[發明專利]一種基于CO2激光器的塑料塑化方法和裝置

無效

• 申請號: 201110239189.6
• 申請日: 2011-08-19
• 公開（公告）號: CN102275254A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 周建忠;譚文勝;黃舒;楊晶;戴亞春
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B29C35/08
• 分類號: B29C35/08
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及激光微成型領域，特指一種基于CO₂激光器的塑料塑化方法和裝置，適用于微小型塑料制件的塑化微成型加工。

背景技術

塑料的塑化是聚合物由玻璃態—高彈態—粘流態形態轉變的過程，其塑化方式很多，包括加熱和螺桿剪切塑化、超聲波塑化、微波塑化及振動塑化等，塑化后的塑料熔體用于進行注塑、擠塑和壓鑄成型等。例如，在微注塑成型領域，加熱和螺桿剪切塑化是最常用的，由于螺桿加工難度大和強度要求高，螺桿直徑一般不能低于14mm，使得設備對一次注射量的控制精度和成型質量的穩定性較差，德國的Battenfeld公司推出的Mcirosystem系列微型注塑機Mciorsystem50,?是專門為成形精密微型塑件設計的一種全電子驅動的注塑機，其最小塑化量為25mg到100mg，代表了商業化的微型注塑成型技術的最高水平。

目前，利用激光能量場和聚合物相互作用的熱效應原理，激光的熱效應在激光塑料焊接、燒結成型、切割、微成型等領域，已經有了廣泛研究與應用。例如，激光焊接塑料的應用研究開始于1970年，起初應用CO₂激光，由于大部分塑料材料在這個波長范圍內都顯示出很強的吸收性，使高速激光焊接加工成為可能，但是由于CO₂激光波長較長，不能透過塑料材料，從而使工程塑料的搭接焊受到了限制；近幾年，采用近紅外Nd：YAG激光（λ＝1．06μm）光源，利用透過激光塑料和吸收激光塑料的特性，激光束穿過透過激光塑料而到達吸收激光塑料的表面，吸收激光塑料的表面被加熱而軟化、熔融，與此同時，由于熱傳導作用，透過激光塑料側面也被加熱而軟化、熔融，當熔融的尺寸達到規定要求時，在一定壓力的繼續作用下，實現熱塑性塑料的焊接,?但是，一般焊接熔融區域厚度在幾十微米左右，不能實現穩定的微量塑化效果。利用激光的熱效應進行塑料微塑化的研究與應用，目前，尚未見文獻資料報道。然而，利用塑料對波長10.6μm的?CO₂激光能量吸收好的特性，只要精確控制激光參數和工藝過程，通過激光能量場和聚合物相互作用的熱效應，可以實現塑料的塑化及成型加工，并且，特別適合于微量塑化。

發明內容

本發明提出了一種適用于塑料微小件成型的激光塑化方法，特別是適用于需要微量塑化的塑料成型加工。本發明是利用激光能量場和聚合物相互作用的熱效應,?塑料在能量密度較高的CO₂激光器的激光輻照下，直接吸收光能，快速升溫達到熔化溫度，并且控制塑料在熱分解溫度以下，實現塑料由固態到液態的整體塑化轉變過程，最后塑料熔體用于充填模具型腔，完成成型加工。

本發明按照下述技術方案實現：本發明提出的一種基于CO₂激光器的塑料塑化方法和裝置。

本發明的方法：

A．首先制備塑料試樣，并經過烘箱干燥和預熱處理。

B．控制系統設置溫控數值，加熱溫控器開始工作，加熱塑化裝置并保溫。

C．打開CO₂激光器，激光參數調整。

D．塑料試樣裝入塑化筒內，加蓋約束層，約束層是K9玻璃。

E．調整好激光束在加工起始位置，同時光能輸出，工作臺開始作預設的軌跡線運動,?直至塑料全部熔化。

F.塑料熔化后由約束層推動，經塑化筒的流道孔注入模具型腔，充填成型工件。

塑料試樣的準備,用塑料固體顆粒，塑料固體顆粒直徑2—3mm厚度1—2mm,或板料沖切獲得，?板料試樣直徑5—10mm與塑化腔尺寸一致，厚度0.5—2mm。塑料試樣質量5—1000mg,塑料試樣經過干燥及預熱處理備用。

控制系統控制塑化裝置的溫度。塑化前塑化裝置的溫度控制在塑料融化溫度范圍內，確保融化的塑料處于熔體狀態。

本發明的裝置包括激光系統、塑化成型裝置和激光掃描工作系統；激光系統由CO₂激光器和激光束調節器組成；塑化成型裝置由約束層、塑化筒、加熱溫控器和成型模具組成；激光掃描工作系統由工作臺、控制系統組成。