[發明專利]一種易于激光雕刻的稀土/橡膠復合材料

在審

• 申請號: 201410572866.X
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104341622A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 張法忠;褚庭亮;歐陽蕓;張競
• 申請（專利權）人: 中國印刷科學技術研究院
• 主分類號: C08L7/00
• 分類號: C08L7/00;C08K13/02;C08K3/22;C08K3/26;C08K3/28;C08K3/30;C08L23/16;C08L33/04;C08L9/02;C08K3/16;C08L15/00;C08L9/06;C08L23/22;C08
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨;韓小雷

技術領域

本發明涉及一種易于激光雕刻的稀土/橡膠復合材料，是制備能夠易于激光雕刻的稀土/橡膠復合材料，用于印刷版材，以及涉及橡膠產品的加工制造行業，例如航空、電子、汽車、醫療等，這類在使用過程中必然涉及激光雕刻工藝的行業。?

背景技術

激光具有方向性好，能量密度高，單色性好等優點，非常適合材料加工，因此一直受到科研領域和工業界的重視。?

激光雕刻是指用激光束作用在材料上引起樣品形狀或性能的改變。是利用激光束聚焦形成的高功率密度光斑，在數微秒的時間內，光斑區的溫度升高到材料熔點甚至沸點，使被照射處的材料迅即熔化和汽化、燒蝕或達到燃點。當激光束沿著設定路徑移動時，光子與材料不斷相互作用，同時借與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，并起冷卻作用，從而獲得所需要的形狀。?

由于橡膠材料不僅僅本身易燃，而且其填充的很多填料也是極其易燃的，因此在激光雕刻的過程中難免會引起橡膠材料燃燒、雕刻面炭化、雕刻面灰化等問題。常規的做法有兩種：一種是降低激光的入射功率，這種做法能夠保證激光雕刻面光潔，減少雕刻面碳化的程度，但是雕刻深度減小，雕刻相同深度所需的時間增加，降低加工效率，提高成本；另一種做法是填充大量的阻燃填料，這種做法能夠提高橡膠的耐熱能力，降低雕刻面碳化的程度，不過填充量過多會引起橡膠材料性能下降，提高了橡膠復合材料的成本，而且為了達到良好的雕刻效果，需要提高入射激光的功率，增加了設備的成本。上訴兩種做法都會降低激光的吸收率，同時在很大程度上增加產品成本。?

發明內容

為了以上問題，達到既能保證激光雕刻質量又能提高雕刻速度、降低各項?成本的要求，就必須要在不影響其他性能的前提下，提高激光的吸收率，為此本發明提出了一種無機納米稀土的純凈物或者多種無機納米稀土的混合物作為激光吸收填料，并具有一定的增強作用，與橡膠材料共混，制備易于激光雕刻的稀土/橡膠復合材料?

本發明所涉及的激光吸收及增強機理是：稀土元素總共17種元素，其原子結構可以用4fx5d16s2表示，x從0→14。稀土元素從金屬變成離子后，4f軌道的外側仍包圍著5s25p6的電子云，失去6s2電子及5d1或4f失去一個電子，形成4fx5s25p6的電子結構。稀土元素具有外層電子結構相同，且具有未充滿的受到外層屏蔽的4f5d電子組態，因此有豐富的電子能級和長壽命激發態，能級躍遷通道多達20余萬個，可以產生多種多樣的輻射吸收和發射光譜，其光譜大約有30000條可觀察到的譜線，導致了稀土元素的電子能級和譜線比其它元素豐富多樣，它們在從紫外光、可見光到紅外光區都有吸收或發射現象，這使得稀土材料成為一種良好的寬光譜吸收材料，使得稀土材料能夠對各種光源產生的激光都具有良好的吸收特性，因此在相同的激光功率下可以雕刻出更深的雕痕。另外無機納米稀土材料由于在尺寸上是納米級別的，這就奠定了納米填料補強的基本要求，粒徑越小，與橡膠的自由體積相配越好，自身的雜質效應越小，另外，填料粒徑越小，比面積越大，表面效應越強，因此能夠有效改善復合材料的力學性能。同時由于無機納米稀土的吸附補強作用，橡膠分子鏈傾向于強烈地吸附在稀土顆粒的表面上，增加了稀土粒子與橡膠的親合性，而且吸附于稀土顆粒表面的橡膠分子鏈有一定活動能力，在應力作用下，能夠在稀土粒子表面產生滑動，使材料中的應力重新分布，避免了應力集中，從而提高了橡膠的強度。?

本發明提出以無機納米稀土材料與高分子材料復合(橡膠)，制備具有優異的激光吸收率的橡膠復合材料。所使用的稀土無機化合物為稀土氧化物，稀土氯化物，稀土硫化物，稀土碳酸鹽，稀土硝酸鹽，稀土硫酸鹽或稀土氫氧化物，而且所有這些稀土無機物均為納米無機物，這樣做具有優良的吸光吸收率和一定的補強作用，并實現了降低成本的目的，即使用相同的激光光源可以雕刻出更深的雕痕，而且雕刻面較光潔。?

為達到以上目的，本發明一種易于激光雕刻的稀土/橡膠復合材料，其包含以下組分：?

其中所用的稀土元素為除钷(Pm)以外的鈧(Sc)、釔(Y)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)，共16種元素；稀土元素在耐磨劑中以無機化合物的形式存在，所說的稀土無機化合物為稀土氧化物，稀土氯化物，稀土硫化物，稀土碳酸鹽，稀土硝酸鹽，稀土硫酸鹽，稀土氫化物或稀土氫氧化物。所有這些稀土無機物均為納米無機物。?