Bearbeiten von Viton®-Fluorelastomer mittels DLMP®
Verwandte Bezeichnungen: |
FKM®, Fluorelastomer, Tecnoflon® |
Chemische Bezeichnungen: |
Nicht zutreffend – Chemische Eigenschaften hängen von der FKM-Sorte ab |
Hersteller: |
DuPont™ |
Viton® ist eine Gruppe duroplastischer Fluorelastomere, die von DuPont™ Performance Elastomers entwickelt wurden. Viton-Harze bestehen aus zwei oder mehr Fluorpolymeren. Insgesamt gibt es vier Basisfamilien von Viton:
1. Viton® A – Copolymer von Hexafluorpropylen (HFP) und Vinylidenfluorid (VDF oder VF2)
2. Viton® B – Terpolymer von HFP, VF2 und Tetrafluorethylen (TFE)
3. Viton® F – Terpolymer von HFP, VF2 und TFE
4. Sonderqualitäten, darunter GLT, ETP und GFLT – umfassen in der Regel eine Kombination aus Ethylen, TFE und Perfluormethylvinylether (PMVE) für verbesserte Chemikalienbeständigkeit
Viton ist besonders bekannt aufgrund seiner Beständigkeit gegen erhöhte Temperaturen, Chemikalien, Luftoxidation und Sonneneinstrahlung. Aufgrund dieser Eigenschaften ist Viton für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Chemie- und der Hydraulikindustrie geeignet. Viton gibt es als Platten, Rohre und Schnüre in der Farbe schwarz.
Viton® und DLMP®-Technologie
Die Materialeigenschaften von Viton, hauptsächlich Wärme- und Oxidationsbeständigkeit, machen den Werkstoff äußerst kompatibel mit der DLMP®-Technologie (Digital Laser Material Processing, digitale Laser-Materialbearbeitung). Der Einfluss dieser Eigenschaften auf die Ergebnisse von DLMP wird detailliert in den folgenden Abschnitten besprochen.
Die Laserenergie bewirkt bei Viton einen Materialabtrag und eine Materialveränderung. Die folgende Diagramm veranschaulicht die Auswirkungen und möglichen Bearbeitungsverfahren auf der Basis der einzigartigen Wechselwirkungen zwischen Laserenergie und Viton. Viton eignet sich für die Bearbeitungsverfahren des Laserschneidens, Lasergravierens und Lasermarkierens. Die Laserenergie kann das Material abtragen und so schneiden, gravieren oder markieren ablatieren oder die Eigenschaften der Oberfläche verändern, um eine sichtbare Markierung zu erzeugen. Jedes dieser Verfahren wird nachstehend im jeweiligem Abschnitt beschrieben.
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Abtrag von Material
Viton ist ein hervorragender Absorber von CO2-Laserenergie (Wellenlänge=10,6 μm). Wenn Viton Laserenergie absorbiert, wandelt es rasch Lichtenergie in Molekülschwingungen (Wärme) um. Bei ausreichender Wärme erfährt Viton einen raschen thermischen Abbau, wobei die Molekülbindungen an verschiedenen Punkten in seiner Molekularstruktur aufgebrochen werden. Material, das sich direkt im Laserstrahlpfad befindet, wird abgetragen, verdampft lässt ein feines schwarzes Pulver zurück. Für den Laserabtrag von Viton werden ausschließlich CO2-Laser eingesetzt.
Das Material, das sich leicht außerhalb des Brennpunkts des Lasers oder der Laserstrahlpfads befindet, leitet etwas Wärme, jedoch nicht genügend für einen vollständigen und gründlichen Abtrag. Dieser Bereich wird häufig als die Wärmeeinflusszone oder WEZ bezeichnet. Im Fall von Viton wird praktisch keine WEZ erzeugt, da Viton eine hohe Zersetzungstemperatur hat. Die angrenzenden Flächen können der Wärme ohne Verformung standhalten. Wie im Überblick zu DLMP angesprochen, können Wärmewirkungen minimiert werden, indem für die gegebene Materialstärke eine geeignete Leistung ausgewählt wird.
Veränderung von Werkstoffeigenschaften
Wie angesprochen, sind 10,6 µm CO2-Laser sehr nützlich für das Abtragen von Material beim Schneiden und Gravieren . CO2-Laser sind jedoch beim Erzeugen von Kontrast wirkungslos. Faserlaser sind für diese Aufgabe besser geeignet. Viton absorbiert außerdem 1,06 µm Faserlaserenergie und wandelt sie in Wärme um. Die auf die Oberfläche aufgebrachte Leistung kann genau gesteuert werden, um Kontrast zu erzeugen, ohne dabei Material abzutragen. Die sich resultierende Markierung ist hellbraun. Dieser Prozess, der manchmal auch als Bleich- oder Schaumbildung bezeichnet wird, hinterlässt keine Rückstande oder Pulver.
Lasermarkieren (Oberfläche)
Viton kann mit einem Faserlaser oberflächenmarkiert werden, um Informationen, wie beispielsweise Zahlen, Text, Barcodes und sogar Fotos, aufzubringen. Die Markierung ist dauerhaft und kontrastreich und daher eine attraktive Alternative zu Tintendruckverfahren. Auch wenn die Markierung nicht besonders hell ist, ist dieses Verfahren ausreichend für die Erstellung von menschen- und maschinenlesbaren Informationen.
Kombinierte Bearbeitungsverfahren
Mit Viton können verschiedene Bearbeitungsverfahren durchgeführt werden, ohne das Material bewegen oder neu befestigen zu müssen. Das Beispiel zeigt, wie anhand kombinierter Verfahren, ein Teil aus einer Viton-Platte geschnitten wird, ein Kanal in das Material graviert sowie eine Seriennummer auf die Oberfläche markiert wird. Bei kombinierten Verfahren wird üblicherweise erst graviert und markiert, dann geschnitten.
Erwägungen zu Umwelt, Gesundheit und Sicherheit
Interaktionen zwischen Laser und Material erzeugen fast immer Gase und/oder Partikel. Aufgrund seiner komplexen Polymerchemie erzeugt die Laserbearbeitung von Viton mittels eines CO2-Lasers ein breites Spektrum an Gasen, die Fluor enthalten. Insbesondere enthalten diese Abströmungen Carbonylfluorid und Fluorwasserstoff. Diese Gase und Partikel sind in Übereinstimmung mit den behördlichen Vorschriften in die äußere Umgebung abzuführen. Alternativ können die Ableitungen bzw. Abströmungen zuerst in einer Filteranlage behandelt und dann in die äußere Umgebung abgeführt werden. Viton ist beständig gegen hohe Temperaturen, kann jedoch exotherme Reaktionen erfahren, wenn genügend Laserenergie angewendet wird. Deshalb sollte die Laserbearbeitung von Viton stets unter Aufsicht erfolgen.
