[發明專利]一種提高激光輔助超臨界流體高分子材料加工速率的方法

有效

• 申請號: 201610493510.6
• 申請日: 2016-06-24
• 公開（公告）號: CN106112283B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 賈威;于儉;劉博文;柴路;胡明列;王清月
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23K26/60
• 分類號: B23K26/60;B23K26/362;B23K26/402
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 李林娟

技術領域

本發明涉及高分子材料精密加工技術領域，尤其涉及一種提高激光輔助超臨界流體高分子材料加工速率的方法。

背景技術

高分子材料具有良好的透明性和生物相容性，在光機電系統和生物醫療微器件領域有巨大的應用潛力。激光加工是一種無接觸加工，而且對加工區周圍影響較小，因此，在工業加工領域有廣泛應用。但是，激光加工能力有賴于高分子材料對激光的吸收特性。大多數的透明高分子材料都是弱吸收體，吸收波段在193nm以下的真空紫外區。如果入射激光被高分子材料強吸收，化學鍵能被直接打破，高分子材料離解成單體，產生燒蝕。這個過程不產生液相，是光化學過程，具有最小的熱影響。隨激光波長的增加，高分子材料吸收迅速下降，需要熱激活光化學過程，所以，存在熔化推動的去除過程，在燒蝕坑底和邊緣遺留下痕跡，甚至是較大的熔融再凝固組織。真空紫外波段的激光加工效果好，但是這一波段的激光器成本高，而且，大多采用有毒氣體作為激光工作物質，對工作人員和環境有影響。而波長較長的可見光/紅外波段的激光器商業化程度較高，但是，加工質量存在明顯的熱影響區。如何消除/降低激光加工過程的熱影響是可見/紅外波段激光高分子材料加工技術工業應用必須克服的瓶頸。

高分子材料可以在超臨界水中降解氣體、小分子片段或單體，因此，可以利用這一現象進行高分子材料選區加工，即激光在水和高分子材料界面處被吸收，受水的局域作用產生高溫高壓的超臨界態。只要激光功率達到一定數值，就可以通過激光焦點的掃描，在激光焦點經過的路徑上通過超臨界流體溶解機制去除高分子材料，實現選區加工。但是，超臨界水降解的速率較低，必須提高降解速率。

高分子材料可以在燒堿水溶液的催化作用下提高超臨界水降解速率。但是，如果燒堿水溶液濃度較高，化學水解過程難以控制，不能實現精密加工；而燒堿水溶液濃度較低時，由于大多數高分子材料表面是疏水性的，低濃度化學試劑催化劑(例如，NaOH水溶液)不容易打破材料表面化學鍵，因此，需要利用一種環境友好型的(可以與NaOH水溶液混溶)化學溶劑來浸濕高分子材料表面。

參考文獻：

[1]張現剛,潘志彥,金贊芳,方宇媛,林春綿.超亞臨界水中聚碳酸酯催化解聚研究.浙江工業大學學報,2010,38(6):597-601.

[2]專利名稱：飛秒激光輔助超臨界流體進行高分子材料微加工方法，發明人：賈威、于儉、胡明烈、柴路、王清月，專利號：ZL2012100905264；公開日：2012年7月25日。

[3]Jian Yang,Yuqing Wan,Chifeng Tu,Qing Cai,Jianzhong Beiand Shenguo Wang,Enhancing the cell affinity of macroporous poly(l-lactide)cell scaffold by a convenient surface modification method,Polymer International 52(12):1892-1899.

發明內容

本發明提供了一種提高激光輔助超臨界流體高分子材料加工速率的方法，本發明提出利用乙醇來浸濕高分子材料表面，輔助氫氧根進行化學水解，以此提高激光輔助超臨界流體高分子材料精密加工效率，詳見下文描述：

一種提高激光輔助超臨界流體高分子材料加工速率的方法，所述方法包括以下步驟：

(1)以適當配比的低濃度燒堿水溶液和一種可以與燒堿水溶液混溶的化學溶劑的混合溶液為超臨界流體溶劑，其中利用低濃度燒堿水溶液為超臨界流體水解的催化劑，而化學試劑用來浸濕高分子材料表面；

(2)選擇一種可見/紅外脈沖激光作為激光源，使得脈沖激光通過物鏡聚焦在所述高分子材料和混合溶液的界面上，當超短脈沖激光的能流密度大于等于閾值能流密度時，焦點處的高分子材料發生超臨界態化學水解，隨著脈沖激光焦點的移動，在高分子材料上進行微加工，在混合溶液的作用下提高激光輔助超臨界流體高分子材料加工效率。

本發明提供的技術方案的有益效果是：與激光直接加工方法相比，可提高激光輔助超臨界流體高分子材料精密加工效率。

附圖說明

圖1為一種提高激光輔助超臨界流體高分子材料精密加工效率的方法的流程圖；

圖2為本發明采用的裝置示意圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1：激光光束；2：物鏡；

3：石英玻璃窗口；4：高分子材料樣品；

5：NaOH水溶液和乙醇混合溶液；6：密封門；

7：容器。