本文作者：武漢市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所 江偉 等
安全玻璃是指符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的鋼化玻璃、夾層玻璃及由鋼化玻璃或夾層玻璃組合加工而成的其他玻璃制品，如安全中空玻璃等。安全玻璃根據(jù)不同的需要可用普通玻璃、鋼化玻璃、熱增強(qiáng)玻璃來制成，也可制成中空玻璃。安全玻璃具有良好的安全性，抗沖擊性和抗穿透性，具有防盜、防爆、防沖擊等功能。正是由于其優(yōu)良的特性，安全玻璃被廣泛應(yīng)用于特種設(shè)備領(lǐng)域。如觀光電梯，扶梯等設(shè)備。
安全玻璃關(guān)乎群眾生命財產(chǎn)安全,我國將安全玻璃納入第一批實施3C認(rèn)證的產(chǎn)品目錄。3C認(rèn)證的全稱為“中國強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證”,它是我國政府為保護(hù)消費者人身安全和國家安全、加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量管理、依照法律法規(guī)實施的一種產(chǎn)品合格評定制度,是產(chǎn)品進(jìn)入市場的通行證，是安全的防火墻。準(zhǔn)許使用的標(biāo)準(zhǔn)樣式如圖1所示。
目前3C認(rèn)證標(biāo)志的加施方式主要采用移印法、絲網(wǎng)印刷、蝕刻法等方法。其中，移印法的墨層薄、抗物理性差、印刷面積受膠頭、鋼板局限，不可印刷大面積產(chǎn)品。而絲網(wǎng)印刷速度較低、不能印刷很精細(xì)的圖案、油墨對環(huán)境存在污染、耗材成本較高。
激光打標(biāo)是生產(chǎn)工藝中廣泛應(yīng)用的一種技術(shù)，利用適當(dāng)能量密度的、匯聚在工件表面的激光光束對目標(biāo)表面掃描，使材料發(fā)生物理或化學(xué)的變化，在表面上形成痕跡，從而形成標(biāo)記的過程。它屬于一種非接觸的打標(biāo)方式，與傳統(tǒng)的加工方法相比，具有應(yīng)用范圍廣、打標(biāo)速度快、性能穩(wěn)定、質(zhì)量高、運行成本低、環(huán)境污染小、易于用計算機(jī)控制及與其它設(shè)備實現(xiàn)同步運轉(zhuǎn)等優(yōu)點,因此，激光打標(biāo)已成為激光的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。
激光打標(biāo)技術(shù)可用于透明材料的標(biāo)刻，在傳統(tǒng)透明材料打標(biāo)中，目前主要有三種方法:①采用CO2激光器進(jìn)行直接打標(biāo)，但是該方法標(biāo)示的對比度不高，在淺色材質(zhì)上難以識別;②采用綠激光進(jìn)行直接打標(biāo)，但是綠激光設(shè)備成本較高;③采用噴墨+紅外激光打標(biāo)，該方法對油墨消耗量較大，油墨耗材成本也較高，且對環(huán)境有一定污染，而且所打標(biāo)記不耐腐蝕不耐水。
激光黑色打標(biāo)是將待加工樣件下方與放置在石墨片上方，使其保持緊密相連，然后將激光聚焦到兩者交界面處，進(jìn)行標(biāo)記。其加工機(jī)理為激光對石墨片的劇烈燒蝕，接觸面處的瞬時高溫高壓作用，使得石墨顆粒以高速從石墨靶材的表面脫離，并附著在玻璃表面，實現(xiàn)黑色標(biāo)記。采用該方法，可以在玻璃等透明材料.上實現(xiàn)質(zhì)量好，對比度高的黑色打標(biāo)，而且所標(biāo)刻的標(biāo)記防水耐腐蝕。此外，相對傳統(tǒng)的噴墨方式，石墨可以做到反復(fù)使用，因此耗材的成本低廉。
本文提出將激光黑色打標(biāo)應(yīng)用在安全玻璃的3C標(biāo)識標(biāo)記，采用MOPA脈沖光纖激光實現(xiàn)安全玻璃黑色標(biāo)記。
1、實驗材料與方法
1.1 實驗材料
安全玻璃中尤以夾層玻璃以及用夾層玻璃制成的中空玻璃的綜合性能為最佳。夾層玻璃是由兩片或者兩片以上玻璃用合成樹脂粘接在一起而制成的種安全玻璃。夾層玻璃的原片主要是普通玻璃。中間有機(jī)材料最常用的是PVB(聚Z烯醇縮丁醛)，也有甲基丙烯酸甲酯，有機(jī)硅，聚氨酯等。當(dāng)外層玻璃受到?jīng)_擊發(fā)生破裂時,破片被膠粘住，只形成輻射狀裂紋,不致因碎片飛散造成人身傷亡事故。夾層玻璃的構(gòu)造如圖2所示。
1.2實驗方法
本實驗的加工裝置如圖3所示。采用IPG公司的YLPM系列摻鐿光纖激光器作光源。掃描振鏡采用的是SCANLAB公司的高速振鏡，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)100rad/s，最大掃描速度可達(dá)2000mm/s。石墨片固定在XY工作臺.上，玻璃置于石墨片上方，其下表面與石墨片緊密接觸，激光束聚焦在交界面處。激光標(biāo)記完成后，玻璃可以很容易的與石墨片分離開來。
由于激光打標(biāo)后，玻璃周圍有粉末。因此實驗后再依次使用丙酮溶液、去離子水各進(jìn)行超聲波清洗，每次清洗時間為5min，最后進(jìn)行干燥處理。
2、結(jié)果與討論
2.1激光黑色標(biāo)記的機(jī)理和過程
激光黑色打標(biāo)的過程可以概括為以下幾個步驟，首先，脈沖激光輻照石墨片靶材，由于高溫的作用，石墨片靶材迅速氣化形成石墨顆粒，并形成等離子云。然后隨著脈沖激光的繼續(xù)輻照，等離子體云快速的爆發(fā)并持續(xù)吸收激光的能量,這一系列作用導(dǎo)致了局部產(chǎn)生了高溫和高壓。隨后，由于局部區(qū)域的高壓高溫作用以及等離子體的快速膨脹，石墨顆粒以極快的速度從石墨靶材表面脫離,并附著在已經(jīng)軟化的玻璃表面，冷卻后最終形成玻璃表面的黑色標(biāo)記。其過程如圖4所示。
2.2激光黑色打標(biāo)應(yīng)用
通過激光黑色打標(biāo)方法，用振鏡頭來控制激光束的掃描路徑，從而使得激光束的掃描路徑更加靈活，可以在夾層玻璃上加工出所需要的圖案標(biāo)志。如圖5所示為在玻璃上所加工出來的3C標(biāo)志以及二維碼圖案。由圖可以看到圖案標(biāo)志很細(xì)膩，質(zhì)量較好。二維碼圖案可以提供玻璃的生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)時間，玻璃型號等信息。此外，還可以根據(jù)需求在玻璃_上加工出所需的裝飾圖案或文字信息，提高安全玻璃的美觀性。
3、結(jié)語
本文通過使用激光黑色打標(biāo)方法，在安全玻璃上實現(xiàn)了高對比度的黑色標(biāo)記以及圖案，該技術(shù)相比傳統(tǒng)的標(biāo)記施加方案具有對比度高,成本低廉;無污染，靈活度高，加工效率高等優(yōu)點，為特種設(shè)備安全玻璃標(biāo)志的施加問題提供了一種新的解決思路。
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