Plastikinės medžiagos, suderinamos su CO₂ lazerinio suvirinimo technologija

Toliau pateikiama išsami plastikinių medžiagų, suderinamų su CO₂ lazerinio suvirinimo technologija, analizė ir jų pagrindinės charakteristikos, derinant kelis tyrimų dokumentus ir pramoninių programų atvejus:

I. Taikomų medžiagų klasifikavimas ir charakteristikos **

1. Termoplastinės polimero matrica

- polipropilenas (pp)

Suskaidymo suvirinimą galima pasiekti CO₂ lazeriu, o lydymosi gylis gali būti tiksliai kontroliuojamas iki maždaug 1 mm, sutampančiuose PP lakštuose, bangos ilgio derinimas (pvz., Naudojant suderinamą CO₂ lazerį), be šiluminių pažeidimų ar lydymosi paviršiaus. Jo pusiau kristalinė struktūra rodo gerą lazerio energijos absorbcijos ir lydymosi elgsenos valdymą.

- polikarbonatas (PC)

Jis turi didelį skaidrumą, atsparumą smūgiams ir šiluminį stabilumą. Kaip matricos medžiaga, jos kompozicinės medžiagos (tokios kaip stiklo pluošto armatūra) gali pasiekti didelio stiprumo ryšį lazeriniu suvirinimu, ypač naudojant optinį skaidrumą.

- Poliamidas (PA6/PA12)
Anglies pluošto sustiprintos poliamido kompozitai (pvz., Pa 6- CF) rodo didelę energijos absorbcijos greitį CO₂ lazeriniame suvirinime ir yra tinkami greitai apdoroti. Jo aukštas lydymosi taškas ir mažas higroskopiškumas padeda sumažinti poringumo defektus suvirinimo metu.

2. Inžinerinių plastikų ir kompozitų
- polifenileno sulfidas (PPS)
Pusiau kristalinis termoplastinis, aukštai temperatūrai atspari (TG apie 90 laipsnių) ir mažas higroskopiškumas. Atsparumo suvirinimo tyrimai parodė, kad jo sąnariai, sudaryti iš anglies pluošto, vis dar išlaiko 61% pradinio stiprumo esant aukštai temperatūrai (150 laipsnių), netiesiogiai tikrindami jo pritaikomumą lazerio šilumos įėjimui.
- ** PoletheretheTketone (PEEK) **
Aukšto lydymosi taškas (343 laipsnis) ir puikus šiluminis stabilumas daro jį tinkamą didelės galios lazerio suvirinimui, tačiau šilumos įvestis turi būti tiksliai kontroliuojamas, kad būtų išvengta šiluminio skilimo. Tyrimai parodė, kad jos kompozicinės medžiagos gali optimizuoti mikrostruktūrą per ciklinės šilumos įvestį lazerio priedų gamyboje.

 

Antra, pagrindiniai techniniai medžiagų pasirinkimo parametrai
1. Optinės absorbcijos charakteristikos
- CO₂ lazerio energiją (bangos ilgį 10,6 μm) daugiausia absorbuoja polimerai, kuriuose yra poliarinių grupių (pvz., PA, PPS), o mažo poliškumo medžiagos (tokios kaip PP) turi padidinti absorbcijos efektyvumą per priedus (anglies juodą, grafeną) arba sąsajos dizainą (pvz., Perspangiu šilumos kriauklę).
-Dviejų matmenų mezoporiniai polimerų/grafeno heterostruktūros (tokios kaip MPDG) optimizuoja lazerio energijos perdavimą per didelį specifinį paviršiaus plotą ir laidumą ir yra tinkamos didelio tikslumo suvirinimui mikro prietaisams.

2. Šiluminis elgesys ir kristališkumas
-Pusiau kristalinių medžiagų (pvz., PP, PP) lydymosi perkrovimo elgsenai reikia suderinti lazerio parametrus, kad būtų išvengta per didelio šilumos įvesties, dėl kurios atsiranda sąsaja. Pvz., Bangos ilgio parinkimas PP suvirinime gali sureguliuoti lydymosi gylį ir sumažinti šilumos paveiktą zoną.
- Amorfinės medžiagos (pvz., PC) neturi aiškios lydymosi taško, todėl suvirinimo langą reikia valdyti stiklo perėjimo temperatūra (TG), kad būtų išvengta medžiagų skaidymo.

3. Armatūrinių pluoštų įtaka
- Anglies pluošto sustiprintų kompozitų (CFRP) suvirinimas lazeriu reikalauja pusiausvyros tarp pluošto orientacijos ir matricos lydymosi elgsenos. Pavyzdžiui, anglies pluošto/PA6 kompozitai pasižymi dideliu stiprumo ir tarpsluoksnių surišimu sraigtiniame ekstruzijos priedų gamyboje, o jų suvirinimui lazeriu reikia atsižvelgti į pluošto pasiskirstymo trukdymą energijos absorbcijai.

---

Iii. Proceso optimizavimo strategija
1. Lazerio parametrų valdymas
- Bangos ilgio derinimas (pavyzdžiui, suderinamas CO₂ lazeris) gali optimizuoti skirtingų medžiagų energijos absorbciją, pavyzdžiui, tikslią lydymosi gylio kontrolę, naudojant bangos ilgio tikslinimą PP suvirinimo metu.
- Galios tankis ir nuskaitymo greitis turi atitikti medžiagos šiluminį difuziškumą, kad būtų išvengta perkaitimo (pvz., PEEK) ar nepakankamai suliejimo (pvz., PA6).

2. ** Sąsajos dizainas ir pagalbinės technologijos
- Skaidrių šilumos kriauklių (pvz., „Quartz Glass“) naudojimas gali pagreitinti suvirinimo zonos aušinimą ir sumažinti šiluminę pažeidimą, kuris tinka suvirinant plonus medžiagų sluoksnius.
- Įkaitinimas ar po gydymo (pvz., Infraraudonųjų spindulių šildymas) gali pagerinti tarpsluoksnių ryšių stiprumą, ypač esant didelio pluošto kiekio kompozicijoms.

 

Iv. Taikymo atvejai ir iššūkiai
1. Sėkmingi atvejai
- Automobilių lengvieji komponentai: lazeriu suvirintas PA 6- CF kompozitai naudojami durų laikikliams, o stiprumas padidėjo 30%, palyginti su įprastomis injekcijos suformuotomis dalimis.
- Lanksčia elektronika: Poliesterio-spandekso audiniai pasiekia didelį laidumą (4Ω/cm) per tiesioginį lazerio metalizaciją, tinkamą išmaniesiems tekstilės jutikliams.

2. Techninės kliūtys
-Labai atspindinčioms medžiagoms (tokioms kaip aliuminio milteliai užpildyti polimerai) reikalauja, kad būtų sukurta antiefleksinė dangos technologija.
- Skirtingų polimerų šiluminio išsiplėtimo koeficientų skirtumas daugialypiame materialiame suvirinime gali lengvai sukelti sąsajos streso koncentraciją.

 

Santrauka
CO₂ lazerinio suvirinimo technologijos medžiagų pasirinkimas turi išsamiai apsvarstyti optinės absorbcijos, šiluminio elgesio ir armatūros fazės poveikį. Ateities tyrimai gali būti sutelkti į: ① Naujų absorbcijų kūrimas, siekiant išplėsti materialinio taikymo sritį; ② Suvirinimo parametrų optimizavimas kartu su mašininiu mokymu; ③ Ištirti medžiagos mikrostruktūros reguliavimo potencialą naudojant ciklinės šilumos įvestį.