Kunststoffmaterialien, die mit der CO₂ -Laserschweißtechnologie kompatibel sind

Das Folgende ist eine umfassende Analyse von Kunststoffmaterialien, die mit der CO₂ -Laserschweißtechnologie und ihren wichtigsten Merkmalen kompatibel sind und mehrere Forschungsarbeiten und industrielle Anwendungsfälle kombinieren:

I. Klassifizierung und Eigenschaften anwendbarer Materialien **

1. Thermoplastische Polymermatrix

- Polypropylen (PP)

Das Penetrationsschweißen kann durch CO₂-Laser erreicht werden, und die Schmelztiefe kann in überlappenden PP-Blättern durch Wellenlängenfeinabfindungsabstimmung (z. B. mit einem einstellbaren Co₂-Laser) ohne thermische Beschädigung oder Schmelzen auf der Oberfläche auf etwa 1 mm kontrolliert werden. Seine semikristalline Struktur zeigt eine gute Kontrolle in der Absorption und des Schmelzverhaltens der Laserenergie.

- Polycarbonat (PC)

Es hat eine hohe Transparenz, die Aufprallwiderstand und die thermische Stabilität. Als Matrixmaterial können seine Verbundmaterialien (wie Glasfaserverstärkungs-PC) durch Laserschweißen eine hohe Bindung erreichen, insbesondere für Anwendungen, die optische Transparenz erfordern.

- Polyamid (PA6\/PA12)
Kohlefaserverstärkte Polyamid -Verbundwerkstoffe (wie Pa 6- cf) zeigen eine hohe Energieabsorptionsrate im CO₂ -Laserschweißen und sind für die schnelle Verarbeitung geeignet. Sein hoher Schmelzpunkt und die geringe Hygroskopizität helfen dazu, Porositätsfehler beim Schweißen zu verringern.

2. Technische Kunststoffe und Verbundwerkstoffe
- Polyphenylensulfid (PPS)
Halbkristalline thermoplastische, hohe temperaturresistente (TG etwa 90 Grad) und niedrige Hygroskopizität. Resistenzschweißstudien haben gezeigt, dass ihre mit Kohlefaser zusammengesetzten Gelenke immer noch 61% der ursprünglichen Festigkeit bei hohen Temperaturen (150 Grad) beibehalten und die Anpassungsfähigkeit an den Laserwärmeeingang indirekt überprüfen.
- ** polyetheretheketon (peek) **
Hoher Schmelzpunkt (343 Grad) und eine hervorragende thermische Stabilität machen es für Hochleistungslaserschweißen geeignet. Der Wärmeeingang muss jedoch genau kontrolliert werden, um den thermischen Abbau zu vermeiden. Studien haben gezeigt, dass seine Verbundmaterialien die Mikrostruktur durch cyclische Wärmeeingabe in der Laserzusatzherstellung optimieren können.

 

Zweitens wichtige technische Parameter für die Materialauswahl
1. optische Absorptionsmerkmale
- Die Energie des CO₂-Lasers (Wellenlänge 10,6 μm) wird hauptsächlich von Polymeren, die polare Gruppen (wie PA, PPS) enthalten, absorbiert, während Materialien mit niedrigem Polarität (z. B. PP) die Absorptionseffizienz durch Additive (Carbonschwarz, Graphen) oder Grenzflächendesign (z. B. transparente Keimewaschbecken) verbessern müssen.
-Zweidimensionale mesoporöse Polymer-\/Graphenheterostrukturen (wie MPDG) optimieren den Laserenergieübertragung durch hohe spezifische Oberfläche und Leitfähigkeit und eignen sich zum hochpräzisen Schweißen von Mikrogeräten.

2. Wärmeverhalten und Kristallinität
-Das Verhalten von Schmelzrekonstallisation von semi-kristallinen Materialien (wie PP, PPS) muss mit den Laserparametern übereinstimmen, um einen übermäßigen Wärmeeingang zu vermeiden, der zu Verspritzung der Grenzflächen führt. Beispielsweise kann die Wellenlängenauswahl im PP-Schweißen die Schmelztiefe einstellen und die wärmegerandete Zone verringern.
- Amorphe Materialien (z. B. PC) haben keinen klaren Schmelzpunkt, daher muss das Schweißfenster durch die Glasübergangstemperatur (TG) gesteuert werden, um den Abbau von Materialien zu verhindern.

3. Einfluss von Verstärkungsfasern
- Das Laserschweißen von Kohlefaserverstärkten (CFRP) erfordert ein Gleichgewicht zwischen Faserorientierung und Matrixschmelzverhalten. Beispielsweise weisen Kohlenstofffaser\/PA6 -Verbundwerkstoffe eine hohe Festigkeit und eine Zwischenschichtbindung bei der Herstellung von Schraubenextrusionszusatz auf, und ihr Laserschweißen muss die Interferenz der Faserverteilung bei der Energieabsorption berücksichtigen.

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III. Prozessoptimierungsstrategie
1. Laserparametersteuerung
- Wellenlängenabstimmung (z. B. abstimmbarer Co₂-Laser) kann die Energieabsorption für verschiedene Materialien optimieren, z.
- Leistungsdichte und Scangeschwindigkeit müssen mit der thermischen Diffusivität des Materials übereinstimmen, um eine Überhitzung (wie Peek) oder eine unzureichende Fusion (wie PA6) zu verhindern.

2. ** Schnittstellendesign und Hilfstechnologie
- Die Verwendung transparenter Kühlkörper (z. B. Quarzglas) kann die Kühlung der Schweißzone beschleunigen und thermische Schäden reduzieren, die zum Schweißen dünner Materialien geeignet sind.
- Vorheizen oder Nachbehandlung (z. B. Infrarotheizung) kann die Zwischenschichtbindungsstärke verbessern, insbesondere für Verbundwerkstoffe mit hohem Fasergehalt.

 

Iv. Anwendungsfälle und Herausforderungen
1. erfolgreiche Fälle
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- Flexible Elektronik: Polyester-Spandex-Stoffe erzielen eine hohe Leitfähigkeit (4Ω\/cm) durch Laser-Direct-Metallisation, geeignet für intelligente Textilsensoren.

2. Technische Engpässe
-Hochreflektierende Materialien (wie Aluminiumpulver gefüllte Polymere) erfordern die Entwicklung der Anti-reflektierenden Beschichtungstechnologie.
- Der Unterschied in den thermischen Expansionskoeffizienten von unterschiedlichen Polymeren im Multi-Material-Schweißen kann leicht zu einer Grenzflächenspannungskonzentration führen.

 

Zusammenfassung
Die Auswahl von Materialien für die CO₂ -Laserschweißtechnologie muss die Auswirkungen der optischen Absorption, des thermischen Verhaltens und der Verstärkungsphase umfassend berücksichtigen. Zukünftige Forschungen können sich auf: ① Entwicklung neuer Absorptionen zur Erweiterung des Umfangs der materiellen Anwendung; ② Optimierung von Schweißparametern in Kombination mit maschinellem Lernen; ③ Untersuchung des Potenzials für die In-situ-Regulation der Materialmikrostruktur durch zyklische Wärmeeingabe.