脈沖激光技術在高分子材料加工中的應用

田 新

（新疆輕工職業技術學院，新疆烏魯木齊 830021）

脈沖激光技術在高分子材料加工中的應用

田 新

（新疆輕工職業技術學院，新疆烏魯木齊 830021）

隨著我國科學技術水平的不斷提高以及諸多科研人員的努力，激光技術獲得了飛速的發展，超短脈沖、超高強度、超短波長等成為了當前激光技術的代表特征，脈沖激光技術的出現更為高分子材料加工帶來了革命性的進步。在分析脈沖激光技術在高分子材料加工中的應用時，首先對脈沖激光及其折射率改性情況進行了概述，在此基礎上從激光燒燭產生表面多孔結構、周期結構以及塊體材料加工對材脈沖激光技術的應用幾個方面進行了詳細的研究與探討。

脈沖激光技術；高分子材料；材料加工

近年來，脈沖激光技術已經得到了相對比較廣泛的應用，并且該種精密的加工技術越來越受到社會與人們的關注，主要原因在于脈沖激光技術能夠在加工高分子材料的過程中得到比較高的加工精度，并且能夠進行材料表面的加工，使得材料的表面形成多孔結構與周期結構等。更加能夠實現對塊體材料、透明材料的內部加工與改性等。可以說，脈沖激光技術比較適用于其他加工技術無法實現的復雜形狀元器件的加工以及高精度元器件的加工。脈沖激光技術在高分子材料加工的過程中所產生的瞬間功率比較大，幾乎能夠與任何材料產生相互的作用，本文對脈沖激光技術在高分子材料加工中的應用進行研究，希望能夠促使高分子材料加工更加良好的依據脈沖激光技術獲得發展。

1 脈沖激光及其折射率改性

所謂脈沖主要便是指隔一段相同的是假案發出的電波、光波等機械形式。脈沖激光則主要是指脈沖工作方式的激光器發出的光脈沖，脈沖激光具有其獨特的工作必要性，其能夠進行信號的發送并且減少熱量的產生。一般情況下，脈沖激光比較短，其時間幾乎已經達到了“皮秒”的級別。脈沖激光器在工作中需要由激光泵浦源持續性的提供能量，由此方能夠長期間產生并且輸出脈沖激光。高分子材料加工領域目前對脈沖激光技術有所應用。就高分子材料而言，其材料的折射率與其密度之間呈現正比關系，并且包括末端基、添加劑與雜志等化學組成、分子趨向、鏈間結合力等均與熱歷史存在關系。在高分子材料加工應用脈沖激光技術時，與其他改性技術相比較而言，脈沖激光技術能夠誘導高分子材料改性技術對其財力下性能產生最小的影響，并且脈沖激光技術能夠在高分子材料的表面將原有的化學鍵打破，并且能夠形成全新的化學鍵，以此改變高分子材料的特性[1]。

2 高分子材料加工對脈沖激光技術的應用

2.1 激光燒燭產生表面多孔結構

激光燒燭產生表面多孔結構能夠有效的促進高分子材料與生物組織交界面上的細胞黏附與增殖，使得生物醫學領域的眾多學者均對其予以了較高的關注。圖1便為脈沖激光在高分子材料表面形成的納米泡沫表面多孔結構。

圖1 脈沖激光在高分子材料表面形成的納米泡沫表面多孔結構

高分子材料表面的孔洞會在材料表面熱化的情況下形成，并且應力在整個孔洞形成的過程中發揮著極為重要的作用。受應力波的影響，高分子材料的黏度會下降，而高分子材料本身又存在著因應力波作用而產生的孔洞長大的核，即自由體積孔洞，該自由體積孔洞的總體積會在溫度上升的情況隨著應力的下降而增加。就該方面高分子材料對脈沖激光技術的應用情況已經有部分學者展開了研究，并且認為在248nm的脈沖激光輻照下高分子材料膠原薄膜的鏈結構穩定性會發生一定改變，其能夠將原有的氫鍵網絡打破，并且經過紅外吸收光譜、拉曼光譜、熒光分析等發現高分子材料膠原主鏈的部分會出現光熱分解現象，在激光燒燭時會將光機械作為主要作用力，而后發生光化學轉變。該種狀態下生物的相容性會發生改善，即細胞黏著與細胞生長會發生改變。

2.2 激光燒燭產生表面周期結構

高分子材料一般不會吸收長波長激光，其只有在激光強度十分高的情況下方能夠有效的實現多光子的吸收。此時脈沖激光輻照在高分子材料表面時便會形成一定的表面周期結構，且存在波長效應，其中，長脈沖激光器只能夠形成紫外波段激光器，而超短脈沖激光器則能夠在紫外波段和紅外波段均形成激光器。激光燒燭所產生的高分子材料表面周期結構一般可以向其納入到波長量級，并且在對偏振態、激光波長與入射角度等參數進行改變的情況下，高分子材料表面結構亦能夠發生相應的改變（如圖2所示）。經過對激光燒燭產生表面周期結構進行研究可以發現，其形成的機理主要包括兩點∶①入射脈沖激光束與高分子材料的表面散射光之間能夠相互調制；②脈沖激光的強度調制能夠轉化成為高分子材料表面的改性結構[2]。在激光燒燭產生表面周期結構的該兩點形成機理相互聯情況下，脈沖激光輻照將能夠促使高分子材料產生表層的熱化，繼而在溫度梯度的影響下導致高分子鏈不斷擴散，最終形成表面周期結構。

圖2 納秒激光（前）和飛秒激光（后）在高分子材料上形成的表面周期結構

2.3 塊體材料加工對脈沖激光技術的應用

高分子材料會對不同波長的光進行吸收，紫外脈沖激光加工需要對高分子材料的該點特性會產生依賴性。一般情況下，大部分的透明高分子材料均屬于弱吸收體，其能夠吸收的波段一般保持在193mm以下的真空紫外區。若入射的脈沖激光光子能量明顯要大于高分子材料的化學鍵能時可以將原有的化學鍵直接打破，此時高分子材料將會被離解成為單體產生脈沖激光燒燭，但是并不會產生液相，屬于典型的光化學過程，其所產生的熱影響亦最小。對于塊體材料加工對脈沖激光技術的應用方面，部分學者發現利用飛秒激光技術進行PCL片材的加工將能夠在加工的過程中于加工邊緣發現存在著熱退火形成的晶球以及快速冷卻形成的非晶組成熱影響區域[3]。與此同時，紫外波段光子能量若超過了高分子材料中大部分分子鍵能，則亦會產生光化學作用。

3 結束語

綜上所述，脈沖激光技術加工高分子材料具有十分復雜的機理，且不同的脈沖激光加工技術會對加工工藝、加工材料等提出不同的要求，因而高分子材料的脈沖激光燒燭在各界均有著比較大的爭議性。比較典型的高分子材料在脈沖激光技術加工下的光熱與光化學特點有∶短波長激光的光子能量比較大，能夠直接打破高分子材料的化學鍵，并且能夠對高分子材料進行光化學降解。若將脈沖激光中脈沖的寬度縮短將能夠有效地提高多光子吸收截面，此時的加工效率也將能夠有效提高。鑒于此，脈沖激光能夠成為我國現階段以及未來工業高分子材料加工的首選技術，并且在不斷地研究與探索下，脈沖激光技術將能夠進一步的完善與應用，推動我國社會與經濟水平全面提升，并且提高我國在國際方面的影響力。

[1] 田晗.激光技術在金屬材料加工工藝中的應用[J].技術與市場，2016，（11）∶103.

[2] 直妍.激光技術在材料加工中的應用與發展趨勢[J].熱加工工藝，2014，（1）∶22-23.

[3] 田延龍.激光技術在金屬材料加工工藝中的應用探析[J].科技創新與應用，2013，（10）∶25.

節后國內硫磺市場開工率維持在80%左右

春節后國內硫磺產量依舊相對較高，國內主要硫磺生產企業普光氣田硫磺產量維持正常水平，據金聯創跟蹤數據顯示，本周普光氣田硫磺日均產量5 600～5 800t，在春節期間外運受阻下，達州廠區硫磺庫存逐漸增至10萬t左右，近期隨著達州至萬州火運逐漸恢復，萬州港硫磺庫存小幅回升至1萬t左右。

華南一帶重要硫磺生產企業欽州煉油廠目前依舊開車16萬t硫回收裝置，剩余10萬t裝置尚無開車計劃，目前硫磺日產量200～300t，基本處于無庫存狀態，隨著終端需求好轉，出貨價格適當上調；華南區域重要硫磺生產企業海南煉化硫磺裝置停車檢修計劃有所推遲，不過當地主要硫磺生產企業茂名石化進入3月份有檢修計劃，對當地硫磺市場穩中上揚支撐明顯。華中區域湖南長嶺煉化硫磺裝置計劃于今年4月份進入年度檢修期，具體檢修時間尚未確定。西北區域重要硫磺生產企業蘭州石化硫磺裝置生產正常，目前日產硫磺量40～50t，周邊主要的神華寧夏煤業集團煤炭化學工業公司正在試車20萬t硫磺裝置，計劃今年3月份正式投產，國產硫磺量有望繼續提升。據金聯創數據顯示目前國內煉廠周度開工率維持在80%左右。

（摘自∶中國化工信息網）

Application of Pulsed Laser Technology in Polymeric Material Processing

Tian Xin

With the continuous improvement of the level of science and technology and the efforts of many researchers，the laser technology has been developed rapidly，and the ultrashort pulse，ultra-high intensity and ultrash wavelength have become the representative features of laser technology.The emergence of more polymer materials processing has brought revolutionary progress. In this paper，when the application of pulsed laser technology in the processing of polymer materials is analyzed，the modification of pulsed laser and its refractive index is summarized.On this basis，the porous structure，the periodic structure and the bulk material Processing of the pulse laser technology on the application of several aspects of a detailed study and discussion.

pulsed laser technology；polymer material；material processing

TG665

B

1003-6490（2017）02-0046-02

2017-01-26

田新（1982—），男，新疆烏魯木齊人，助教，主要研究方向為橡膠和塑料的成型加工、改性。