Page 77 - 《橡塑技术与装备》2024年4期

新技术与新产品
图 5 激光打标塑件示意图（网图）
激 光通 过 在 树脂 上 照射 使 工 件本 身 发色， 不 同
树脂材料，激光使其发色的原理也不一样。激光对树
脂的影响，对材质的吸收率因波长而异，根据红外
（1064），绿光（532），紫外（355）对不同树脂材质
透过率的实验数据 [23] ，可知紫外、绿光激光对 PVC、
ABS、聚苯乙烯的透过率均低、吸收率均高，可进行
良好的刻印。YAG 激光打标，CO 2 激光打标，光纤打
标机等都可进行选择性的使用 [24] 。激光打标用于汽车
塑件装饰纹理加工，图 6 所示，包括透明件打装饰哑
光花纹加工，属于类似于平面加工，立体感还是做不
到，这样可简化模具加工，激光加工简单，成本低且
环保。也可在塑料模具进行纹理加工。
图 6 激光打标塑件纹理示意图
2.5 表面处理（改性）
激光对高聚物表面改性引起了更多人的关注，激
光是目前唯一一种能同时将表面物理形貌控制及表面
化学结构改变相结合的技术手段，其工艺简单，无污
染，直接对纳米及微米级的区域进行操控的优势，使
其成为生物材料等表面改性中有着发展潜力的改性方
法。193 nm 激光光子能量与高分子材料的化学键键能
非常接近，通过光子能量的吸收可导致高分子主链或
侧链的断裂，形成自由基，从而引发大分子的接枝反
应 [25~26] 。应用激光束中光子的能量，使高聚物特定位
置上键发生断裂，产生出特有的自由基，因而易引入
其他的功能性基团，这是激光辐照高聚物改性的原理
[27] 。
PET 材 料（Polyethylene terephthalate）即聚对
苯二甲酸乙二醇酯，也称涤纶树脂，是热塑性聚酯中
2024 第 50 卷
年
陶永亮·激光技术在塑料加工中的应用与案例
主要的品种 [28] 。分子结构中所含羰基是典型的发色团。
PET 作为改性基质，置于氨气气氛中，利用激光激发
材料表面及氨气形成自由基，通过肽键缩合同各种生
物分子键合的基团来改善 PET 表面反应特性，促进氨
基在材料表面接枝。改性后测试结果表明，材料表面
粗糙度没有显著变化，但水接触角的减小表明表面化
学结构发生了某种变化。傅里叶变换红外光谱（FTIR
-1
/ATR）图谱在 3 352 和 1 613 cm 处出现了新的氨基
吸收峰，证实了表面接枝了氨基。X 射线光电子能谱
（XPS）也证明了材料表面 C—N 键的存在，其 C 1s 结
合能为 285.5 eV，N 1s 为 398.9 eV。飞行时间二次离
子质谱（Tof-SMS）检测到含氨基的分子碎片，其碎
片成像图显示接枝仅发生在激光辐照部位。氨基接枝
通过激光光子引发氨气 N—H 及 PET 材 C—H 键分解
形成自由基，通过自由基反应实现的。氨气压力对氨
基在乙基上的接枝量有较明显的影响，氨基接枝仅发
生在激光辐照的区域，实现了对材料表面局部化学结
构的可选择性控制。实验结果表明，激光能在生物材
料表面进行局部区域的选择性接枝 [29] 。
2.6 表面刻蚀
聚碳酸酯（PC）优良热稳定性，光学透明性等得
到广泛应用，但材料表面能较低，表面呈现化学惰性，
表面的吸附性和粘接性较低限制了在某些方面的应用，
需通过表面处理技术改善其相关的表面性能。采用激
光刻蚀技术具有无需掩模、柔性化程度高、加工速度
快等优点，可选择性改变材料区域表面的润湿性 [30~31] 。
利用波长 1 046 nm 的 Nd:YAG 脉冲激光刻蚀改性 PC
使其表面发生光热作用，使其表面接触角从 70° 减小
到 40° [32] 。当 248 nm 准分子激光和 355 nm 的全固态
紫外 Nd:YAG 激光刻蚀改性 PC 材料时，由于紫外激
光具有较高的单光子能量，激光能量密度较小时，材
料表面仅发生光化学反应，PC 材料表面的润湿性几
乎未发生改变 [33~34] ；激光能量密度较大时，使 PC 材
[34~35]
料表面发生光热和光化学作用 ，PC 表面性能发
生显著变化。刻蚀改性对 PC 表面润湿性能的影响规
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律，激光功率密度较低（小于 0.27×10 W/cm ）刻蚀
时，PC 表面的亲水性会有所增加 ；激光功率密度较
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高（1.15×10 ~10.19×10 ）W/cm 刻蚀时，PC 表面会
由亲水性变为疏水性。润湿性改变的主要原因是激光
刻蚀改变了 PC 表面的微观形貌，对材料表面接触角
有着重要的影响，使 PC 表面润湿性能有相应的改变，
[36]
加工简单效率高，拓展了 PC 材料应用范围 。
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