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Bearbeiten von Halar® Fluorpolymer mittels DLMP®

Verwandte Bezeichnungen:

Norton® ECTFE, Symalit® ECTFE

Chemische Bezeichnungen:

Ethylen-Chlortrifluorethylen (am gebräuchlichsten), Poly(1-chlor-1,2,2-trifluorbutan-1,4-diyl), Poly(ethen-co-chlortrifluorethen)

Hersteller:

Quadrant Plastics
Saint-Gobain High Performance Films
Solvay Specialty Polymers®

Halar® ist die Handelsbezeichnung von Ethylen-Chlortrifluorethylen (ECTFE), einem thermoplastischen Copolymer aus Ethylen und Chlortrifluorethylen. Halar wurde von Solvay Specialty Polymers entwickelt und wird von diesem Unternehmen vermarktet.

Halar ist bei Anwendungen nützlich, die ein hohes Maß an Korrosionsbeständigkeit und extrem geringe Durchlässigkeit erfordern. Selbst bei hoher Temperatur und Konzentration weist Halar eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Säuren, Lösungsmitteln, Oxidationsmitteln und ätzenden Medien auf. Darüber hinaus ist es hitze- und feuerbeständig und besitzt wünschenswerte Eigenschaften zur elektrischen Isolierung (d. h. hoher elektrischer Widerstand, niedrige dielektrische Konstante).

Halar weist von Natur aus eine grauweiße Farbe auf, ist jedoch gelegentlich auch in schwarzer Farbe erhältlich. Platten, Stäbe und grobes Gewebe sind erhältlich.

Halar® und DLMP®-Technologie

Die Materialeigenschaften von Halar®, hauptsächlich Wärme- und Oxidationsbeständigkeit, machen es für DLMP-Technologie (Digital Laser Material Processing, digitale Laser-Materialbearbeitung) äußerst geeignet. Der Einfluss, den diese Eigenschaften auf die Ergebnisse von DLMP haben, wird detailliert in den folgenden Abschnitten besprochen.

Die Auswirkungen der Interaktion von Laserenergie mit Halar bestehen im Materialabtrag und in der Materialveränderung. Im Fall von Halar lassen sich die Bearbeitungsverfahren von Laserschneiden, Lasergravieren und Lasermarkieren anwenden. Die Laserenergie kann Material abtragen, um das Material zu schneiden, zu gravieren oder zu markieren oder sie kann die Eigenschaften der Oberfläche verändern, um eine sichtbare Markierung zu erzeugen. Jedes dieser Verfahren wird nachstehend in dessen jeweiligem Abschnitt besprochen.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Whitepaper zur Laser-Materialbearbeitung.

Abtrag von Material

Materialabtrag ist ein physikalischer Vorgang, der Material entfernt. Material wird vollständig von oben bis zur Unterseite oder nur teilweise von der Oberseite des Materials bis hinunter zu einer angegebenen Tiefe abgetragen.

Halar ist ein hervorragender Absorber von CO2-Laserenergie (Wellenlänge=10,6 μm). Wenn Halar Laserenergie absorbiert, wandelt es rasch Lichtenergie in Molekülschwingungen (Wärme) um. Bei ausreichender Wärme erfährt Halar ein rasches Schmelzen und Verdampfen, wobei die Molekülbindungen an verschiedenen Punkten in seiner Molekularstruktur aufgebrochen werden. Material, das sich direkt im Laserstrahlpfad befindet, wird abgetragen, wobei Dämpfe erzeugt werden, jedoch keine Ablagerungen und keine Verfärbung. Vornehmlich werden CO2-Laser für den Laserabtrag von Halar eingesetzt.

Das Material, das sich leicht außerhalb des Laserbrennpunkts oder des Laserpfads 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 Halar wird eine minimale WEZ erzeugt, da Halar eine hohe Schmelztemperatur besitzt. Angrenzende Flächen können weitergeleiteter Wärme ohne übermäßiges Schmelzen standhalten. Wie im Überblick zu DLMP angesprochen, können Wärmewirkungen minimiert werden, indem eine für die gegebene Materialstärke angemessene Leistung ausgewählt wird.

Veränderung von Werkstoffeigenschaften

Wie angesprochen, sind 10,6 µm CO2-Laser sehr nützlich für den Materialabtrag zum Schneiden und Gravieren. CO2-Laser sind jedoch beim Erzeugen von Kontrast wirkungslos. Faserlaser sind für diese Aufgabe besser geeignet. Halar absorbiert außerdem 1,06 µm Faserlaserenergie und wandelt sie in Wärme. Die auf die Oberfläche gerichtete Energie kann präzise gesteuert werden, um Kontrast zu erzeugen, aber kein Material zu entfernen. Die sich ergebende Markierung ist schwarz. Dieses Verfahren, gelegentlich als Karbonisieren bezeichnet, hinterlässt keine Rückstände oder Pulver.

Lasermarkieren (Oberfläche)

Halar kann mit einem Faserlaser oberflächenmarkiert werden, um Informationen, wie beispielsweise Zahlen, Text, Barcodes und sogar Fotos, aufzubringen. Die Markierung ist dauerhaft und weist einen guten Kontrast auf, was sie zu einer attraktiven Alternative zu Tintendruckverfahren macht. Dieses Verfahren ist zum Erzeugen von menschen- und maschinenlesbarer Information gut geeignet.

Kombinierte Bearbeitungsverfahren

Verschiedene Verfahren können auf Halar angewendet werden, ohne das Material verlagern oder neu befestigen zu müssen. Das Beispielbild zeigt wie Verfahren miteinander kombiniert werden können, um Halar aus einer Platte zu schneiden, einen Kanal in das Material zu gravieren und eine Seriennummer auf die  Oberfläche zu markieren. Die Reihenfolge dieser Bearbeitungsverfahren ist vom Bediener steuerbar.

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 Halar mittels eines CO2-Lasers ein breites Spektrum an Gasen, die Fluor und Chlor enthalten. Insbesondere enthalten diese Abströmungen Salzsäure und Fluorwasserstoff. Diese Gase und Partikel sind im Einklang mit behördlichen Bestimmungen nach draußen abzuführen. Alternativ können die Ableitungen bzw. Abströmungen zuerst in einer Filteranlage behandelt und dann in die äußere Umgebung abgeführt werden. Halar ist beständig gegen hohe Temperaturen, kann jedoch exotherme Reaktionen erfahren, wenn genügend Laserenergie angewendet wird. Deshalb sollte die Laserbearbeitung von Halar stets unter Aufsicht erfolgen.