[發(fā)明專利]一種基于Nd:YAG 固體激光器的塑料塑化方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110239755.3
• 申請日: 2011-08-19
• 公開（公告）號: CN102320088A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周建忠;譚文勝;黃舒;楊晶;戴亞春
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: B29C35/08
• 分類號: B29C35/08
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光微成型領(lǐng)域，特指一種基于Nd:YAG?固體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成型加工，如微小型齒輪、接插件和芯片的微鑄型、微注塑等。

背景技術(shù)

塑料的塑化是聚合物由玻璃態(tài)—高彈態(tài)—粘流態(tài)物理形態(tài)轉(zhuǎn)變的過程，其加工方式很多，包括加熱和螺桿剪切塑化、超聲波塑化、微波塑化及機械振動塑化等。在微注塑成型領(lǐng)域，加熱和螺桿剪切塑化是最常用的，如德國的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(shè)計的一種全電子驅(qū)動的注塑機，其最小塑化量為25mg到100mg，代表了商業(yè)化的微型注塑成型技術(shù)的最高水平,但是，由于微注塑機的螺桿加工難度大和強度要求高，螺桿直徑一般不能低于14mm，使得微注塑設(shè)備對一次注射量的控制精度和成型質(zhì)量的穩(wěn)定性較差，其最小塑化量受到限制，目前，歐美國家一些研究機構(gòu)通過實驗研究，對于微量塑化達到了5mg,但是還沒有方法實現(xiàn)5mg以下的塑料塑化。超聲波塑化是在聚合物塑化的過程中不斷地提供聲能，由聲能轉(zhuǎn)化為機械能和熱能，從而使聚合物的熔融塑化量增加，但是超聲波塑化本質(zhì)上是由超聲能量通過機械振動實現(xiàn)能量傳遞，其缺點是塑化尺度上還是宏觀的，沒有實現(xiàn)真正意義上的微尺度塑化，并且塑化速度較慢。瞿金平等實現(xiàn)了將機械振動引入到普通聚合物注塑塑化成型加工的全過程，設(shè)計的電磁式動態(tài)注塑成型裝置，均是利用回轉(zhuǎn)式電磁機構(gòu)，使得注塑螺桿在塑化及注塑時獲得機械振動力場，但是其電磁機構(gòu)的振動部件體積較大、慣性大，因而只適合應(yīng)用在普通宏觀尺度的聚合物注塑塑化，不適于微觀尺度的塑化。微波塑化可以對塑化材料整體快速加熱，但微波場的作用范圍和方向不能精確控制，也不適用于微觀尺度的塑化。目前，利用激光能量場和聚合物相互作用的熱效應(yīng)原理，激光的熱效應(yīng)在激光塑料焊接、燒結(jié)成型、切割、微成型等領(lǐng)域，已經(jīng)有了廣泛研究與應(yīng)用。例如，激光焊接塑料的應(yīng)用研究開始于1970年，起初應(yīng)用CO₂激光，由于大部分塑料材料在這個波長范圍內(nèi)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(dǎo)作用，透過激光塑料側(cè)面也被加熱而軟化、熔融，當(dāng)熔融的尺寸達到規(guī)定要求時，在一定壓力的繼續(xù)作用下，實現(xiàn)熱塑性塑料的焊接,?但是，一般焊接熔融區(qū)域厚度在幾十微米左右，不能實現(xiàn)穩(wěn)定的微量塑化效果。利用激光的熱效應(yīng)進行塑料微塑化的研究與應(yīng)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(shù)和工藝過程，通過激光能量場和聚合物相互作用的熱效應(yīng)，可以實現(xiàn)塑料的塑化及成型加工，并且，特別適合于微量塑化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種適用于塑料微成型的激光塑化方法，特別是適用于5mg以下的微量塑化的塑料成型加工。

本發(fā)明按照下述技術(shù)方案實現(xiàn)：利用激光能量場和聚合物相互作用的熱效應(yīng),?塑料在能量密度較高的激光輻照下，吸收光能，快速升溫達到熔化溫度，并且通過精確控制激光參數(shù)，使得塑料受熱在熱分解溫度以下，確保塑料由固態(tài)到液態(tài)的塑化轉(zhuǎn)變過程，最后完成微成型加工。

本發(fā)明的方法為：

A．制備塑料顆粒，經(jīng)過烘箱干燥處理，裝入塑化筒，加蓋約束層，約束層是K9玻璃。

B．打開Nd:YAG固體激光器，激光參數(shù)調(diào)整，調(diào)整激光束光斑大小。

C．激光能量以定位點射輻照塑化筒內(nèi)塑料，點射以脈沖方式，?輻照時間為塑化時間，完成塑料的塑化過程。

D．塑料塑化后由約束層推動，經(jīng)塑化筒的流道孔注入模具型腔，完成充填成型工件。