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采用DLMP®加工Teflon®含氟聚合物

适合进行激光切割、打标和雕刻的各种Teflon®件

相关名称:

Fluon®、Teflon®

化学名:

PTFE、聚四氟乙烯、聚四氟、聚全氟乙烯、聚(1,1,2,2-四氟乙烯)

厂商:

旭硝子化工,杜邦

人们通常用品牌名Teflon®来称呼聚四氟乙烯(PTFE)。这是一种合成含氟聚合物,以其防粘性、拒水性、耐化学性和耐高温性而闻名。由于其展现出卓越的特性,Teflon®适合用于商业、工业和航空应用领域中最严苛的环境。Teflon的分子结构主要由碳氟键组成,这使得其耐受包括氢氟酸在内的最具腐蚀性的化学品。Teflon也展现出极高的介电强度以及高熔融温度(327°C),同时在低温(低至-79°C)下也可保持柔性。有多种形状和颜色Teflon可供使用。大量以板材、管材和棒材形状提供。最常见的颜色是白色和黑色。化学上来说Teflon通常是纯品,这意味着未添加任何增塑剂或填料。

Teflon®和DLMP®技术

Teflon的高熔点和无交联等材料特性使其高度适应DLMP(数字激光材料加工)技术,这种技术利用激光能量改变材料的形状或外观。激光能量与Teflon相互作用的效应是材料蚀除和材料改性。如果材料是Teflon,可应用激光切割、激光雕刻和激光打标的工艺。激光能量可蚀除材料,以进行材料的切割、雕刻或打标,也可以改变表面性质以形成可见标记。如需了解更多信息,请见我们的激光材料加工白皮书。

切出的白色Teflon®激光切割菱形片黑色Teflon®二维码表面激光打标黑色Teflon®序号表面激光打标白色Teflon®菱形激光雕刻

材料蚀除

材料蚀除是去除材料的物理过程。激光系统可将材料从上表面到下表面完全去除(通常称为"激光切割、"),或者其可将材料从顶部向下到指定深度进行部分去除(通常称为"激光打标")。Teflon是CO2激光能量(波长=10.6 μm)的优异吸收体。Teflon吸收激光能量时,其迅速将光能转化为分子振动(热能)。在足够热能的作用下,Teflon经历了"断链"过程,其中重复单元之间的化学键"干净"地断开,没有基础单元的严重降解。直接处于激光路径中的材料被干净地蚀除,成为蒸气和细微Teflon颗粒。出于这些原因,经常使用CO2激光器进行Teflon的激光蚀除。紧靠激光光斑或路径外侧的材料会传导一部分热量,但不足以完全和彻底地蚀除。这个热效应的区域通常被称为热影响区,或HAZ。如果材料是Teflon,因为Teflon具有很高的熔融温度,所以基本上不会产生HAZ;相邻表面可以经受住传导的热量,而不会出现熔融或起泡。通过针对材料的给定厚度选择适当的激光功率,即可最大限度降低热效应。

材料改性

如讨论过的那样,Teflon很容易吸收10.6 µm激光能量并被干净地蚀除。然而,CO2激光器在形成鲜明对比方面效果不大。对于在纯白色Teflon上形成对比度,1.06 µm波长下工作的光纤激光器同样也效果不大。实际上,Teflon通常用作此波长的光扩散板。然而,可采用某种方式在黑色Teflon上产生对比度。用于形成黑色Teflon的炭黑颜料可很好地吸收光纤激光能量。这种能量被转换为热量,被聚合物基体传导。适当控制时,聚合物将开始起泡,形成更大的表面积。额外的表面产生折射,在黑色Teflon形成高对比度的灰白色标记。这种工艺有时称为漂白或发泡,其不会留下任何残留物或粉末,并且标记区域保持Teflon的特性。

激光打标(表面)

可使用光纤激光器在黑色Teflon上打标以传达信息,如数字、文本、条码甚至照片。标记永久存在并展示出高对比度,使其成为引人注目的油墨方法替代方案。该示例显示在黑色Teflon表面上标记的序号。

黑色Teflon®序号表面激光打标

组合工艺

可在Teflon上应用多种工艺,而没有必要移动或重新夹持材料。本示例图像展示了如何将工艺组合,从片料中切割Teflon,将菱形雕刻到材料中并在表面标记序号。在此组合工艺中,始终在切割之前执行雕刻和打标。

黑色Teflon®菱形激光切割,在表面上有雕刻出槽和标记的序号

环境、健康和安全考虑

激光材料相互作用几乎总是产生气态流出物和/或颗粒物。使用激光蚀除工艺时,Teflon的主要分解机制是断链;从材料上蚀除较小的Teflon颗粒物,这些颗粒物沉积为细白色粉末。也存在气态流出物,其中包括碳酰氟、三氟甲烷、六氟丙烯和四氟丙烯。根据政府法规,应将这些气体和颗粒物导向外部环境。或者,也可首先使用过滤系统处理流出物,然后导向外部环境。某些材料倾向于在激光加工过程中产生可燃烧的副产物。因此,应始终对激光加工予以监督。