материала на подложку для формирования маркировки или который по меньшей мере не включает удаление материала с маркированной подложки, как это происходит в других технологиях.

[0003] Отдельные композиции для лазерного связывания/маркировки имели ограниченный успех при использовании для маркировки различных типов материалов подложки и, следовательно, их классифицируют по конкретному материалу, подлежащему маркировке. В отличие от этого, композиции для лазерной маркировки, как правило, изготавливаются специально для маркировки конкретных типов материала. Например, одна композиция для лазерной маркировки может оставить неудовлетворительную лазерную метку на нержавеющей стали, но при этом может оставить неудовлетворительную метку на других материалах, таких как различные сорта алюминия, анодированный алюминий, латунь, медь, олово, титан, стекло, керамика, природные вещества, такие как камень (например, сланец) или изделия из бумаги, и пластмасса. Для маркировки этих других материалов необходимо использовать различные композиции для лазерной маркировки, отличающиеся от тех, что используются для маркировки нержавеющей стали. Следовательно, существует потребность в высококонтрастной композиции для лазерной маркировки, которая может быть использована для маркировки широкого ряда материалов.

[0004] Лазерная маркировка, выполняемая непосредственно на подложке, содержащей полимерный материал, и не включающая использование композиции для маркировки, ограничена уровнем самого полимерного материала для формирования метки при облучении лазером. Следовательно, существует потребность в формировании высококонтрастных меток на различных полимерных материалах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

[0005] Трудности и недостатки, связанные с ранее известными материалами и практиками, устраняются благодаря представленным композициям для маркировки и способам лазерной маркировки.

[0006] В соответствии с одним аспектом, представлена композиция для маркировки, предназначенная для формирования меток или знаков на подложке после лазерного облучения. Композиция для маркировки содержит усиливающее вещество, выбранное из группы, состоящей из нитридов, карбидов, силицидов и их комбинаций. Считается, что после размещения композиции для маркировки на подложке и подвергания композиции для маркировки воздействию лазерного излучения, не опираясь на теорию, композиция для маркировки поглощает лазерное излучение, ее температура повышается, она химически связывается с подложкой и формирует наплавленную метку на подложке, которая имеет яркость, цветовое значение или степени непрозрачности, что обеспечивает визуальный контраст с подложкой, а при формировании на каждой из подложек из металла, стекла, керамики, камня и пластмассы, метка имеет отрицательное значение темного контраста ΔL, составляющее по меньшей мере -1 или более отрицательное (например, -2), или от -1 до -4, или от -5 до -9, или -10 или более отрицательное, по сравнению с меткой, выполненной с использованием подобной композиции, но не содержащей усиливающее вещество, выбранное из группы, состоящей из нитридов, карбидов и силицидов. Когда метка имеет отрицательное значение ΔL, составляющее по меньшей мере -1, то она имеет видимый контраст с меткой, выполненной с использованием подобной композиции, но не содержащей усиливающее вещество. Когда метка имеет отрицательное значение ΔL, составляющее от -1 до -4, то она имеет заметный контраст с меткой, выполненной с использованием подобной композиции, но не содержащей усиливающее вещество. Когда метка имеет отрицательное значение ΔL, составляющее от -5 до -9, то она имеет явный контраст с меткой, выполненной с использованием подобной композиции, но не содержащей усиливающее вещество. Когда метка имеет отрицательное значение ΔL, составляющее -10 или более отрицательное, то она имеет значительный контраст с меткой, выполненной с использованием подобной композиции, но не содержащей усиливающее вещество.

[0007] В соответствии с другим аспектом, способ лазерной маркировки подложки включает обеспечение подложки, выбранной из группы, состоящей из металла, стекла, керамики, камня и пластмассы. Способ включает обеспечение композиции для маркировки, содержащей усиливающее вещество, выбранное из группы, состоящей из нитридов, карбидов, силицидов и их комбинаций. Способ также включает размещение композиции для маркировки по меньшей мере на части подложки. Способ дополнительно включает подвергание по меньшей мере части композиции для маркировки лазерному излучению, так что облучаемая часть композиции для маркировки поглощает лазерное излучение, ее температура повышается, она химически связывается с подложкой и формирует наплавенную метку на подложке, которая имеет яркость, цвет и/или степень непрозрачности, и которая контрастирует от подложки. При формировании на каждой из подложек из металла, стекла, керамики, камня и пластмассы, метка имеет отрицательное значение темного контраста ΔL, составляющее по меньшей мере -1 или от -1 до -4, или от -5 до -9, или -10 или более отрицательное, по сравнению с меткой, выполненной подобной композицией, но не содержащей усиливающее вещество, выбранное из группы, состоящей из нитридов, карбидов и силицидов. Когда метка имеет отрицательное значение Δ1-, составляющее по меньшей мере -1, то она имеет видимый контраст с меткой, выполненной с использованием подобной композиции, но не содержащей усиливающее вещество. Когда метка имеет отрицательное значение ΔL, составляющее от -1 до -4, то она имеет заметный контраст с меткой, выполненной с использованием подобной композиции, но не содержащей усиливающее вещество. Когда метка имеет отрицательное значение ΔL, составляющее от -5 до -9, то она имеет явный контраст с меткой, выполненной с использованием подобной композиции, но не содержащей усиливающее вещество. Когда метка имеет отрицательное значение ΔL, составляющее -10 или более отрицательное, то она имеет значительный контраст с меткой, выполненной с использованием подобной композиции, но не содержащей усиливающее вещество.

[0008] В соответствии с одним аспектом, представлен смешанный полимерный материал, содержащий полимерный материал, смешанный с усиливающим веществом, выбранным из группы, состоящей из нитридов, карбидов, силицидов и их комбинаций. После подвергания облученной части смешанного полимерного материала лазерному излучению, облученная часть поглощает лазерное облучение, ее температура повышается и она формирует метку, имеющую яркость, цветовое значение или степени непрозрачности, что обеспечивает визуальный контраст с необлученной частью смешанного полимерного материала. Значение разницы яркости (ΔL) между меткой и необлученной частью имеет абсолютное значение, составляющее по меньшей мере 5. Значение разницы яркости между меткой и необлученной частью больше чем было бы, если бы полимерный материал не содержал усиливающее вещество.

[0009] В соответствии с другим аспектом, представлен способ получения лазерных меток, включающий обеспечение полимерного материала и усиливающего вещества, выбранного из группы, состоящей из нитридов, карбидов, силицидов и их комбинаций. Полимерный материал и усиливающее вещество смешивают для получения смешанного полимерного материала. Из смешанного полимерного материала формуют изделие желаемой конфигурации. По меньшей мере часть изделия облучают лазерным излучением, так что облученная часть поглощает лазерное излучение, ее температура повышается и она формирует метку на изделии, которая имеет яркость, цвет и/или степень непрозрачности, и которая контрастирует с необлученной частью изделия. Значение разницы яркости (ΔL) между меткой и необлученной частью имеет абсолютное значение, составляющее по меньшей мере 5. Значение разницы яркости между меткой и необлученной частью больше чем было бы, если бы полимерный материал не содержал усиливающее вещество.

[0010] Как будет ясно, возможны другие и различные варианты реализации настоящего изобретения, а также возможны модификации его различных особенностей в различных отношениях, все из которых не выходят за рамки настоящего изобретения. Следовательно, чертежи и описание следует рассматривать в качестве иллюстрации, а не ограничения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] На Фиг. 1 показано фотоизображение нескольких подложек, которые были подвергнуты лазерной маркировке с помощью композиции для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением.

[0012] На Фиг. 2 показано фотоизображение нескольких других подложек, которые были подвергнуты лазерной маркировке с помощью композиции для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением.

[0013] На Фиг. 3 показано фотоизображение подложки из пластмассы, которая была подвергнута лазерной маркировке с помощью композиции для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением.

[0014] На Фиг. 4 показано фотоизображение подложки из керамики, которая была подвергнута лазерной маркировке с помощью композиции для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением, и другой подложки из керамики, маркированной с помощью композиции для маркировки из сравнительного примера.

[0015] На Фиг. 5 показано фотоизображение подложки из стекла, которая была подвергнута лазерной маркировке с помощью композиции для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением, и другой подложки из стекла, маркированной с помощью композиции для маркировки из сравнительного примера.

[0016] На Фиг. 6 показано фотоизображение двух подложек из стекла, которые были подвергнуты лазерной маркировке с помощью композиций для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением, и другой подложки из стекла, маркированной с помощью композиции для маркировки из сравнительного примера.

[0017] На Фиг. 7 показано фотоизображение подложки из сланца, которая была подвергнута лазерной маркировке с помощью композиции для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением, и маркированной с помощью композиции для маркировки из сравнительного примера.

[0018] На Фиг. 8 показано фотоизображение подложки из анодированного алюминия, которая была подвергнута лазерной маркировке с помощью композиции для маркировки из сравнительного примера.

[0019] На Фиг. 9 показано фотоизображение подложки из анодированного алюминия, которая была подвергнута лазерной маркировке с помощью композиции для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением.

[0020] На Фиг. 10 показано фотоизображение подложки из алюминия, которая была подвергнута лазерной маркировке с помощью композиции для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением, и другой подложки из алюминия, маркированной с помощью композиции для маркировки из сравнительного примера.

[0021] На Фиг. 11 показано фотоизображение подложки из латуни, которая была подвергнута лазерной маркировке с помощью композиции для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением, и другой подложки из латуни, маркированной с помощью композиции для маркировки из сравнительного примера.

[0022] На Фиг. 12 показано фотоизображение подложки из нержавеющей стали, которая была подвергнута лазерной маркировке с помощью композиции для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением, и другой подложки из нержавеющей стали, маркированной с помощью композиции для маркировки из сравнительного примера.

[0023] На Фиг. 13 показано фотоизображение подложки из пластмассы, которая была подвергнута лазерной маркировке с помощью композиции для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением, и другой подложки из пластмассы, маркированной с помощью композиции для маркировки из сравнительного примера.

[0024] На Фиг. 14 показано фотоизображение подложки из керамики, которая была подвергнута лазерной маркировке с помощью композиции для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением, и маркированной с помощью композиции для маркировки из сравнительного примера.

[0025] На Фиг. 15 показан снимок экрана колориметрического анализа меток по Фиг. 14.

[0026] На Фиг. 16 показано фотоизображение листов полимерных материалов из сравнительного примера, которые были подвергнуты лазерной маркировке.

[0027] На Фиг. 17 показано фотоизображение листов смешанного полимерного материала из примера изобретения, которые были подвергнуты лазерной маркировке, в соответствии с настоящим изобретением.

[0028] На Фиг. 18 показано фотоизображение пленки полимерного материала из сравнительного примера, которая была подвергнута лазерной маркировке.

[0029] На Фиг. 19 показано фотоизображение пленок полимерного материала из примера изобретения, которые были подвергнуты лазерной маркировке, в соответствии с настоящим изобретением.

[0030] На Фиг. 20 показано фотоизображение пленок полимерного материала из сравнительного примера, которые были подвергнуты лазерной маркировке, и пленок полимерного материала из примера изобретения, которые были подвергнуты лазерной маркировке, в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0031] Настоящее изобретение относится к универсальной или многоцелевой композиции для лазерной маркировки, которая после облучения лазером оставляет удовлетворительную темную метку с высоким контрастом на широком ряде материалов, в том числе металле, стекле, керамике, природных веществах и пластмассе. Подложки из металла могут включать в себя подложки, выполненные из, например, обычной или анодированной стали, алюминия, латуни, титана и т.д. Подложки из природных веществ могут включать в себя подложки, выполненные из, например, глиняных кирпичей, целлюлозного материала или камня, такого как сланец. Подложки и пластика могут включать в себя подложки, выполненные из полимеров, таких как, например, поликарбонат, акрилат, полиуретан и т.д.

[0032] Настоящее изобретение обеспечивает возможность наличия удовлетворительной метки на широком диапазоне материалов, используя одну композицию для маркировки, в отличие от необходимости использования разных композиций для лазерной маркировки, адаптированных под каждый конкретный материал, подлежащий маркировке.

[0033] Настоящее изобретение обеспечивает различные композиции для маркировки, способы и изделия, изготовленные с использованием указанных композиций для маркировки и способов. Композиции для маркировки содержат одну или более популяций усиливающих веществ, которые содержатся в композиции для маркировки и обеспечивают возможность того, чтобы композиция для маркировки оставляла удовлетворительные лазерные метки на широком ряде подложек. В соответствии с настоящим изобретением, было обнаружено, что некоторые аспекты получаемых в результате меток могут быть значительно улучшены или усилены за счет выбора и использования композиций для маркировки, содержащих усиливающие вещества.

[0034] Например, поверхностное связывание между частицами и подложкой может быть усилено за счет использования композиций для маркировки, содержащих описанные усиливающие вещества. В целом, более темную, более контрастную лазерную метку получают при условии наличия усиливающего вещества независимо от материала подложки. То есть за счет использования описанного усиливающего вещества в композиции для лазерной маркировки может быть достигнуто повышение контраста в формируемых лазером метках при более широком диапазоне настроек мощности и скоростей сканирования, т.е. при более низких энергиях лазера и меньшем времени, вплоть до более высоких энергий лазера и более длительного времени (т.е. при различных показателях времени и мощности). Эти и другие преимущества, и выгоды описаны далее более подробно.

[0035] Усиливающие вещества, в соответствии с настоящим изобретением, также могут быть подмешаны непосредственно в полимерные материалы, подлежащие лазерной маркировке, при этом из смешанных полимерных материалов может быть сформовано изделие, такое как по существу двухмерное покрытие или пленка, или трехмерный объект. Изделие, выполненное из смешанного полимерного материала, может быть непосредственно подвергнуто лазерной маркировке путем облучения изделия лазером. Лазерные метки, полученные таким образом, могут контрастировать с необлученной частью изделия сильнее, чем если бы усиливающие вещества не содержались бы в смешанных полимерных материалах.

Композиции для маркировки и смешанные полимерные материалы

[0036] Используемый в настоящем документе термин «композиция для маркировки» означает материал, которые может быть нанесен на область подложки и облучен лазером для обеспечения добавочной метки на подложке, которая визуально контрастирует с подложкой. В этом отношении, метка выполняется на подложке посредством добавочного процесса, причем метка выполняется путем добавления материала (т.е. композиции для маркировки) на подложку, а не посредством процесса удаления, таким как лазерная абляция. Используемый в настоящем документе термин «смешанный полимерный материал» означает материал, содержащий полимерный материал и усиливающее вещество, диспергированное в нем, из которого может быть сформовано изделие конкретной формы (лист, покрытие или трехмерный объект), которое затем непосредственно облучается лазером для обеспечения метки на изделии. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, считается, что после размещения композиции для маркировки на подложке и воздействия лазерным излучением на композицию для маркировки, композиция для маркировки поглощает лазерное излучение, ее температура повышается и она химически связывается с подложкой для формирования наплавленной метки на подложке, имеющей яркость, цветовое значение или степени непрозрачности, что обеспечивает визуальный контраст с подложкой. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, считается, что после формования изделия из смешанного полимерного материала и воздействия лазерным излучением на изделие, облученная часть изделия поглощает лазерное излучение, ее температура повышается и она меняет цвет за счет того, что полимерный материал подвергается, например, но без ограничения, химическому/молекулярному изменению или реакции, обжигу, вспениванию, плавлению, барботированию, дегазации и т.д. от тепла лазера, поглощаемого усиливающими веществами, для формирования лазерной метки в смешанном полимерном материале, имеющей яркость, цветовое значение или степени непрозрачности, что обеспечивает визуальный контраст с необлученной частью смешанного полимерного материала. Композиция для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением, считается «универсальной» или «многоцелевой» композицией для маркировки, поскольку при формировании на различных материалах, например, при формировании на каждой из подложек из металла, стекла, керамики, сланца и пластмассы, метка имеет отрицательное значение темного контраста ΔL, составляющее по меньшей мере -1 или от -1 до -4, или от -5 до -9, или -10 или более отрицательное, по сравнению с меткой, выполненной подобной композицией, но не содержащей усиливающее вещество, выбранное из группы, состоящей из нитридов, карбидов и силицидов. Когда метка имеет отрицательное значение ΔL, составляющее по меньшей мере -1, то она имеет видимый контраст с меткой, выполненной с использованием подобной композиции, но не содержащей усиливающее вещество. Когда метка имеет отрицательное значение Δ1-, составляющее от -1 до -4, то она имеет заметный контраст с меткой, выполненной с использованием подобной композиции, но не содержащей усиливающее вещество. Когда метка имеет отрицательное значение ΔL, составляющее от -5 до -9, то она имеет явный контраст с меткой, выполненной с использованием подобной композиции, но не содержащей усиливающее вещество. Когда метка имеет отрицательное значение ΔL, составляющее -10 или более отрицательное, то она имеет значительный контраст с меткой, выполненной с использованием подобной композиции, но не содержащей усиливающее вещество. Когда части смешанных полимерных материалов облучаются лазером, получают лазерные метки, которые имеют абсолютное значение ΔL, составляющее по меньшей мере 5, 5-40, 7-35, 10-30 или 15-25, по сравнению с необлученными частями смешанных полимерных материалов. В смешанных материалах светлого цвета лазерная метка является более темной чем смешанный полимерный материал; в смешанных материалах темного цвета лазерная метка является более светлой чем смешанный полимерный материал. Кроме того, лазерные метки, формируемые в смешанных полимерных материалах, сильнее контрастируют с необлученными частями чем лазерные метки, сформированные в подобном полимерном материале, который не содержит усиливающие вещества.

[0037] Получаемая в результате маркированная область контрастирует с необлученной областью подложки или смешанного полимерного материала, например, метка может иметь другое (т.е. отличающееся) значение яркости/светлоты и/или цветовое значение по лабораторной шкале Гюнтера по сравнению с необлученной областью.

[0038] По лабораторной шкале Гюнтера, которая также является шкалой CIELAB (названной так ввиду переменных L, а и b), L измеряет яркость или светлоту и варьируется от 100 для идеально белого до нуля для черного, как приблизительно воспринималось бы глазом. Где DL=L (образец) - L (стандарт). Если DL (которое также может выражаться как ΔL) является положительным, то образец светлее чем стандарт. Если DL является отрицательным, то образец темнее чем стандарт.

[0039] Величины хроматичности (а и b) обеспечивают понимаемые обозначения цвета. Величиной а измеряется краснота при положительном, серость при нуле и зеленость при отрицательном. Где Da = а(образец) - а(стандарт). Если Da (или Да) является положительным, то образец краснее чем стандарт. Если Da является отрицательным, то образец зеленее чем стандарт.[0040] Величиной b измеряется желтизна при положительном, серость при нуле и голубизна при отрицательном. Где Db = b(образец) - b(стандарт). Если Db (или Δb) является положительным, то образец желтее чем стандарт. Если db является отрицательным, то образец синее чем стандарт.

[0041] Полное цветовое отличие по Гюнтеру (DE или ДЕ) для любого осветителя или наблюдателя вычисляется как ΔЕ=-√(ΔL²+Δа²+Δb²).

[0042] Композиции для маркировки могут обеспечивать контрастирующие лазерные метки, имеющие различные значения светлоты (L) по сравнению со значением светлоты подложки (L), тем самым обеспечивая отрицательное или положительное значение разницы яркости (ΔL) между таковой у подложки и таковой у облученной композиции для маркировки, что определяется по стандартной шкале CIELAB. Смешанные полимерные материалы могут обеспечивать контрастирующие лазерные метки, имеющие отрицательное или положительное значение разницы яркости (ΔL) между таковой у необлученной и облученной частей смешанных полимерных материалов. Композиции для маркировки могут обеспечивать контрастирующие лазерные метки, имеющие цветовые значения (а и b), отличающиеся от таковых у подложки. Смешанные полимерные материалы могут обеспечивать контрастирующие лазерные метки, имеющие разные цветовые значения (а и b) между таковыми у необлученной и облученной частей смешанных полимерных материалов. Композиции для маркировки могут обеспечивать оптимальные цветовые характеристики, имеющие некоторые степени непрозрачности, для покрытия маркированной лазером части подложки и обеспечения контраста с остальной частью подложки. Смешанные полимерные материалы могут обеспечивать лазерные метки, которые имеют оптимальные цветовые характеристики, имеющие некоторые степени непрозрачности, которые обеспечивают контраст между облученной и необлученной частями смешанных полимерных материалов. Композиции для маркировки могут обеспечивать лазерные метки, имеющие значения светлоты, цветовые значения, степени прозрачности, светопроницаемости, непрозрачности и их комбинации для обеспечения контраста от немаркированной части подложки. Смешанные полимерные материалы могут обеспечивать лазерные метки, имеющие значения светлоты, цветовые значения, степени прозрачности, проницаемости, непрозрачности и их комбинации для обеспечения контраста между облученной и необлученной частями смешанных полимерных материалов. Смешанные полимерные материалы могут обеспечивать лазерные метки, имеющие полное цветовое различие (ДЕ) с необлученными частями, составляющее от 5 до 35.

[0043] Может быть необходимо, чтобы получаемые лазерные метки, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, были непрозрачными для одного варианта применения (например, в вариантах применения с керамикой), тогда как в другом варианте применения лазерные метки являются цветными, однако они также могут иметь некоторую степень прозрачности или проницаемости для отображения некоторого эффекта на подложке или в изделии. Разница значений светлоты ΔL между маркированными и немаркированными областями, как правило, имеет абсолютное значение больше приблизительно 10, измеренное с помощью осветителя CIE D65 под 10 градусами. В одном варианте реализации абсолютное значение ΔL больше чем приблизительно 20 или в другом варианте реализации больше чем приблизительно 25. В конкретном варианте реализации абсолютное значение ΔL составляет приблизительно 30 или больше. Лазерные метки, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, а также соответствующие значения L, а и b для этих меток, измеряются с помощью спектрофотометра, используя осветитель CIE D65 под 10 градусами.

[0044] Непрозрачность или непроницаемость лазерной метки может быть измерена с помощью спектрофотометра над черно-белой картой Leneta. В одном варианте реализации контраст, измеренный над черно-белыми фонами Leneta, для непрозрачности лазерной метки составляет от приблизительно 1 ДЕ до приблизительно 5 ДЕ, а в другом аспекте - от приблизительно 0,5 ДЕ до приблизительно 2 ДЕ.

Усиливающее вещество

[0045] Композиции для лазерной маркировки и смешанные полимерные материалы, в соответствии с настоящим изобретением, в целом содержат усиливающее вещество, выбранное из группы, состоящей из нитридов, карбидов и силицидов. Под «усиливающим веществом» подразумеваются нитриды, карбиды и силициды, а также один или более предшественников, которые при нагревании лазерным облучением дают нитриды, карбиды или силициды. Например, усиливающее вещество может включать один или более предшественников, которые вступают в реакцию после лазерного облучения для формирования ферросилиция (FeSi), который представлен в следующей общей химической реакции: A(Fe) + B(Si) → (FeSi) + С. В многих композициях для маркировки и смешанных полимерных материалах, описанных в настоящем документе, предусмотрено более одного усиливающего вещества. Например, композиции для маркировки и смешанные полимерные материалы могут включать первое усиливающее вещество, второе усиливающее вещество и другие дополнительные усиливающие вещества.

[0046] Усиливающее вещество может включать в себя, но без ограничения, одно или более из ферромарганца (FeMn), (Co)Mo, CaSi, Cu₅Si, ферросилиция (FeSi), Fe₅Si₂, MgFeSi, MnSi₂, MoSi₂, Ni₂Si, TiSi₂, ZrSi₂, WSi₂, YSi, Al₄C₃, карбида бора (В₄С), СаС₂, Fe₃C, Fe/С₃, Fe₂C, LaC₂, Mg₂C, Mg₂C₃, МоС, Mo₂C, Мо₃С₂, SiC, Та₄С₃, YC₂, WC, нитрида алюминия (AIN), нитрида бора (BN), Fe₂N, Fe₃N, Fe₄N, Fe₇N₃, Fe₁₆N₂, MoN, Mo₂N, нитрида кремния (Si₃N₄), нитрида титана (TiN), W₂N, WN, WN₂, нитрида циркония (ZrN) и их комбинаций, так что также могут быть использованы различные стехиометрические сплавы, например, в случае ферросилиция Fe_xSi_(1-x), где Х может находиться в диапазоне от приблизительно 0,005 до 0,995, типичные значения сплава могут составлять Х=0,85, Х=0,55, Х=0,25 или Х=0,10. Усиливающее вещество может содержаться в композиции для лазерной маркировки и смешанных полимерных материалах в количестве от 2 до 20 вес.%, от 3 до 17 вес.% или от 5 до 15 вес.%.

[0047] Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, считается, что усиливающее вещество выступает в роли восстанавливающего или раскисляющего агента при облучении лазерным излучением для обеспечения улучшенной метки (более темной, более контрастной) по сравнению с композицией для лазерной маркировки и полимерными материалами, которые не содержат усиливающее вещество.

[0048] Композиции для маркировки и смешанные полимерные материалы также могут включать одно или более из смешанного металлооксидного пигмента, МоО₃, силикатного минерала, связующего вещества, растворителя и диспергирующего вещества.

Смешанный металлооксидный пигмент

[0049] Композиции для маркировки или смешанные полимерные материалы могут включать один или более смешанных металл ооксидных (СМО) пигментов, которые также известные как сложные неорганические цветные пигменты (СНЦП), для придания цвета лазерной метке. Благодаря использованию различных СМО-пигментов и их комбинаций, может быть достигнуто почти бесконечное разнообразие цветов. СМО-пигменты представляют собой соединения, включающие по меньшей мере два металла вместе с кислородом. СМО-пигменты включают кристаллические структуры из рутила, гематита или шпинеля. СМО-пигменты могут включать такие металлы, как кобальт, железо, хром, олово, сурьма, титан, магний и алюминий. СМО-пигмент может быть получен путем обжига смеси материалов предшественника металла при температурах от 800°С до 1300°С.

[0050] Один или более СМО-пигментов может содержаться в композициях для маркировки или смешанных полимерных материалах в количестве от 5 до 35 вес.%, от 15 до 30 вес.% или приблизительно от 20 до 25 вес.%. СМО-пигмент не ограничен конкретным образом, и в одном варианте реализации он включает СМО-пигмент из кобальта-хрома-магния-железа. Кроме того, могут быть использованы другие окрашивающие вещества, такие как пигменты или красители.

Силикатный минерал

[0051] В дополнение к другим компонентам, силикатный(е) минерал(ы) необязательно добавляется(ются) в композиции для маркировки или смешанные полимерные материалы для регулировки реологических свойств и для обеспечения долговечности лазерным меткам в композициях для маркировки или смешанным полимерным материалам. Силикатный минерал может содержаться в композиции для маркировки или смешанных полимерных материалах в количестве от 1 до 15 вес.%, от 2 до 12 вес.% или от 5 до 10 вес.%.

[0052] Неограничивающие примеры силикатных минералов, которые могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя филлосиликаты, выбранные из группы серпентинов, группы глинистых минералов, группы слюды и группы хлоритов. В одном варианте реализации композиция для маркировки содержит слюду или тальк.

[0053] Размер частиц силикатных минералов конкретно не ограничен, и частицы могут иметь средний медианный размер частиц приблизительно от 0,5 до 60 мкм, от 5 до 50 мкм, от 20 до 35 мкм.

Оксид переходного металла

[0054] Композиция для маркировки или смешанные полимерные материалы также могут содержать один или более оксидов переходного металла, что обеспечивает композициям для маркировки синергию поглощения лазера. Оксиды переходного металла могут содержаться в композиции для маркировки или смешанных полимерных материалах в количестве от 0,5 до 10 вес.%, от 1 до 9 вес.% или от 3 до 8 вес.%.

[0055] Неограничивающие примеры оксидов переходного металла, которые могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя оксид молибдена (МоО₃), а также оксиды ванадия, магния, железа, кобальта, никеля, меди, цинка, вольфрама, титана, хрома и их соединения и смеси. В одном варианте реализации композиция для маркировки или смешанные полимерные материалы содержат МоО₃.

Связующее вещество

[0056] Композиции для маркировки или смешанные полимерные материалы, в соответствии с настоящим изобретением, могут содержать связующее вещество для улучшения реологических свойств, образования пленки, дообжиговой прочности или устойчивости при хранении композиций для маркировки или смешанных полимерных материалов. Связующие вещества могут содержаться в композицих для маркировки или смешанных полимерных материалах в количестве от 0,1 до 5 вес.%, от 0,5 до 4 вес.% или от 1 до 3 вес.%.

[0057] Связующее вещество может быть растворено в растворителе и может включать в себя одно или более из эпоксидных смол, сложных полиэфиров, акриловых смол, целлюлозных смол, винилов, натуральных белков, стиролов, полиалкилов, карбонатов, канифолей, эфиров канифоли, алкилов, высыхающего масла и полисахаридов, таких как крахмалы, гуаровая камедь, декстрины и альгинаты, и тому подобное, а также их производных. В одном варианте реализации связующее вещество включает гидроксипропилцеллюлозу.

Растворитель

[0058] В соответствии с настоящим изобретением, композиция для маркировки или смешанные полимерные материалы содержат один или более растворителей. Растворитель может содержаться в количестве от 35 до 65 вес.%, от 40 до 60 вес.% или от 45 до 55 вес.%. Растворители могут содержать воду или другие жидкости на основе воды, или один или более органических растворителей. Если вода выбрана в качестве носителя, то она может представлять собой очищенную воду, например, дистиллированную воду.

[0059] Неограничивающие примеры других растворителей включают в себя спирты, такие как этанол. Неограничивающие примеры органических растворителей включают в себя кетоны, алканы, такие как бутан (как, например, в жидкой форме в результате воздействия давлением, которые могут использоваться, например, в сферах применения с распылением), и ароматические органические растворители, такие как ксилены.

[0060] В соответствии с настоящим изобретением, композиции для маркировки или смешанные полимерные материалы могут содержать такие растворители, как воду, спирты, полиолы, хлорированные растворители, амины, сложные эфиры, сложные эфиры гликоля, кетоны, терпены, нефтяные сольвенты, ароматические углеводороды и натуральные масла. Другие подходящие носители включают в себя фураны, изопарафины, N,N-диметилформамид, диметилсульфоксид и трибутилфосфин. В одном варианте реализации растворитель включает этанол.

Диспергирующее/поверхностно-активное вещество

[0061] Композиция для маркировки или смешанные полимерные материалы могут содержать одно или более диспергирующих или поверхностно-активных веществ для того, чтобы способствовать смачиванию, диспергированию и дефлокулированию нитридного, карбидного и силицидного усиливающего вещества и других компонентов композиции для маркировки или смешанных полимерных материалов, которые находятся в форме частиц. В комбинации с оптимизацией размера частиц, диспергирующее вещество препятствует слипанию или комкованию частиц. Если частицы подвергаются операции уменьшения размера частиц, то диспергирующее вещество может быть добавлено в ходе уменьшения размера частиц для препятствования агрегации частиц вместе с образованием более крупных объектов. Диспергирующее вещество может содержаться в количестве от 0,1 до 10 вес.%, от 1 до 8 вес.% или от 2 до 5 вес.%.

[0062] Диспергирующие вещества не ограничены конкретным образом в настоящем изобретении. Примеры подходящие диспергирующих веществ включают в себя, но без ограничения, Anti Terra 204, который представляет собой раствор соли поликарбоновой кислоты амидов полиамина, и DISPERSBYK182, который представляет собой раствор блок-сополимера, имеющего высокий молекулярный вес, с пигмент-аффинными группами, оба из которых поставляются компанией «BYK Additives and Instruments», Абельштрасе 45, 46483 Везель, Германия.

[0063] В целом, для использования в композициях для маркировки может подходить любой поверхностно-активное диспергирующее вещество, диспергирующее вещество на основе кремния и т.д. В состав могут быть включены неполимерные и полимерные поверхностно-активные диспергирующие вещества, поверхностно-активные вещества или агенты.

[0064] Приготовление композиции для маркировки в жидкой форме может осуществляться, например, путем механического смешивания с низким сдвигом, механического смешивания с высоким сдвигом, ультразвукового смешивания и/или помола, или тому подобного.

[0065] Компоненты композиций для маркировки будут варьироваться в зависимости от типа применяемой технологии. Например, при изготовлении ленты, композиция для маркировки может содержать связующее вещество в значительном количестве. Однако при формировании порошка, такой порошок может не содержать связующее вещество. Подобным образом, если используется технология применения жидкости, может быть использовано значительное количество растворителя, тогда как в случае порошка использовалось бы малое количество растворителя или он бы не использовался. Также может содержаться один или более дополнительных компонентов.

[0066] Композиции для маркировки или смешанные полимерные материалы, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, могут быть составлены в меньшим количеством компонентов или дополнительными компонентами такими способами, которые делают их пригодными для одной или множества технологий применения в зависимости от конкретных требований окончательного процесса маркировки. Например, композиции для маркировки могут быть включены в порошок, пленку или жидкую среду.

Дополнительные компоненты

[0067] Композиции для маркирования или смешанные полимерные материалы необязательно могут содержать один или более дополнительных компонентов (т.е. добавок), которые в целом известны из уровня техники, как улучшающие диспергируемость, смачиваемость, текучесть и реологию, и устраняющие дефекты поверхности.

[0068] Композиции для маркировки или смешанные полимерные материалы, в соответствии с настоящим изобретением, могут содержать эти дополнительные компоненты в зависимости от целевого назначения. Неограничивающие примеры типичных добавок включают в себя стеклянные фритты, предшественники стеклянной фритты, оксиды металла, металлы, флюсы, окислители, восстанавливающие средства, красящие вещества, такие как углеродная сажа, регуляторы вязкости, регуляторы потока, стабилизаторы и промоторы прозрачности для того, чтобы способствовать сохранению оптических характеристик композиций для маркировки. Как было отмечено, использование одной или более добавок в композициях для маркировки или смешанных полимерных материалах не является обязательным.

[0069] Примеры стеклянных фритт включают в себя те, что содержат оксиды щелочных металлов, оксиды щелочноземельных металлов, кремний, оксиды бора и оксид переходных металлов. Помимо стеклянной фритты, предшественники таких материалов стеклянной фритты могут быть использованы для композиций для маркировки или смешанных полимерных материалов. Примеры предшественников стеклянной фритты включают в себя стеклообразователи, такие как диоксид кремния, оксид цинка, оксид бисмута, борат натрия, карбонат натрия, полевые шпаты, фториды и тому подобное.

Композиции для маркировки

[0070] В целом, при использовании композиций для маркировки, качество метки зависит от широкого ряда факторов, в том числе используемой подложки, скорости маркировки, размера лазерного пятна, перекрытия лучей, толщины материалов и рабочих параметров лазера. Композиции для маркировки могут быть нанесены на подложку различными способами, в том числе путем нанесения кистью, маскирования, дозирования, влажного и сухого электростатического осаждения, раздачи, покрытия, введения порциями, окрашивания, напыления, макания, опускания в воду, тампонной печати, трафаретной печати, нанесения покрытия валиком, пленочного нанесения, цифрового электронного осаждения с использованием таких прикладных технологий, как нанесение струйной печатью и клапанно-струйной печатью, и др.

[0071] Способы маркировки с использованием композиций для маркировки в целом включают три операции. Одна операция включает нанесение композиции для маркировки на подложку. Другая операция включает связывание композиции для маркировки с подложкой с помощью лазера. Лазер, используемый для формирования лазерных меток, не ограничен конкретным образом и может включать в себя волоконный лазер, CO₂-лазер, диодный лазер или другие лазеры. И еще одна операция включает удаление избыточной, не связавшейся композиции для маркировки с подложки в случаях, когда во время технологии нанесения осаждается избыточный материал, который не подвергается воздействию энергии лазера, для нанесения желаемой метки.

[0072] В соответствии с настоящим изобретением, выбранная часть композиции для маркировки перманентно прилипает к подложке после облучения. Используемый в настоящем документе термин «прилипать» используется для обозначения любого средства перманентного прикрепления облученной композиции для маркировки к подложке. Например, облученная композиция для маркировки может прилипать к поверхности подложки путем спекания композиции для маркировки к подложке, сплавления композиции для маркировки с поверхностью подложки, распыления по меньшей мере части композиции для маркировки в подложку, химического связывания композиции для маркировки с подложкой за счет химической реакции и тому подобного. В некоторых вариантах реализации композиция для маркировки химически связана с подложкой.

[0073] Используемый в настоящем документе термин «перманентная метка» означает не временную метку, которая, например, обладает относительно высокой устойчивостью к износу, устойчивостью к коррозии и/или устойчивостью к выцветанию. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, считается, что взаимодействие лазерного излучения и композиции для маркировки в результате дает инертное покрытие, которое механически и химически связывается с материалом подложки. Считается, что композиция для маркировки образует ковалентные связи с материалом подложки после лазерного облучения, а также считается, что эта химическая связь сильнее чем механическая связь.

[0074] После связывания композиции для маркировки с подложкой путем подвергания лазерному излучению, получаемая в результате композиция для маркировки сплавляется с подложкой и в большинстве случаев композиция для маркировки является такой же износостойкой, как и сама подложка.

[0075] Использование и/или комбинирование различных композиций для маркировки, второго и/или последующих нанесений композиций для маркировки и/или регулировка рабочих параметров лазера в результате будет давать вариации продолжительности срока службы, внешнего вида и структурной формы получаемой в результате лазерной метки, и они являются частью настоящего изобретения. Все эти характеристики метки могут быть достигнуты при использовании одного дешевого воздушно = охлаждаемого диодного лазера низкой мощности.

Нанесение композиции для маркировки на подложки

[0076] В конкретном аспекте настоящего изобретения представлены различные прикладные способы размещения композиций для маркировки на подложке.

[0077] Толщина получаемого в результате покрытия может регулироваться и/или контролироваться за счет использования регуляторов вязкости в композиции для маркировки, за счет управления температурой и за счет использования необязательных средств обработки или предварительных покрытий на поверхности, подлежащей маркировке. В зависимости от концентрации окрашивающего(их) агента(ов) (СМО-пигмента) в композиции для маркировки и других факторов, регулировка толщины покрытия может быть использована по меньшей мере для частичного управления контрастом или затемнением меток. Как правило, толщина покрытия будет меняться в зависимости от химического состава покрытия и тепловой стойкости.

[0078] Как правило, толщина наносимых на подложку композиций для маркировки составляет по меньшей мере приблизительно 0,1 микрон, в качестве альтернативы, от приблизительно 1 до приблизительно 300 микрон, или от приблизительно 5 до приблизительно 200 микрон, или от приблизительно 10 до приблизительно 100 микрон.

[0079] Композиции для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением, могут быть размещены на подложке с помощью различных средств в зависимости от требований к различным технологиям нанесения. Характеристики лазерных меток могут быть адаптированы частично путем изменения компонентов композиций для маркировки и частично путем выбора подходящего способа нанесения композиций для маркировки на подложку.

[0080] В соответствии с настоящим изобретением, композиции для маркировки находятся как в твердой (например, сухой порошок или пленка), так и в жидкой (например, суспензия) форме.

[0081] В одном аспекте настоящего изобретения представлена твердая композиция для маркировки в форме порошка. Композиции для маркировки в форме порошка могут быть приведены в контакт с поверхностью подложки при желаемой толщине с помощью способов с малым или низким содержанием растворителя, таких как пленочное литье, осаждение порошка, раздача порошка, покрытие порошком, подача порошка порциями, дозирование порошка, маскировка порошком, окрашивание порошком или подобные.

[0082] В другом аспекте настоящего изобретения представлена композиция для маркировки в форме жидкости. Способы, основанные на воде, могут быть использованы ввиду их минимального воздействия на окружающую среду, однако также могут быть использованы способы, основанные на растворителе, для управления скоростью высыхания, дисперсией или чувствительностью к влаге у некоторых композиций для маркировки. В соответствии с одним вариантом реализации, для нанесения композиции для маркировки на подложку могут быть использованы золь-гелевые материалы. При использовании дисперсий, осаждаемый слой композиции для маркировки может быть высушен перед воздействием лазерным излучением, однако это не обязательно. Композиция для маркировки в жидкой форме может быть нанесена на поверхность подложки различными способами, такими как трафаретная печать, покраска, нанесение обливанием, кистевая покраска, напыление, нанесение покрытия валиком, макание, струйный облив, электростатическое нанесение и нанесение покрытия раклей.

[0083] В одном аспекте настоящего изобретения покрытие из композиций для маркировки в жидкой форме наносится в форме ленты на поверхность несущей пленки. Композиция для маркировки может находиться, например, в форме клейкого слоя, расположенного на несущей пленке из, например, полиэфира, полиэтилена, полипропилена или бумаги.

[0084] После размещения композиций для маркировки в форме ленты на части подложки несущая пленка может быть удалена. Лента может быть прозрачной, непрозрачной или полупрозрачной. Использование ленты обеспечивает надлежащую и равномерную толщину компонентов в композиции для маркировки, которая вступает в контакт с поверхностью подложки. Использование несущей пленки не является обязательным. Также предполагается, что несущая пленка не должна быть удалена перед лазерным облучением до тех пор, пока пленка не войдет во взаимодействие с композицией для маркировки, при этом лазерное излучение может проходить через толщину пленки для достижения композиции для маркировки для выполнения меток на интересующей поверхности.

[0085] Дополнительные материалы, используемые при нанесении композиции для маркировки в жидкой форме или при изготовлении ленты, могут быть по существу выпарены до побочных продуктов горения и отведены из подложки. Приграничный поток воздуха по поверхности подложки может быть создан с помощью вентиляционного и/или вытяжного оборудования для обеспечения соответствующей локализованной среды, в которой может происходить процесс.

[0086] В другом аспекте композиции для маркировки диспергируются в высокотемпературные воски или полимеры в форме термоплавкой композиции для маркировки, которая наносится путем нагревания горячего расплава до жидкой формы и покрытия подложки жидкостью, или путем протирания поверхности подложки таким термоплавким материалом, находящимся в твердой форме.

Смешанные полимерные материалы

[0087] Способы маркировки с использованием смешанных полимерных материалов в целом включают диспергирование одного или более усиливающих веществ в полимерном материале для приготовления смешанного полимерного материала, формование изделия из смешанного полимерного материала, лазерную маркировку изделия. Способ может также включать отверждение смешанного полимерного материала, что может происходить перед или после лазерной маркировки изделия.

[0088] Полимерный материал не ограничен конкретным образом и может включать в себя различные термопластические массы или смолы, в том числе полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, синтетический каучук, фенолформальдегидную смолу (или бакелит), неопрен, нейлон, полиакрилонитрил, ПВХ, силикон, фторполимеры, акриловые смолы, поликарбонаты, этиленвинилацетат и т.д., их сополимеры и гомополимеры, а также их соединения и смеси.

[0089] Способ диспергирования усиливающего вещества в полимерном материале не ограничен конкретным образом и может включать смешивание полимерного материала в расплавленной или сухой форме с усиливающим веществом путем использования, например, экструдеров, встряхивателей, дробилок, горизонтальных мельниц, погружных мельниц, двухвалковых вальцов, шаровых мельниц, дробилок, вращающихся устройств, блендеров, мешалок и т.д.

Формование изделий из смешанных полимерных материалов

[0090] Способ формования изделия из смешанных полимерных материалов не ограничен конкретным образом и может приводить к формованию по существу двухмерного листа или покрытия, или трехмерного объекта желаемой конфигурации. Способ формования может включать литье (например, литье под давлением, экструзионное, выдувное формование, литье кручением, литье вращением или литье прессованием), ковку, отливку в формы, покрытие (например, кабельное покрытие, нанесение покрытия с удалением излишков с помощью планки, нанесение покрытия ножевым устройством или нанесение покрытия с помощью валиков), накатывание, штамповку, спрессовку порошка, отливку, напыление, макание или другие способы формования.

Лазерная маркировка

[0091] После нанесения композиции для маркировки на поверхность подложки или после формования изделия из смешанного полимерного материала, выбранную часть композиции для маркировки или изделия облучают лазерным лучом (т.е. лазерным излучением). Такое облучение композиции для маркировки приводит к прилипанию облученной части композиции для маркировки к подложке и формирует на ней перманентную метку. Такое облучение изделия формирует перманентную лазерную метку в изделии. Для многих типов меток, выбранная часть композиции для маркировки или изделия, подлежащая облучению, может содержать от приблизительно 1 до приблизительно 99 процентов всей области поверхности слоя композиции для маркировки или изделия, как правило, от приблизительно 5 до приблизительно 95 процентов. В одном варианте реализации лазер используется для выборочного облучения композиции для маркировки или изделия. Однако в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы другие формы направленной энергии. Облучение может быть достигнуто путем перемещения лазерного луча по неподвижной подложке с использованием традиционных способов управления лучом, путем перемещения подложки относительно лазерного луча и/или путем маскирования подложки. Как правило, лазерное облучение обеспечивается путем направления лазерного луча непосредственно на слой композиции для маркировки или изделия, однако оно также может обеспечиваться путем направления луча через по существу прозрачную подложку.

[0092] В настоящем изобретении может быть использован широкий ряд лазеров. Лазеры, подходящие для использования в настоящих способах, известны, как CO₂-лазеры, волоконные лазеры (например, YVO₄-лазер), диодные лазеры, эксимерные лазеры, лазеры зеленого цвета, лазеры красного цвета, УФ-лазеры и другие.

[0093] CO₂-лазер выдает луч инфракрасного света с основными диапазонами длины волны, которые сосредоточены вблизи 9,4 и 10,6 микрометров. CO₂-лазеры доступны в продаже во множестве источников. Подходящий CO₂-лазер представляет собой CO₂-лазер мощностью 35 Ватт с длиной волны от приблизительно 9,2 микрон до приблизительно 11,4 микрон.

[0094] Волоконный лазер представляет собой лазер, в котором активной средой является оптическое волокно, допированное редкоземельными элементами, такими как эрбий, иттербий, неодим, диспрозий, празеодим и тулий. Они относятся к допированным волоконным усилителям, которые обеспечивают усиление света без лазерной генерации. Волоконные лазеры также доступны в продаже во множестве источников. Подходящий волоконный лазер представляет собой неимпульсный волоконный лазер мощностью 10 Ватт с длиной волны от приблизительно 904 нм до приблизительно 1065 нм.

[0095] В целом, интенсивность лазера и конкретная длина волны или диапазоны длины(длин) волны(волн) выбираются исходя из характеристик композиции для маркировки или изделия, а также поверхности, подлежащей лазерной маркировке. Типичные настройки CO₂-лазера мощностью 35 Ватт для универсальных лазерных маркировок составляют от приблизительно 2% до приблизительно 100% полной мощности при скоростях от приблизительно 5 до приблизительно 100 дюймов в секунду. Для большинства покрытий используется уровень мощности от приблизительно 2% до приблизительно 35% полной мощности при скоростях от приблизительно 3 до приблизительно 100 дюймов в секунду. Волоконный лазер мощностью 10 Ватт может быть использован при скоростях от приблизительно 3 до 100 дюймов в секунду и возможной мощности от приблизительно 1 до приблизительно 10 Ватт. Используемый в настоящем документе термин «скорость» относится к скорости перемещения маркирующей головки по поверхности, на которую воздействует лазер. Композиции для маркировки будут варьироваться от одного лазера к другому, и получаемая метка не ограничивается конкретным лазером. Смена на лазер более низкой или более высокой мощности приведет к изменению параметров маркировки, при этом маркировка возможна при более низком % мощности и более высокой скорости и наоборот. Конкретная комбинация настроек мощности, скорости маркировки и других параметров интересующего лазера может быть определена путем эмпирической пробы для определения оптимальных настроек.

[0096] Фактические уровни мощности, измеряемые на поверхности, подлежащей маркировке, несколько отличаются (больше или меньше) от измеренной мощности доставляемого лазера. Как будет ясно, в основном это обусловлено производительностью лазерной трубки. Может быть использован широкий ряд других лазеров, таких как импульсные YAG-лазеры, диодные лазеры, эксимерные лазеры, лазеры зеленого цвета, лазеры красного цвета, УФ-лазер и другие.

[0097] В соответствии с настоящим изобретением, диаметр лазерной точки, которая воздействует на композицию для маркировки или изделие, как правило, больше чем 0,1 микрон, в качестве альтернативы, от приблизительно 0,1 до приблизительно 20 микрон, или от приблизительно 0,5 до приблизительно 10 микрон. Скорость, с которой лазерный луч проходит по поверхности композиции для маркировки или изделия, может находиться в диапазоне от 1 до приблизительно 100 дюймов/минуту (вплоть до приблизительно 250 см/мин), в качестве альтернативы, от приблизительно 1 или 2 до приблизительно 20 дюймов/минуту (приблизительно от 2,5 или 5 до 50 см/мин) для большинства значений толщины и ингредиентов композиции для маркировки или изделия. Лазерный луч может проецироваться с наложением шва от 1 до 100 процентов, в качестве альтернативы, от приблизительно 10 до приблизительно 90 процентов для многих вариантов применения. Параметрами лазера управляют для обеспечения достаточного локализованного нагревания композиции для маркировки или изделия, при этом избегая нежелательного повреждения подложки или изделия.

[0098] Как только композиция для маркировки размещена на части подложки или как только из смешанного полимерного материала было сформовано изделие, луч, выходящий из источника лазерного излучения, воздействует на композицию для маркировки или изделие, облучаемая часть которого поглощает лазерное излучение и ее температура повышается до необходимой. При поглощении лазерного излучения, по меньшей мере часть композиции для маркировки или изделия возбуждается, т.е. ее атомы или молекулы поднимаются в возбужденное состояние. [См. Энциклопедический несокращенный словарь английского языка Уэбстера (Портлэнд Хаус, Нью-Йорк, 1989 г.), страница 497.] Как правило, температура от 200°F до 1500°F достигается приблизительно одну-две микросекунды. Управление точными температурами происходит за счет выходной мощности источника лазерного излучения и физического расположения композиции для маркировки или изделия относительно фокальной плоскости луча лазерного излучения, и скорости перемещения лазера. Как только была достигнута желаемая температура, композиция для маркировки и подложка перманентно свяжутся друг с другом с образованием нового слоя маркировки сверху на подложке или же будет маркирована облученная часть самого изделия. Композиции для маркировки или изделия могут быть составлены для поглощения конкретных количеств конкретной длины волны лазерного излучения.

[0099] Перманентные метки, получаемые в соответствии с настоящим изобретением, имеют толщину от 0,01 до приблизительно 100 микрон, измеряемую от поверхности подложки. В другом аспекте толщина составляет от приблизительно 0,05 до приблизительно 30 микрон. В одном аспекте не наблюдается по существу никакого вдавливания или удаления подложки.

[0100] Для лазерной маркировки пригодны несколько различных способов, например: а) способ маскирования, при котором поверхность, подлежащую маркировке, равномерно покрывают композицией для маркировки, или изделие содержит однородную дисперсию усиливающих веществ, и лазерное излучение проходит через фиксированную, специфическую к данным маску, и, следовательно, лазерное излучение воздействует только на незамаскированные части композиции для маркировки или изделия с получением желаемой метки; б) способ точечной матрицы, при котором поверхность, подлежащую маркировке, равномерно покрывают композицией для маркировки, или изделие содержит однородную дисперсию усиливающих веществ, и лазерное излучение проходит через управляемую компьютером маску точечной матрицы с непостоянными данными и воздействует на композицию для маркировки с получением желаемой метки; в) способ с отклонением луча, при котором поверхность, подлежащую маркировке, равномерно покрывают композицией для маркировки, или изделие содержит однородную дисперсию усиливающих веществ, и лазер проходит через головку управления лучом и воздействует на композицию для маркировки или изделие с получением желаемой метки; г) способ с двухкоординатным плоттером, при котором поверхность, подлежащую маркировке, равномерно покрывают композицией для маркировки, или изделие содержит однородную дисперсию усиливающих веществ, и лазерное излучение проходит по двухкоординатному механизму типа «гентри», в котором используются зеркала и/или оптические волокна, и воздействует на композицию для маркировки или изделие с получением желаемой метки; д) способ с перемещением детали, при котором поверхность, подлежащую маркировке, равномерно покрывают композицией для маркировки, или изделие содержит однородную дисперсию усиливающих веществ, а деталь, подлежащую маркировке, перемещают с использованием двухкоординатной приводимой двигателем платформы под неподвижным лучом, который воздействует на композицию для маркировки или изделие с получением желаемой метки; и е) способ облучения области, при котором специфическую к данным композицию для маркировки равномерно наносят на поверхность подложки, или изделие содержит однородную дисперсию усиливающих веществ, а специфическую к данным область облучают посредством механизма управления лучом или путем перемещения детали под неподвижным лучом. В способах б), в), г), д) и е) лазер может быть комбинирован с системой для лазерной маркировки, так что композиция для маркировки или изделие может быть облучено любыми запрограммированными на компьютере числами, буквами и специальными символами, где луч лазера попадает на композицию для маркировки или изделие максимально возможным эффективным образом.

[0101] Луч лазера, перемещением которого может управлять компьютер, может быть использован для создания дискретных символов или узоров, или, в качестве альтернативы, может быть серийно индексирован по поверхности композиции для маркировки или изделия для создания множества символов или узоров одновременно. Например, слово может быть создано путем отдельного выполнения каждой буквы слова с помощью лазера или путем сканирования лазером всего слова для выполнения всех букв одновременно.

[0102] В ходе этапа облучения, поверхность подложки или изделия может быть подвергнута воздействию любого желаемого типа среды. Например, среда может содержать воздух под атмосферным давлением, давлением ниже атмосферного или давлением выше атмосферного. Кроме того, среда может содержать инертный газ, такой как азот, аргон или углекислый газ, окислительную среду, такую как воздух или кислород, восстановительную среду, такую как водород или моноксид углерода, или вакуум.

[0103] Окислительные или восстановительные газы могут быть использованы в комбинации с инертными газами. Среда, воздействию которой подвергается поверхность подложки или изделия, может влиять на цвет и качество метки. Для маркировки, в соответствии с настоящим изобретением, может быть использован один лазерный луч. В качестве альтернативы, может быть использовано два или более лазерных лучей.

Удаление избыточных композиций для маркировки с подложек

[0104] Способы, в соответствии с настоящим изобретением, включают удаление избыточной композиции для маркировки с подложки. Избыточная композиция для маркировки, которая не связалась с поверхностью подложки, может быть удалена традиционными процессами очистки. В вариантах применения с большими объемами, неиспользованная композиция для маркировки может быть восстановлена из процесса очистки и использована повторно.

[0105] Удаление избыточной композиции для маркировки осуществляется в зависимости от формы и технологии нанесения, использованной для доставки и нанесения композиции для маркировки. Например, если композиция для маркировки находилась в форме порошка, то избыточный порошок, который не был подвергнут лазерному облучению, может быть удален путем протирания, смахивания, промывания, удаления щеткой, вакуумирования, сублимационной сушки или продувания подложки, или т.п. С другой стороны, если изделие, которое было использовано для нанесения композиции для маркировки, представляло собой ленточный носитель, то часть ленты, которая не была облучена лазером, может быть счищена с подложки. Облученная часть композиций для маркировки остается прилепленной к подложке, образуя перманентную метку.

[0106] Способы, в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивают возможность формирования высокого контраста или темных меток на части подложки. Для целей настоящего раскрытия, под высококонтрастными метками или темными метками следует понимать метки, которые видимы для глаза человека и/или являются машиночитаемыми, а также являются темнее чем окружающие немаркированные части подложки. Например, высококонтрастная или темная метка может появляться на прозрачной подложке в виде черной, коричневой, фиолетовой, синей, зеленой или другой высококонтрастной, темной или цветной метки.

[0107] После формирования покрытия из композиции для маркировки на интересующей поверхности, покрытие и находящаяся под ним поверхность выборочно подвергается облучению с помощью заданного источника энергии, который в одном варианте реализации содержит лазер. Термин «выборочное облучение» относится к направлению лазерного излучения только к конкретным локализованным областям покрытия и находящейся под ним поверхности. Эти области соответствуют форме и контуру желаемых меток. Управление лазером осуществляется так, как было описано ранее, т.е. при заданных уровнях мощности и скоростях. Расстояние источника лазера от поверхности, подлежащей маркировке, варьируется в зависимости от фокальной длины лазерного луча. Как правило, может быть использована одна или более линз для фокусирования лазерного луча, например, на 1,5, 2 и 4 дюймах от поверхности. Для многих вариантов применения маркировки с СО₂-лазером, описанным в настоящем документе, подходит расстояние между линзой и поверхностью, подлежащей маркировке, составляющее 1,5 дюйма.

[0108] В соответствии с настоящим изобретением, могут быть получены различные типы меток. Например, метки могут содержать буквенно-числовые символы, графические изображения, логотипы, узоры, декоративные элементы, идентификационные элементы, штрих-коды, двухмерные матрицы и тому подобное. Кроме того, метки могут содержать трехмерные линии, образующие паттерны, подходящие для использования в телевизионных экранах с плазменным дисплеем, линзах Френеля, поляризационных фильтрах, проводящих схемах и тому подобном.

[0109] В соответствии с настоящим изобретением, формируемые перманентные метки имеют высокий контраст и высокое разрешение. Разрешение метки по меньшей мере частично определяется размером лазерного луча. Контраст метки от подложки, как правило, по меньшей мере частично определяется энергией лазерного луча, составом композиции для маркировки и средой, в которой имеет место лазерная маркировка.

[0110] Кроме того, за счет использования традиционного лазера, управляемого аппаратным и программным обеспечением, метки, в соответствии с настоящим изобретением, быстро могут меняться от операции к операции для таких вариантов применения, как идентификационные элементы, штрих-коды, управление качеством производства и автоматизированное производство.

Оценки

[0111] Был проведен ряд исследований, в которых лазерные метки, выполненные с использованием композиций для лазерной маркировки по настоящему изобретению, и изделия сравнивали с лазерными метками, выполненными из доступных в продаже сравнительных композиций для маркировки и полимерных материалов, не содержащих усиливающие вещества. Лазерные метки, выполненные на различных материалах с использованием композиций для маркировки и смешанных полимерных материалов, в соответствии с настоящим изобретением, и сравнительных композиций для маркировки и смешанных полимерных материалов, сравнивали следующим образом.

[0112] Оценка 1. Данную оценку проводили путем маркировки стеклянной подложки с использованием композиции для лазерной маркировки из Примера изобретения 1, содержащей 10 вес.% усиливающего вещества FeSi, и LMM6000, которая представляет собой доступную в продаже композицию для лазерной маркировки, составленную для нержавеющей стали, и доступную от «Ferro Corporation», Мейфилд Хайтс, штат Огайо. Сравнительный пример 1 включает ту же композицию для маркировки, что и Пример 1, но без 10 вес.% усиливающего вещества FeSi. Лазерные метки выполняли с использованием универсального СО₂-лазера мощностью 35 Ватт. Настройки лазера для Примера изобретения 1 были 10Р/10S, а для Сравнительного примера 1 они были 25P/10S, где Ρ = мощность в Ваттах, a S = скорость в дюймах в минуту. Полученные лазерные метки на стекле оценивали на яркость и цветовое значение, и результаты оценки представлены ниже в Таблице 1.

[0113] Как можно увидеть, даже несмотря на то, что композиция для маркировки LMM6000 составлена для маркировки нержавеющей стали, Пример 1, содержащий 10 вес.% усиливающего вещества FeSi, дал лазерную метку на стекле, которая была на 33,62 единицы темнее (т.е. DL*) по сравнению с лазерной меткой, полученной с помощью Сравнительного примера 1 без усиливающего вещества.

[0114] Оценка 2. Данную оценку проводили путем маркировки керамической подложки с использованием Примера 1 и Сравнительного примера 1. Лазерные метки выполняли с использованием универсального СО₂-лазера мощностью 35 Ватт. Настройки лазера для Примера изобретения 1 были 20P/40S, а для Сравнительного примера 1 они были 20P/5S. Полученные лазерные метки на керамике оценивали на яркость и цветовое значение, и результаты оценки представлены ниже в Таблице 2.

[0115] Как можно увидеть, Сравнительный пример 1 без усиливающего вещества дал лазерную метку на керамике, которая была на 10,1 единиц светлее (т.е. DL*) по сравнению с лазерной меткой, полученной Примером изобретения 1 с усиливающим веществом.

[0116] Оценка 3. Данную оценку проводили путем маркировки стеклянной подложки с использованием композиции для маркировки по изобретению из Примера изобретения 2, содержащей 10 вес.% усиливающего вещества FeSi, от 5 до 35 вес.% смешанного металлооксидного пигмента, от 0,5 до 10 вес.% оксида переходного металла, от 1 до 15 вес.% силикатного минерала, от 0,1 до 5 вес.% связующего вещества, от 35 до 65 вес.% растворителя и от 0,02 до 10 вес.% диспергирующего вещества. Сравнительный пример 2 представляет собой доступную в продаже композицию для лазерной маркировки, представленной на рынке, как «универсальная» или «многоцелевая» композиция для лазерной маркировки. Лазерные метки выполняли с использованием универсального СО₂-лазера мощностью 35 Ватт. Настройки лазера для Примера изобретения 2 были 10P/25S, а для Сравнительного примера 2 они были 10P/25S. Полученные лазерные метки на керамике оценивали на яркость и цветовое значение, и результаты оценки представлены ниже в Таблице 3.

[0117] Как можно увидеть, Сравнительный пример 2 дал лазерную метку на стекле, которая была на 7,45 единиц светлее (т.е. DL*) по сравнению с Примером изобретения 2.

[0118] Оценка 4. Данную оценку проводили путем маркировки керамической подложки с использованием Примера изобретения 2 и Сравнительного примера 2. Лазерные метки выполняли с использованием универсального СО₂-лазера мощностью 35 Ватт. Настройки лазера для Примера изобретения 2 были 10P/15S, а для Сравнительного примера 2 они были 10P/15S. Полученные лазерные метки на керамике оценивали на яркость и цветовое значение, и результаты оценки представлены ниже в Таблице 4.

[0119] Как можно увидеть, Сравнительный пример 2 без усиливающего вещества дал лазерную метку на керамике, которая была на 8,51 единиц светлее (т.е. DL*) по сравнению с лазерной меткой, полученной Примером изобретения 2 с усиливающим веществом.

[0120] Оценка 5. Данную оценку проводили путем маркировки керамической подложки с использованием Примера изобретения 2 и Сравнительного примера 2. Лазерные метки выполняли с использованием универсального СО₂-лазера мощностью 35 Ватт. Настройки лазера для Примера изобретения 2 были 15P/25S, а для Сравнительного примера 2 они были 15P/25S. Полученные лазерные метки на керамике оценивали на яркость и цветовое значение, и результаты оценки представлены ниже в Таблице 5.

[0121] Как можно увидеть, Сравнительный пример 2 без усиливающего вещества дал лазерную метку на керамике, которая была на 13,46 единиц светлее (т.е. DL*) по сравнению с лазерной меткой, полученной Примером изобретения 2 с усиливающим веществом.

[0122] Оценка 6. Данную оценку проводили путем маркировки подложки из анодированного алюминия с использованием Примера изобретения 2 и Сравнительного примера 2. Лазерные метки выполняли с использованием универсального СО₂-лазера мощностью 35 Ватт. Настройки лазера для Примера изобретения 2 были 100P/10S, а для Сравнительного примера 2 они были 100P/5S. Полученные лазерные метки на анодированном алюминии оценивали на яркость и цветовое значение, и результаты оценки представлены ниже в Таблице 6.

[0123] Как можно увидеть, Сравнительный пример 2 без усиливающего вещества дал лазерную метку на керамике, которая была на 13,82 единиц светлее (т.е. DL*) по сравнению с лазерной меткой, полученной Примером изобретения 2 с усиливающим веществом.

[0124] Оценка 7. Данная оценка включала использование композиции для лазерной маркировки по изобретению, Примера изобретения 3, содержащей от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества (одного из FeSi, SiC, FeMn), от 20 до 25 вес.% СМО-пигмента CoCrMnFe, от 5 до 10 вес.% слюдяного силикатного минерала, от 3 до 8 вес.% оксида переходного металла МоО₃, от 1 до 3 вес.% связующего вещества гидроксипропилцеллюлозы, от 45 до 55 вес.% этанольного растворителя и от 2 до 5 вес.% диспергирующего вещества в форме равных частей Anti Terra 204 и DISPERSBYK 182.

[0125] Использовали композицию для лазерной маркировки из Сравнительного примера 3 и она содержала доступные в продаже композиции для лазерной маркировки, представленные на рынке, как «универсальные» или «многоцелевые» композиции для лазерной маркировки, в том числе в форме аэрозоля, содержащего от 15 до 40 вес.% этанола, от 15 до 40 вес.% ацетона, от 10 до 30 вес.% пропана, от 5 до 10 вес.% бутана; от 1 до 5 вес.% молибдена, от 1 до 5 вес.% кристаллического диоксида кремния, от 1 до 5 вес.% этиленгликолевого бутилового эфира и от 0,1 до 1 вес.% метилизобутилкетона; и в форме пасты, содержащей от 50 до 55 вес.% воды, от 9 до 11 вес.% триоксида молибдена, от 12 до 14 вес.% смеси, содержащей от 3 до 5 вес.% кварца, от 5 до 7 вес.% пирофиллита, от 3 до 5 вес.% слюды и от 1 до 1,5 вес.% каолиновой глины.

[0126] Маркируемые подложки содержат керамику, стекло, сланец, анодированный алюминий, алюминий, латунь, нержавеющую сталь, термопластичный полиуретановый (ТПУ) полимер.

[0127] Как показано на Фиг. 1, перемещаясь по часовой стрелке, начиная из верхнего левого угла, подложку из сланца, керамическую подложку и стеклянную подложку маркировали Примером изобретения 3, содержащим от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, при различных рабочих параметрах лазера.

[0128] Как показано на Фиг. 2, перемещаясь по часовой стрелке, начиная из верхнего левого угла, подложку из нержавеющей стали, алюминиевую подложку, подложку из анодированного алюминия, подложку из анодированного алюминия, окрашенного в красный цвет, подложку из латуни, подложку из анодированного алюминия и подложку из анодированного алюминия маркировали Примером изобретения 3, содержащим от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, при различных рабочих параметрах лазера.

[0129] Как показано на Фиг. 3, поликарбонатную пластмассовую подложку маркировали Примером изобретения 3, содержащим от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, при различных рабочих параметрах лазера.

[0130] Как показано на Фиг. 4, верхнюю керамическую подложку маркировали Примером изобретения 3, содержащим от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, при различных рабочих параметрах лазера, а нижнюю керамическую подложку маркировали Сравнительным примером 3 при различных рабочих параметрах лазера. Как можно увидеть, при одних и тех же рабочих параметрах лазера, Пример изобретения 3, содержащий от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, давал более темные, более контрастные метки по сравнению со Сравнительным примером 3, который не содержал усиливающее вещество.

[0131] В частности, в представленных далее таблицах показаны данные по меткам, изображенным на Фиг. 4. Метки, в соответствии с изобретением (вверху), и сравнительные метки (внизу) получали с использованием универсального лазера мощностью 35 Ватт, и метки, в соответствии с изобретением, сравнивали с наиболее темными сравнительными метками (т.е. теми, которые имеют наиболее высокий контраст), которые были получены при мощности 10, 15, 20. Данное сравнение обеспечивает увеличенный интервал между возможностями маркировки у Примера изобретения 3 по сравнению со Сравнительным примером 3.

[0132] Дельта L в Таблице 7 представляет собой значение затемнения при мощности лазера 10 и скоростях 10/20/25. Как видно, улучшенный Пример изобретения 3 проявляет более темную, более контрастную метку, которая в среднем на 11,1 единиц темнее чем Сравнительный пример 3.

[0133] Дельта L в Таблице 8 представляет собой значение затемнения при мощности лазера 15 и скоростях 30/35/40. Как видно, улучшенный Пример изобретения 3 проявляет более темную, более контрастную метку, которая в среднем на 12,7 единиц темнее чем Сравнительный пример 3.

[0134] Дельта L в Таблице 9 представляет собой значение затемнения при мощности лазера 20 и скоростях 15/20/25. Как видно, улучшенный Пример изобретения 3 проявляет более темную, более контрастную метку, которая в среднем на 14,2 единиц темнее чем Сравнительный пример 3.

[0135] Как показано на Фиг. 5, левую стеклянную подложку маркировали Примером изобретения 3, содержащим от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, при различных рабочих параметрах лазера, а правую стеклянную подложку маркировали Сравнительным примером 3 при различных рабочих параметрах лазера. Как можно увидеть, при одних и тех же рабочих параметрах лазера, Пример изобретения 3, содержащий от 5 до 15 вес.% FeSi, давал более темные, более контрастные метки по сравнению со Сравнительным примером 3.

[0136] Как показано на Фиг. 6, верхнюю стеклянную подложку маркировали Примером изобретения 3, содержащим от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества SiC, при различных рабочих параметрах лазера, нижнюю стеклянную подложку маркировали Примером изобретения 3, содержащим от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества из железистого марганца, при различных рабочих параметрах лазера, а стеклянную подложку, показанную посередине, маркировали примером сравнительной композиции для маркировки при различных рабочих параметрах лазера. Как можно увидеть, при одних и тех же рабочих параметрах лазера, Пример изобретения 3, содержащий усиливающие вещества SiC или из железистого марганца, давал более темные, более контрастные метки по сравнению со Сравнительным примером 3, который не содержал усиливающее вещество.

[0137] Как показано на Фиг. 7, сланцевую подложку маркировали Примером изобретения 3, содержащим от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, как указано, при различных рабочих параметрах лазера, и эту же сланцевую подложку маркировали, как указано, Сравнительным примером 3 при различных рабочих параметрах лазера. Как можно увидеть, при одних и тех же рабочих параметрах лазера, Пример изобретения 3, содержащий от 5 до 15 вес.% FeSi, давал более темные, более контрастные метки по сравнению со Сравнительным примером 3, который не содержал усиливающие вещества.

[0138] Как показано на Фиг. 8, подложку из анодированного алюминия маркировали Сравнительным примером 3 при различных рабочих параметрах лазера. Как показано на Фиг. 9, подложку из анодированного алюминия маркировали Примером изобретения 3, содержащим от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, как указано, при различных рабочих параметрах лазера. Как можно увидеть на Фиг. 8 и 9, при одних и тех же рабочих параметрах лазера, Пример изобретения 3, содержащий от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, давал метку, которая была такой же темной, если не темнее, что и Сравнительный пример 3, который не содержал усиливающие вещества.

[0139] Как показано на Фиг. 10, левую алюминиевую подложку маркировали Примером изобретения 3, содержащим от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, при различных рабочих параметрах лазера, а правую алюминиевую подложку маркировали Сравнительным примером 3 при различных рабочих параметрах лазера. Как можно увидеть, при одних и тех же рабочих параметрах лазера, Пример изобретения 3, содержащий от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, давал метки, которые были такими же темными, если не темнее, что и Сравнительный пример 3, который не содержал усиливающее вещество.

[0140] Как показано на Фиг. 11, левую подложку из латуни маркировали Примером изобретения 3, содержащим от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, при различных рабочих параметрах лазера, а правую подложку из латуни маркировали Сравнительным примером 3 при различных рабочих параметрах лазера. Как можно увидеть, при одних и тех же рабочих параметрах лазера, Пример изобретения 3, содержащий от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, давал метки, которые были такими же темными, если не темнее, что и Сравнительный пример 3, который не содержал усиливающие вещества.

[0141] Как показано на Фиг. 12, левую подложку из нержавеющей стали маркировали Примером изобретения 3, содержащим от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, при различных рабочих параметрах лазера, а правую подложку из нержавеющей стали маркировали Сравнительным примером 3 при различных рабочих параметрах лазера. Как можно увидеть, при одних и тех же рабочих параметрах лазера, Пример изобретения 3, содержащий от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества, давал метки, которые были такими же темными, если не темнее, что и Сравнительный пример 3, который не содержал усиливающие вещества.

[0142] Как показано на Фиг. 13, левую подложку из ТПУ-полимера маркировали Примером изобретения 3, содержащим от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, при различных рабочих параметрах лазера, а правую подложку из ТПУ-полимера маркировали Сравнительным примером 3 при различных рабочих параметрах лазера. Как можно увидеть, при одних и тех же рабочих параметрах лазера, Пример изобретения 3, содержащий от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества, давал более темные, более четкие метки по сравнению со Сравнительным примером 3, который не содержал усиливающие вещества.

[0143] Как показано на Фиг. 14, левую керамическую полимерную подложку маркировали Примером изобретения 3, содержащим от 5 до 15 вес.% усиливающего вещества FeSi, при выбранном рабочем параметре лазера, а правую керамическую подложку маркировали Сравнительным примером 3 при таком же рабочем параметре лазера. Как можно увидеть, при одном и том же рабочем параметре лазера, Пример изобретения 3, содержащий усиливающее вещество, давал более темную, более четкую метку по сравнению со Сравнительным примером 3, который не содержал усиливающие вещества. Как показано на Фиг. 15, при выполнении колориметрического анализа, метка, выполненная с использованием Примера изобретения 3, была темнее чем метка из Сравнительный примера на -8,5 ΔL единиц. Спектрофотометр, использованный для построения Фиг. 15, представлял собой спектрофотометр «Datacolor 600», а использованное программное обеспечение представляло собой CGREC, версия 2.10.

[0144] Оценка 8. Данную оценку проводили путем приготовления Сравнительного примера 4 (Фиг. 20), содержащего только полипропилен 6600 в качестве полимерного материала, и Сравнительного примера 5 (Фиг. 20), содержащего 90 грамм полипропилена 6600 в качестве полимерного материала, смешанного с 5 граммами талька в качестве фильтра. Компоненты диспергировали и экструдировали на экструдере «Davis Standard», и формовали в листы на двухвалковых вальцах. Затем, листы маркировали с помощью волоконного ΥVO₄-лазера. Как видно на Фиг. 16, полимерный материал в целом имел белый внешний вид, а лазерные метки не были особенно темными и, следовательно, не имели существенных отличий от необлученных частей полимерного материала.

[0145] Готовили Примеры изобретения 4, 5, 6А и 7 (Фиг. 17) и Пример изобретения 8 (не показан), каждый из которых содержал 5 грамм усиливающего вещества, 5 грамм талька и 90 грамм полипропилена 6600. Также готовили Пример изобретения 6В (Фиг. 20), который содержал 5 грамм усиливающего вещества, 95 грамм полипропилена 6600 и не содержал тальк. Пример изобретения 4 содержал усиливающее вещество TiN, Пример изобретения 5 содержал усиливающее вещество В₄С, Примеры изобретения 6А и 6В содержали усиливающее вещество Si₃N₄, Пример изобретения 7 содержал усиливающее вещество SiC, а Пример изобретения 8 содержал усиливающее вещество В₄С и дополнительно содержал 0,5 вес.% углеродистой сажи в качестве пигмента. Компоненты диспергировали и экструдировали на экструдере «Davis Standard», и формовали в листы на двухвалковых вальцах. Как видно на Фиг. 17 и 20, полипропилен в Сравнительном примере 4 имел светлый (т.е. белый) внешний вид, полипропилен и тальк в Сравнительном примере 5 имел светлый (т.е. белый) внешний вид, усиливающее вещество TiN и тальк в Примере изобретения 4 давали темный (т.е. коричневый) смешанный материал; усиливающее вещество В₄С и тальк в Примере изобретения 5 давали темный (т.е. черный) смешанный материал; усиливающее вещество Si₃N₄ и тальк в Примере изобретения 6А поддерживали светлый (т.е. белый) смешанный материал, усиливающее вещество Si₃N₄ в отсутствие талька в Примере изобретения 6В давало умеренно цветной (т.е. светло-серый) смешанный материал, а усиливающее вещество SiC и тальк в Примере изобретения 7 поддерживали светлый (т.е. белый) смешанный материал. Затем, листы маркировали с помощью волоконного YVO₄-лазера.

[0146] Затем, лазерные метки с наивысшим контрастом в примерах изобретения оценивали на спектрофотометре «DataColor» на значения L.a.b. и сравнивали с необлученными частями смешанного полимерного материала (содержащего усиливающее вещество), как показано ниже в Таблице 10.

[0147] Как видно в Таблице 10 и на сопроводительной Фиг. 17, лазерные метки, полученные в Примерах изобретения 4, 5 и 8, были светлее (положительное значение DL) чем необлученные части смешанного полимерного материала; а лазерные метки, полученные в Примерах изобретения 6 и 7, были темнее (отрицательное значение DL) чем необлученные части смешанного полимерного материала. Также, лазерные метки в Примерах изобретения 6 и 7 (которые содержали смешанный полимерный материал, который сохранял светлый внешний вид полипропилена 6600) были темнее чем лазерные метки, сформированные в Сравнительных примерах 4 и 5, которые не содержали усиливающее вещество.

[0148] Оценка 9. Данную оценку проводили путем приготовления Сравнительного примера 6, содержащего 90 грамм фторполимера в качестве полимерного материала, смешанного с 20 граммами стеклянных шариков в качестве фильтра. Компоненты диспергировали во встряхивателе в течение 30 минут с диспергирующей средой, пропускали через фильтр для удаления диспергирующей среды, а затем опускали на пленку с помощью перекладины 3 мил, регулирующей глубину, для образования покрытия толщиной 0,003 дюйма на карте Leneta. Покрытие затем сушили воздухом. Пленки маркировали с помощью волоконного YVO₄-лазера. Как видно на Фиг. 18, полимерный материал в целом имел белый внешний вид, а лазерные метки не были особенно темными и, следовательно, не имели существенных отличий от необлученных частей полимерного материала.

[0149] Также готовили Примеры изобретения 9-12, каждый из которых содержал 10 грамм усиливающего вещества, 90 грамм фторполимера («Super Shield» от «Shield Products Inc. of Doral», штат Флорида, США) и 20 грамм стеклянных шариков в качестве фильтра. Пример изобретения 9 содержал усиливающее вещество SiC, Пример изобретения 10 содержал усиливающее вещество Si₃N₄, Пример изобретения 11 содержал усиливающее вещество В₄С, а Пример изобретения 12 содержал усиливающее вещество MoSi₂. Компоненты диспергировали во встряхивателе в течение 30 минут с диспергирующей средой, пропускали через фильтр для удаления диспергирующей среды, а затем опускали на пленку с помощью перекладины 3 мил, регулирующей глубину, для образования покрытия толщиной 0,003 дюйма на карте Leneta. Покрытие затем сушили воздухом. Как видно на Фиг. 19, усиливающее вещество SiC в Примере изобретения 9 и усиливающее вещество в Примере изобретения 10 давали светлые (т.е. почти белые) пленки, которые были лишь немного темнее чем Сравнительный пример 6, а усиливающее вещество В₄С в Примере изобретения 11 и усиливающее вещество MoSi₂ в Примере изобретения 12 давали темные (т.е. черные) пленки. Затем, листы маркировали с помощью волоконного YVO₄-лазера.

[0150] Затем, лазерные метки с наивысшим контрастом в Примерах изобретения 9-12 оценивали на спектрофотометре «DataColor» на значения L.a.b. и сравнивали с необлученными частями пленки, как показано ниже в Таблице 11.

[0151] Как видно в Таблице 11 и на сопроводительной Фиг. 19, лазерные метки, полученные в Примерах изобретения 9 и 10, были темнее (отрицательное значение DL) чем необлученные части смешанного полимерного материала; а лазерные метки, полученные в Примерах изобретения 11 и 12, были светлее (положительное значение DL) чем необлученные части смешанного полимерного материала. Также, лазерные метки в Примерах изобретения 9 и 10 (которые содержали смешанный полимерный материал, который сохранял светлый внешний вид фторполимера) были темнее чем лазерные метки, сформированные в Сравнительном примере 6, который не содержал усиливающее вещество.

[0152] Как будет понятно, композиции для маркировки, в соответствии с изобретением, обеспечивают улучшенные метки на широком ряде подложек на композициях для маркировки из сравнительных примеров, и, следовательно, композиции для маркировки, в соответствии с изобретением, действительно являются универсальными или многоцелевыми композициями для маркировки, которые могут обеспечивать улучшенные лазерные метки на широком ряде подложек по сравнению с традиционными композициями для маркировки, которые обеспечивают удовлетворительные метки только на ограниченном количестве подложек (например, металле) и, следовательно, не могут рассматриваться в качестве универсальных или многоцелевых композиций для маркировки.

[0153] Изобретение описано далее в следующих пунктах:

[0154] Пункт 1: Композиция для маркировки, предназначенная для формирования меток или знаков на подложке после лазерного облучения, при этом композиция для маркировки содержит усиливающее вещество, выбранное из группы, состоящей из нитридов, карбидов, силицидов и их комбинаций, причем: после размещения композиции для маркировки на подложке и подвергания композиции для маркировки воздействию лазерного излучения, композиция для маркировки поглощает лазерное излучение, ее температура повышается, она химически связывается с подложкой и формирует наплавленную метку на подложке, имеющую яркость, цветовое значение или степени непрозрачности, что обеспечивает визуальный контраст с подложкой, а при формировании на каждой из подложки из металла, стекла, керамики, камня и пластмассы, метка имеет отрицательное значение темного контраста ΔL, составляющее по меньшей мере -1, по сравнению с меткой, сформированной композицией для маркировки без усиливающего вещества.

[0155] Пункт 2: Композиция для маркировки по пункту 1, в которой усиливающее вещество выбрано из группы, состоящей из ферромарганца, ферросилиция, Fe_xSi_(1-x), где X может находиться в диапазоне от приблизительно 0,005 до 0,995, Fe₅Si₂, MgFeSi, SiC, CaSi, (Co)Mo, MoSi₂, TiSi₂, ZrSi₂, WSi₂, MnSi₂, YSi, Cu₅Si, Ni₂Si, Fe₃C, Fe₇C₃ и Fe₂C, MoC, Mo₂C, Mo₃C₂, YC₂, WC, Al₄C₃, Mg₂C, Mg₂C₃, CaC₂, LaC₂, Ta₄C₃, Fe₂N, Fe₃N, Fe₄N, Fe₇N₃, Fe₁₆N₂, MoN, Mo₂N, W₂N, WN, WN₂, и их комбинаций.

[0156] Пункт 3: Композиция для маркировки по пункту 1, в которой усиливающее вещество содержится в композиции для маркировки в количестве от 2 до 20 вес.%.

[0157] Пункт 4: Композиция для маркировки по пункту 1, которая дополнительно содержит от 5 до 35 вес.% смешанного металлооксидного пигмента, от 0,5 до 10 вес.% оксида переходного металла, от 1 до 15 вес.% силикатного минерала, от 0,1 до 5 вес.% связующего вещества, от 35 до 65 вес.% растворителя и от 0,02 до 10 вес.% диспергирующего вещества.

[0158] Пункт 5: Композиция для маркировки по пункту 4, в которой смешанный металлооксидный пигмент содержит смешанный оксид металла кобальта, хрома, магния и железа.

[0159] Пункт 6: Композиция для маркировки по пункту 4, в которой оксид переходного металла содержит МоО₃.

[0160] Пункт 7: Композиция для маркировки по пункту 4, в которой силикатный минерал содержит слюду.

[0161] Пункт 8: Композиция для маркировки по пункту 4, в которой связующее вещество содержит гидроксипропилцеллюлозу.

[0162] Пункт 9: Композиция для маркировки по пункту 4, в которой растворитель содержит этанол.

[0163] Пункт 10: Способ лазерной маркировки подложки, включающий обеспечение подложки, выбранной из группы, состоящей из металла, стекла, керамики, камня и пластмассы; обеспечение композиции для маркировки, содержащей усиливающее вещество, выбранное из группы, состоящей из нитридов, карбидов, силицидов и их комбинаций, и размещение композиции для маркировки по меньшей мере на части подложки; и подвергание по меньшей мере части композиции для маркировки воздействию лазерного излучения, так что облученная часть композиции для маркировки поглощает лазерное излучение, ее температура повышается, она химически связывается с подложкой и формирует наплавленную метку на подложке, которая имеет яркость, цвет и/или степень непрозрачности, и которая контрастирует с подложкой, и причем при формировании на каждой из подложки из металла, стекла, керамики, камня и пластмассы, метка имеет отрицательное значение темного контраста ΔL, составляющее по меньшей мере -1, по сравнению с меткой, сформированной композицией для маркировки без усиливающего вещества.

[0164] Пункт 11: Способ по пункту 10, в котором усиливающее вещество выбрано из группы, состоящей из ферромарганца, ферросилиция, Fe_xSi_(1-x), где X может находиться в диапазоне от приблизительно 0,005 до 0,995, Fe₅Si₂, MgFeSi, CaSi, (Со)Мо, MoSi₂, TiSi₂, ZrSi₂, WSi₂, MnSi₂, YSi, Cu₅Si, Ni₂Si, SiC, Fe₃C, Fe₇C₃ and Fe₂C, MoC, Mo₂C, Mo₃C₂, YC₂, WC, Al₄C₃, Mg₂C, Mg₂C₃, CaC₂, LaC₂, Ta₄C₃, Fe₂N, Fe₃N, Fe₄N, Fe₇N₃, Fe₁₆N₂, MoN, Mo₂N, W₂N, WN, WN₂, и их комбинаций.

[0165] Пункт 12: Способ по пункту 10, в котором усиливающее вещество содержится в композиции для маркировки в количестве от 2 до 20 вес.%.

[0166] Пункт 13: Способ по пункту 10, который дополнительно включает: от 5 до 35 вес.% смешанного металлооксидного пигмента, от 0,5 до 10 вес.% оксида переходного металла, от 1 до 15 вес.% силикатного минерала, от 0,1 до 5 вес.% связующего вещества, от 35 до 65 вес.% растворителя и от 0,02 до 10 вес.% диспергирующего вещества.

[0167] Пункт 14: Способ по пункту 13, в котором смешанный металлооксидный пигмент содержит смешанный оксид металла кобальта, хрома, магния и железа.

[0168] Пункт 15: Способ по пункту 13, в котором оксид переходного металла содержит MoO₃.

[0169] Пункт 16: Способ по пункту 13, в котором силикатный минерал содержит слюду.

[0170] Пункт 17: Способ по пункту 13, в котором связующее вещество содержит гидроксипропилцеллюлозу.

[0171] Пункт 18: Способ по пункту 13, в котором растворитель содержит этанол.

[0172] Пункт 19: Смешанный полимерный материал, содержащий полимерный материал, смешанный с усиливающим веществом, выбранным из группы, состоящей из нитридов, карбидов, силицидов и их комбинаций. Причем: после подвергания облученной части смешанного полимерного материала лазерному излучению, облученная часть поглощает лазерное облучение, ее температура повышается и она формирует метку, имеющую яркость, цветовое значение или степени непрозрачности, что обеспечивает визуальный контраст с необлученной частью смешанного полимерного материала; значение разницы яркости (ΔL) между меткой и необлученной частью имеет абсолютное значение, составляющее по меньшей мере 5; и значение разницы яркости между меткой и необлученной частью больше чем было бы, если бы полимерный материал не содержал усиливающее вещество.

[0173] Пункт 20: Смешанный полимерный материал по пункту 19, в котором усиливающее вещество содержится в смешанном полимерном материале в количестве от 2 до 20 вес.%.

[0174] Пункт 21: Смешанный полимерный материал по пункту 20, в котором усиливающее вещество выбрано из группы, состоящей из FeMn, (Со)Мо, CaSi, Cu₅Si, FeSi, Fe₅Si₂, MgFeSi, MnSi₂, MoSi₂, Ni₂Si, TiSi₂, ZrSi₂, WSi₂, YSi, Al₄C₃, карбида бора (B₄C), СаС₂, Fe₃C, Fe₇C₃, Fe₂C, LaC₂, Mg₂C, Mg₂C₃, MoC, Mo₂C, Mo₃C₂, SiC, Ta₄C₃, YC₂, WC, AlN, BN, Fe₂N, Fe₃N, Fe₄N, Fe₇N₃, Fe₁₆N₂, MoN, Mo₂N, Si₃N₄, TiN, W₂N, WN, WN₂, ZrN и их комбинаций.

[0175] Пункт 22: Смешанный полимерный материал по пункту 19, причем полимерный материал содержит одно или более из полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида, синтетического каучука, фенолформальдегидной смолы, неопрена, нейлона, полиакрилонитрила, ПВХ, силикона, фторполимеров, акриловых смол, поликарбонатов и этиленвинилацетата.

[0176] Пункт 23: Смешанный полимерный материал по пункту 22, причем полимерный материал представляет собой полипропилен.

[0177] Пункт 24: Смешанный полимерный материал по пункту 23, причем смешанный полимерный материал находится в форме листа.

[0178] Пункт 25: Смешанный полимерный материал по пункту 24, который дополнительно содержит тальк в количестве от 1 до 15 вес.%.

[0179] Пункт 26: Смешанный полимерный материал по пункту 19, причем полимерный материал представляет собой фторполимер.

[0180] Пункт 27: Смешанный полимерный материал по пункту 26, причем смешанный полимерный материал дополнительно содержит стеклянные шарики в количестве от 5 до 20 вес.%.

[0181] Пункт 28: Смешанный полимерный материал по пункту 27, причем смешанный полимерный материал нанесен покрытием на подложку.

[0182] Пункт 29: Способ получения лазерных меток, включающий: обеспечение полимерного материала и усиливающего вещества, выбранного из группы, состоящей из нитридов, карбидов, силицидов и их комбинаций; смешивание полимерного материала и усиливающего вещества для получения смешанного полимерного материала; формование изделия желаемой конфигурации из смешанного полимерного материала; и облучение облученной части изделия лазерным излучением, так что облученная часть поглощает лазерное излучение, ее температура повышается и она формирует метку на изделии, которая имеет яркость, цвет и/или степень непрозрачности, и которая контрастирует с необлученной частью изделия; причем значение разницы яркости (ΔL) между меткой и необлученной частью имеет абсолютное значение, составляющее по меньшей мере 5; и причем значение разницы яркости между меткой и необлученной частью больше чем было бы, если бы полимерный материал не содержал усиливающее вещество.

[0183] Пункт 30: Способ по пункту 29, в котором усиливающее вещество содержится в смешанном полимерном материале в количестве от 2 до 20 вес.%.

[0184] Пункт 31: Способ по пункту 30, в котором усиливающее вещество выбрано из группы, состоящей из ферромарганца (FeMn), (Со)Мо, CaSi, Cu₅Si, ферросилицилия (FeSi), Fe₅Si₂, MgFeSi, MnSi₂, MoSi₂, Ni₂Si, TiSi₂, ZrSi₂, WSi₂, YSi, Al₄C₃, карбида бора (B₄C), CaC₂, Fe₃C, Fe₇C₃, Fe₂C, LaC₂, Mg₂C, Mg₂C₃, MoC, Mo₂C, Mo₃C₂, SiC, Ta₄C₃, YC₂, WC, AlN, BN, Fe₂N, Fe₃N, Fe₄N, Fe₇N₃, Fe₁₆N₂, MoN, Mo₂N, Si₃N₄, TiN, W₂N, WN, WN₂, ZrN и их комбинаций.

[0185] Пункт 32: Способ по пункту 29, в котором полимерный материал содержит одно или более из полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида, синтетического каучука, фенолформальдегидной смолы, неопрена, нейлона, полиакрилонитрила, ПВХ, силикона, фторполимеров, акриловых смол, поликарбонатов и этиленвинилацетата.

[0186] Пункт 33: Способ по пункту 32, в котором полимерный материал представляет собой полипропилен.

[0187] Пункт 34: Способ по пункту 33, в котором изделие представляет собой лист из смешанного полимерного материала.

[0188] Пункт 35: Способ по пункту 34, в котором смешанный полимерный материал дополнительно содержит тальк в количестве от 1 до 15 вес.%.

[0189] Пункт 36: Способ по пункту 19, в котором полимерный материал представляет собой фторполимер.

[0190] Пункт 37: Способ по пункту 36, в котором смешанный полимерный материал дополнительно содержит стеклянные шарики в количестве от 5 до 20 вес.%.

[0191] Пункт 38: Способ по пункту 37, в котором изделие представляет собой покрытие из смешанного полимерного материала на подложке.

[0192] Пункт 39: Композиция для маркировки, предназначенная для формирования меток или знаков на подложке после лазерного облучения, при этом композиция для маркировки содержит усиливающее вещество, выбранное из группы, состоящей из нитридов, карбидов, силицидов и их комбинаций; причем: после размещения композиции для маркировки на подложке и подвергания композиции для маркировки воздействию лазерного излучения, композиция для маркировки поглощает лазерное излучение, ее температура повышается, она химически связывается с подложкой и формирует наплавленную метку на подложке, имеющую яркость, цветовое значение или степени непрозрачности, что обеспечивает визуальный контраст с подложкой, а при формировании на каждой из подложки из металла, стекла, керамики, камня и пластмассы, метка имеет отрицательное значение темного контраста ΔL, составляющее по меньшей мере -1, по сравнению с меткой, сформированной композицией для маркировки без усиливающего вещества.

[0193] Пункт 40: Композиция для маркировки по пункту 39, в которой: усиливающее вещество содержится в смешанном полимерном материале в количестве от 2 до 20 вес.%; и усиливающее вещество выбрано из группы, состоящей из FeMn, (Со)Мо, CaSi, Cu₅Si, FeSi, Fe₅Si₂, MgFeSi, MnSi₂, MoSi₂, Ni₂Si, TiSi₂, ZrSi₂, WSi₂, YSi, Al₄C₃, карбида бора (B₄C), CaC₂, Fe₃C, Fe₇C₃, Fe₂C, LaC₂, Mg₂C, Mg₂C₃, MoC, Mo₂C, Mo₃C₂, SiC, Ta₄C₃, YC₂, WC, AlN, BN, Fe₂N, Fe₃N, Fe₄N, Fe₇N₃, Fe₁₆N₂, MoN, Mo₂N, Si₃N₄, TiN, W₂N, WN, WN₂, ZrN и их комбинаций.

[0194] Пункт 41: Композиция для маркировки по пункту 39, которая дополнительно содержит: от 5 до 35 вес.% смешанного металлооксидного пигмента, от 0,5 до 10 вес.% оксида переходного металла, от 1 до 15 вес.% силикатного минерала, от 0,1 до 5 вес.% связующего вещества, от 35 до 65 вес.% растворителя и от 0,02 до 10 вес.% диспергирующего вещества.

[0195] Пункт 42: Композиция для маркировки по пункту 41, в которой: смешанный металлооксидный пигмент содержит смешанный оксид металла кобальта, хрома, магния и железа; оксид переходного металла содержит МоО₃; силикатный минерал содержит слюду; связующее вещество содержит гидроксипропилцеллюлозу; и растворитель содержит этанол.

[0196] Пункт 43: Способ лазерной маркировки подложки, включающий: обеспечение подложки, выбранной из группы, состоящей из металла, стекла, керамики, камня и пластмассы; обеспечение композиции для маркировки, содержащей усиливающее вещество, выбранное из группы, состоящей из нитридов, карбидов, силицидов и их комбинаций, и размещение композиции для маркировки по меньшей мере на части подложки; и подвергание по меньшей мере части композиции для маркировки воздействию лазерного излучения, так что облученная часть композиции для маркировки поглощает лазерное излучение, ее температура повышается, она химически связывается с подложкой и формирует наплавленную метку на подложке, которая имеет яркость, цвет и/или степень непрозрачности, и которая контрастирует с подложкой, и причем при формировании на каждой из подложки из металла, стекла, керамики, камня и пластмассы, метка имеет отрицательное значение темного контраста ΔL, составляющее по меньшей мере -1, по сравнению с меткой, сформированной композицией для маркировки без усиливающего вещества.

[0197] Пункт 44: Способ по пункту 43, в котором: усиливающее вещество содержится в смешанном полимерном материале в количестве от 2 до 20 вес.%; и в котором усиливающее вещество выбрано из группы, состоящей из FeMn, (Со)Мо, CaSi, Cu₅Si, FeSi, Fe₅Si₂, MgFeSi, MnSi₂, MoSi₂, Ni₂Si, TiSi₂, ZrSi₂, WSi₂, YSi, Al₄C₃, карбида бора (В₄С), СаС₂, Fe₃C, Fe₇C₃, Fe₂C, LaC₂, Mg₂C, Mg₂C₃, MoC, Mo₂C, Mo₃C₂, SiC, Ta₄C₃, YC₂, WC, AlN, BN, Fe₂N, Fe₃N, Fe₄N, Fe₇N₃, Fe₁₆N₂, MoN, Mo₂N, Si₃N₄, TiN, W₂N, WN, WN₂, ZrN и их комбинаций.

[0198] Пункт 45: Способ по пункту 43, который дополнительно включает: от 5 до 35 вес.% смешанного металлооксидного пигмента, от 0,5 до 10 вес.% оксида переходного металла, от 1 до 15 вес.% силикатного минерала, от 0,1 до 5 вес.% связующего вещества, от 35 до 65 вес.% растворителя и от 0,02 до 10 вес.% диспергирующего вещества.

[0199] Пункт 46: Способ по пункту 45, в котором: смешанный металлооксидный пигмент содержит смешанный оксид металла кобальта, хрома, магния и железа; оксид переходного металла содержит МоО₃; силикатный минерал содержит слюду; связующее вещество содержит гидроксипропилцеллюлозу; и растворитель содержит этанол.

[0200] Пункт 47: Смешанный полимерный материал, содержащий полимерный материал, смешанный с усиливающим веществом, выбранным из группы, состоящей из нитридов, карбидов, силицидов и их комбинаций, в котором: после подвергания облученной части смешанного полимерного материала лазерному излучению, облученная часть поглощает лазерное облучение, ее температура повышается и она формирует метку, имеющую яркость, цветовое значение или степени непрозрачности, что обеспечивает визуальный контраст с необлученной частью смешанного полимерного материала; значение разницы яркости (ΔL) между меткой и необлученной частью имеет абсолютное значение, составляющее по меньшей мере 5; и значение разницы яркости между меткой и необлученной частью больше чем было бы, если бы полимерный материал не содержал усиливающее вещество.

[0201] Пункт 48: Смешанный полимерный материал по пункту 47, в котором усиливающее вещество содержится в смешанном полимерном материале в количестве от 2 до 20 вес.%; и усиливающее вещество выбрано из группы, состоящей из FeMn, (Со)Мо, CaSi, Cu₅Si, FeSi, Fe₅Si₂, MgFeSi, MnSi₂, MoSi₂, Ni₂Si, TiSi₂, ZrSi₂, WSi₂, YSi, Al₄C₃, карбида бора (B₄C), СаС₂, Fe₃C, Fe₇C₃, Fe₂C, LaC₂, Mg₂C, Mg₂C₃, MoC, Mo₂C, Mo₃C₂, SiC, Ta₄C₃, YC₂, WC, AlN, BN, Fe₂N, Fe₃N, Fe₄N, Fe₇N₃, Fe₁₆N₂, MoN, Mo₂N, Si₃N₄, TiN, W₂N, WN, WN₂, ZrN и их комбинаций.

[0202] Пункт 49: Смешанный полимерный материал по пункту 47, причем полимерный материал содержит одно или более из полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида, синтетического каучука, фенолформальдегидной смолы, неопрена, нейлона, полиакрилонитрила, ПВХ, силикона, фторполимеров, акриловых смол, поликарбонатов и этиленвинилацетата.

[0203] Пункт 50: Смешанный полимерный материал по пункту 47, который дополнительно содержит тальк в количестве от 1 до 15 вес.%.

[0204] Пункт 51: Смешанный полимерный материал по пункту 47, который дополнительно содержит стеклянные шарики в количестве от 5 до 20 вес.%.

[0205] Пункт 52: Способ получения лазерных меток, включающий: обеспечение полимерного материала и усиливающего вещества, выбранного из группы, состоящей из нитридов, карбидов, силицидов и их комбинаций; смешивание полимерного материала и усиливающего вещества для получения смешанного полимерного материала; формование изделия желаемой конфигурации из смешанного полимерного материала; и облучение облученной части изделия лазерным излучением, так что облученная часть поглощает лазерное излучение, ее температура повышается и она формирует метку на изделии, которая имеет яркость, цвет и/или степень непрозрачности, и которая контрастирует с необлученной частью изделия; причем значение разницы яркости (ΔL) между меткой и необлученной частью имеет абсолютное значение, составляющее по меньшей мере 5; и причем значение разницы яркости между меткой и необлученной частью больше чем было бы, если бы полимерный материал не содержал усиливающее вещество.

[0206] Пункт 53: Способ по пункту 52, в котором: усиливающее вещество содержится в смешанном полимерном материале в количестве от 2 до 20 вес.%; и усиливающее вещество выбрано из группы, состоящей из ферромагния (FeMn), (Со)Мо, CaSi, Cu₅Si, ферросилиция (FeSi), Fe₅Si₂, MgFeSi, MnSi₂, MoSi₂, Ni₂Si, TiSi₂, ZrSi₂, WSi₂, YSi, Al₄C₃, карбида бора (B₄C), СаС₂, Fe₃C, Fe₇C₃, Fe₂C, LaC₂, Mg₂C, Mg₂C₃, MoC, Mo₂C, Mo₃C₂, SiC, Ta₄C₃, YC₂, WC, AlN, BN, Fe₂N, Fe₃N, Fe₄N, Fe₇N₃, Fe₁₆N₂, MoN, Mo₂N, Si₃N₄, TiN, W₂N, WN, WN₂, ZrN и их комбинаций.

[0207] Пункт 54: Способ по пункту 52, в котором полимерный материал содержит одно или более из полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида, синтетического каучука, фенолформальдегидной смолы, неопрена, нейлона, полиакрилонитрила, ПВХ, силикона, фторполимеров, акриловых смол, поликарбонатов и этиленвинилацетата.

[0208] Пункт 55: Способ по пункту 52, в котором смешанный полимерный материал дополнительно содержит тальк в количестве от 1 до 15 вес.%.

[0209] Пункт 56: Способ по пункту 52, в котором смешанный полимерный материал дополнительно содержит стеклянные шарики в количестве от 5 до 20 вес.%.

[0210] Следует понимать, что различные описанные выше и другие признаки и функции, или их альтернативы или вариации, при необходимости могут быть скомбинированы в множество других, отличающихся систем или вариантов применения. Также, специалистом в данной области техники в дальнейшем могут быть осуществлены различные не предусмотренные или не раскрытые альтернативы, модификации, вариации или улучшения, которые также считаются охваченными представленной далее формулой изобретения.

Изобретение относится к композиции для маркировки, предназначенной для формирования сметок или знаков на подложке после лазерного облучения, и к способу лазерной маркировки подложки. Композиция содержит усиливающие вещества для лазерной маркировки, такие как нитриды, карбиды, силициды или их комбинации. Усиливающее поглощение лазерного излучения вещество выбрано из группы, состоящей из: FeMn, (Со)Мо, CaSi, Cu₅Si, FeSi, Fe₅Si₂, MgFeSi, MnSi₂, MoSi₂, Ni₂Si, TiSi₂, ZrSi₂, WSi₂, YSi, Al₄C₃, карбида бора (B₄C), СаС₂, Fe₃C, Fe₇C₃, Fe₂C, LaC₂, Mg₂C, Mg₂C₃, MoC, Mo₂C, Mo₃C₂, Ta₄C₃, YC₂, AlN, BN, Fe₂N, Fe₃N, Fe4N, Fe₇N₃, Fe₁₆N₂, MoN, Mo₂N, Si₃N₄, TiN, W₂N, WN, WN₂, ZrN и их комбинаций. После размещения композиции для маркировки на подложке и воздействия лазерного излучения композиция для маркировки формирует метку на подложке, которая имеет отрицательное значение темного контраста, составляющее по меньшей мере -1, по сравнению с меткой, выполненной композицией для маркировки без усиливающего вещества. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 20 ил., 11 табл.

1. Композиция для маркировки, предназначенная для формирования меток или знаков на подложке после лазерного облучения, содержащая полимерный материал, смешанный с усиливающим поглощение лазерного излучения веществом, выбранным из группы, состоящей из нитридов, карбидов, силицидов и их комбинаций, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью образования после размещения композиции для маркировки на подложке и воздействия на нее лазерным излучением на каждой из подложек из металла, стекла, керамики, камня или пластмассы метки, которая имеет отрицательное значение ΔL темного контраста, составляющее по меньшей мере -1, по сравнению с меткой, образованной композицией для маркировки без усиливающего вещества, при этом содержание усиливающего лазерное излучение вещества в смеси полимерного материала составляет 2-20 % от массы смешанного полимерного материала, причем усиливающее поглощение лазерного излучения вещество выбрано из группы, состоящей из: FeMn, (Со)Мо, CaSi, Cu₅Si, FeSi, Fe₅Si₂, MgFeSi, MnSi₂, MoSi₂, Ni₂Si, TiSi₂, ZrSi₂, WSi₂, YSi, Al₄C₃, карбида бора (B₄C), СаС₂, Fe₃C, Fe₇C₃, Fe₂C, LaC₂, M_g2C, Mg₂C₃, MoC, Mo₂C, Mo₃C₂, Ta₄C₃, YC₂, AlN, BN, Fe₂N, Fe₃N, Fe₄N, Fe₇N₃, Fe₁₆N₂, MoN, Mo₂N, Si₃N₄, TiN, W₂N, WN, WN₂, ZrN и их комбинаций.

2. Композиция для маркировки по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пигмент на основе смешанного оксида металла в количестве 5-35 маc.%, оксид переходного металла в количестве 0,5-10 маc.%, силикатный минерал в количестве 1-15 маc.%, связующее вещество в количестве 0,1-5 маc.%, растворитель в количестве 35-65 маc.% и диспергирующее вещество в количестве от 0,02 до 10 мас.%.

3. Композиция для маркировки по п. 2, отличающаяся тем, что пигмент на основе смешанного оксида металла включает в себя смешанный оксид металлов, выбранных из группы: кобальт, хром, марганец и железо, оксид переходного металла включает в себя МоО₃, силикатный минерал включает в себя слюду, связующее вещество включает в себя гидроксипропилцеллюлозу, а растворитель включает в себя этанол.

4. Способ лазерной маркировки подложки, содержащий этапы, на которых:

берут подложку, выбранную из группы, состоящей из металла, стекла, керамики, камня и пластмассы;

используют композицию для маркировки, включающую в себя усиливающее вещество, выбранное из группы, состоящей из нитридов, карбидов, силицидов и их комбинаций, и

размещают композицию для маркировки на по меньшей мере части подложки; и

воздействуют на по меньшей мере часть композиции для маркировки лазерным излучением с обеспечением поглощения облучаемой частью композиции лазерного излучения, повышения ее температуры и химического связывания с подложкой с образованием на подложке наплавленной метки по яркости, цвету и/или степени непрозрачности, контрастирующей с подложкой, при этом содержание усиливающего вещества составляет 2-20% от массы смешанного полимерного материала, причем усиливающее вещество выбирают из группы, состоящей из: FeMn, (Со)Мо, CaSi, Cu₅Si, FeSi, Fe₅Si₂, MgFeSi, MnSi₂, MoSi₂, Ni₂Si, TiSi₂, ZrSi₂, WSi₂, YSi, Al₄C₃, карбида бора (B₄C), СаС₂, Fe₃C, Fe₇C₃, Fe₂C, LaC₂, M_g2C, Mg₂C₃, MoC, Mo₂C, Mo₃C₂, Ta₄C₃, YC₂, AlN, BN, Fe₂N, Fe₃N, Fe₄N, Fe₇N₃, Fe₁₆N₂, MoN, Mo₂N, Si₃N₄, TiN, W₂N, WN, WN₂, ZrN и их комбинаций, причем получают метку, имеющую отрицательное значение ΔL темного контраста, составляющее по меньшей мере -1, по сравнению с меткой, образованной композицией для маркировки без усиливающего вещества.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что дополнительно используют пигмент на основе смешанного оксида металла в количестве 5-35 мас.%, оксид переходного металла в количестве 0,5-10 мас.%, силикатный минерал в количестве 1-15 мас.%, связующее вещество в количестве 0,1-5мас.%, растворитель в количестве 35-65 мас.% и диспергирующее вещество в количестве от 0,02 до 10 мас.%.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что используют пигмент на основе смешанного оксида металла, включающего в себя смешанный оксид металлов, выбранных из группы: кобальт, хром, марганец и железо;

оксид переходного металла, включающий в себя MoO₃;

силикатный минерал, включающий в себя слюду;

связующее вещество, включающее в себя гидроксипропилцеллюлозу; и

растворитель, включающий в себя этанол.