Обработка фторполимера Teflon® с помощью DLMP®

Various Teflon® Pieces Suitable for Laser Cutting, Marking, and Engraving

Связанные названия:

Fluon®, Teflon®

Химические названия:

ПТФЭ, поли(тетрафторэтилен), поли(дифторметилен), поли(тетрафторэтен), поли(1,1,2,2-тетрафторэтилен)

Производители:

AGC Chemicals DuPont™

Политетрафторэтилен (ПТФЭ) широко известен под торговой маркой Teflon®. Этот синтетический фторполимер наиболее известен своими антиадгезионными и водоотталкивающими свойствами, а также стойкостью к химическим и термическим воздействиям. Благодаря своим исключительным свойствам Teflon® подходит для самых требовательных сред в коммерческих, промышленных и аэрокосмических сферах применениях. Связь углерод-фтор, которая преобладает в его молекулярной структуре, делает Teflon устойчивым к самым агрессивным химическим веществам, включая плавиковую кислоту. Teflon также обладает очень высокой диэлектрической прочностью в сочетании с высокой температурой плавления (327 °C) и гибкостью при низкой температуре (до –79 °C). Teflon выпускается в различных формах и разных цветов. Он наиболее распространен в форме листа, трубки и стержня. Наиболее распространенными цветами являются белый и черный. Teflon обычно химически чист, что означает отсутствие пластификаторов или наполнителей.

Teflon® и технология DLMP®

Такие свойства Teflon, как высокая температура плавления и отсутствие сшивки, делают его хорошо совместимым с технологией DLMP (Цифровой лазерной обработки материала), которая предусматривает использование энергии лазера для изменения формы или внешнего вида материала. Результатом взаимодействия лазерной энергии с материалом Teflon является абляция материала и модификация материала. Для обработки Teflon могут применяться процессы лазерной резки, лазерной гравировки и лазерной маркировки. Лазерная энергия удаляет материал для его резки, гравировки или маркировки или изменяет свойства поверхности для создания видимого изображения. Дополнительную информацию см. в Отчете о применении технологии лазерной обработки материалов.

White Teflon® Laser Cut Diamond Shape CutoutBlack Teflon® Laser Marked on Surface for 2D CodeBlack Teflon® with Surface Laser Marked Serial NumberWhite Teflon® Laser Engraved in Diamond Shape

Абляция материала

Абляция материала представляет собой физический процесс удаления материала. Лазерная система может полностью удалять материал от верхней поверхности до нижней (обычно называется «лазерная резка»), либо частично удалять материал от верхней поверхности на заданную глубину (обычно называется «лазерная маркировка»). Teflon является превосходным поглотителем энергии CO2-лазера (длина волны = 10,6 мкм). Когда Teflon поглощает энергию лазера, он быстро преобразует оптическую энергию в молекулярные колебания (тепло). При достаточном нагревании Teflon подвергается расщеплению, когда связи между повторяющимися звеньями просто разрываются, без существенного нарушения структуры базовой единицы. Материал, непосредственно попадающий в зону лазерного луча, аккуратно удаляется в виде пара и мелкодисперсного порошка Teflon. По этим причинам для лазерной абляции материала Teflon обычно используют CO2-лазеры. Материал, расположенный за пределами зоны воздействия лазера, поглощает некоторое количества тепла, но его недостаточно для глубокой и полной абляции. Эту область термического воздействия часто называют зоной теплового воздействия, или ЗТВ. При обработке Teflon ЗТВ практически не образуется, поскольку Teflon обладает высокой температурой плавления. Это означает, что прилегающие поверхности могут выдерживать проводимое тепло без плавления или кипения. Тепловые эффекты можно минимизировать, выбирая подходящую мощность лазера для каждой конкретной толщины материала.

Изменение свойств материала

Как уже обсуждалось, Teflon легко поглощает энергию лазера с длиной волны 10,6 мкм, чем обусловлено его аккуратное удаление. Однако CO2-лазер неэффективен при необходимости создания контраста. Волоконные лазеры, работающие с длиной волны 1,06 мкм, также неэффективны при создании контраста на чистом белом Teflon. При данной длине волны Teflon часто используется в качестве светорассеивателя. Тем не менее, существует метод получения контраста на черном Teflon. Черный сажевый пигмент, используемый для создания черного Teflon, очень хорошо поглощает энергию волоконного лазера. Эта энергия преобразуется в тепло, которое проводится полимерной матрицей. При правильном контроле полимер начнет кипеть, создавая большую площадь поверхности. Дополнительные поверхности преломляются, приводя к появлению высококонтрастной, практически белой метки на черном Teflon. Этот процесс, иногда называемый отбеливанием или пенообразованием, не оставляет остатка или порошка, а маркированные области сохраняют свойства Teflon.

Лазерная маркировка (поверхностная)

Для нанесения информации, такой как цифры, текст, штрихкоды и даже фотографии, черный Teflon можно подвергать маркировке волоконным лазером. Изображение получается долговечным и высококонтрастным, что делает его привлекательной альтернативой методам с использованием чернил. В этом примере показан серийный номер, нанесенный на поверхность черного материала Teflon.

Black Teflon® Laser Marked on Surface for Serial Number

Комбинированный процесс

Teflon может подвергаться нескольким процессам обработки без необходимости перемещать или повторно крепить материал. В этом примере показано, как процессы можно комбинировать, чтобы выполнять резку листового материала Teflon, нанести гравировку в виде ромба или маркировку на поверхность в виде серийного номера. Гравировка и маркировка всегда выполняются перед резкой в комбинированном процессе.

Black Teflon® Laser Cut Diamond Shaped with Channel Engraved and Serial Number Marked on Surface

Вопросы охраны окружающей среды, здоровья и обеспечения безопасности

При взаимодействии лазера с материалом почти всегда образуются выбросы газов и/или частиц. Основным механизмом разложения Teflon при использовании процессов лазерной абляции является расщепление. Более мелкие частицы Teflon удаляются из материала и осаждаются в виде мелкодисперсного белого порошка. Также образуются газовые выбросы, включающие карбонилфторид, фторформ, гексафторпропилен и тетрафторпропилен. Эти газы и частицы должны выводиться во внешнюю среду в соответствии с государственными нормативными требованиями. В качестве альтернативы они могут сначала обрабатываться системой фильтрации, а затем выводиться во внешнюю среду. При лазерной обработке некоторых материалов могут образовываться огнеопасные побочные продукты. Поэтому процесс лазерной обработки материалов всегда должен производиться под контролем.