田 新

（新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830021）

脈沖激光技術(shù)在高分子材料加工中的應(yīng)用

田 新

（新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830021）

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高以及諸多科研人員的努力，激光技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，超短脈沖、超高強(qiáng)度、超短波長(zhǎng)等成為了當(dāng)前激光技術(shù)的代表特征，脈沖激光技術(shù)的出現(xiàn)更為高分子材料加工帶來了革命性的進(jìn)步。在分析脈沖激光技術(shù)在高分子材料加工中的應(yīng)用時(shí)，首先對(duì)脈沖激光及其折射率改性情況進(jìn)行了概述，在此基礎(chǔ)上從激光燒燭產(chǎn)生表面多孔結(jié)構(gòu)、周期結(jié)構(gòu)以及塊體材料加工對(duì)材脈沖激光技術(shù)的應(yīng)用幾個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究與探討。

脈沖激光技術(shù)；高分子材料；材料加工

近年來，脈沖激光技術(shù)已經(jīng)得到了相對(duì)比較廣泛的應(yīng)用，并且該種精密的加工技術(shù)越來越受到社會(huì)與人們的關(guān)注，主要原因在于脈沖激光技術(shù)能夠在加工高分子材料的過程中得到比較高的加工精度，并且能夠進(jìn)行材料表面的加工，使得材料的表面形成多孔結(jié)構(gòu)與周期結(jié)構(gòu)等。更加能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)塊體材料、透明材料的內(nèi)部加工與改性等?？梢哉f，脈沖激光技術(shù)比較適用于其他加工技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜形狀元器件的加工以及高精度元器件的加工。脈沖激光技術(shù)在高分子材料加工的過程中所產(chǎn)生的瞬間功率比較大，幾乎能夠與任何材料產(chǎn)生相互的作用，本文對(duì)脈沖激光技術(shù)在高分子材料加工中的應(yīng)用進(jìn)行研究，希望能夠促使高分子材料加工更加良好的依據(jù)脈沖激光技術(shù)獲得發(fā)展。

1 脈沖激光及其折射率改性

所謂脈沖主要便是指隔一段相同的是假案發(fā)出的電波、光波等機(jī)械形式。脈沖激光則主要是指脈沖工作方式的激光器發(fā)出的光脈沖，脈沖激光具有其獨(dú)特的工作必要性，其能夠進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送并且減少熱量的產(chǎn)生。一般情況下，脈沖激光比較短，其時(shí)間幾乎已經(jīng)達(dá)到了“皮秒”的級(jí)別。脈沖激光器在工作中需要由激光泵浦源持續(xù)性的提供能量，由此方能夠長(zhǎng)期間產(chǎn)生并且輸出脈沖激光。高分子材料加工領(lǐng)域目前對(duì)脈沖激光技術(shù)有所應(yīng)用。就高分子材料而言，其材料的折射率與其密度之間呈現(xiàn)正比關(guān)系，并且包括末端基、添加劑與雜志等化學(xué)組成、分子趨向、鏈間結(jié)合力等均與熱歷史存在關(guān)系。在高分子材料加工應(yīng)用脈沖激光技術(shù)時(shí)，與其他改性技術(shù)相比較而言，脈沖激光技術(shù)能夠誘導(dǎo)高分子材料改性技術(shù)對(duì)其財(cái)力下性能產(chǎn)生最小的影響，并且脈沖激光技術(shù)能夠在高分子材料的表面將原有的化學(xué)鍵打破，并且能夠形成全新的化學(xué)鍵，以此改變高分子材料的特性[1]。

2 高分子材料加工對(duì)脈沖激光技術(shù)的應(yīng)用

2.1 激光燒燭產(chǎn)生表面多孔結(jié)構(gòu)

激光燒燭產(chǎn)生表面多孔結(jié)構(gòu)能夠有效的促進(jìn)高分子材料與生物組織交界面上的細(xì)胞黏附與增殖，使得生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的眾多學(xué)者均對(duì)其予以了較高的關(guān)注。圖1便為脈沖激光在高分子材料表面形成的納米泡沫表面多孔結(jié)構(gòu)。

圖1 脈沖激光在高分子材料表面形成的納米泡沫表面多孔結(jié)構(gòu)

高分子材料表面的孔洞會(huì)在材料表面熱化的情況下形成，并且應(yīng)力在整個(gè)孔洞形成的過程中發(fā)揮著極為重要的作用。受應(yīng)力波的影響，高分子材料的黏度會(huì)下降，而高分子材料本身又存在著因應(yīng)力波作用而產(chǎn)生的孔洞長(zhǎng)大的核，即自由體積孔洞，該自由體積孔洞的總體積會(huì)在溫度上升的情況隨著應(yīng)力的下降而增加。就該方面高分子材料對(duì)脈沖激光技術(shù)的應(yīng)用情況已經(jīng)有部分學(xué)者展開了研究，并且認(rèn)為在248nm的脈沖激光輻照下高分子材料膠原薄膜的鏈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)發(fā)生一定改變，其能夠?qū)⒃械臍滏I網(wǎng)絡(luò)打破，并且經(jīng)過紅外吸收光譜、拉曼光譜、熒光分析等發(fā)現(xiàn)高分子材料膠原主鏈的部分會(huì)出現(xiàn)光熱分解現(xiàn)象，在激光燒燭時(shí)會(huì)將光機(jī)械作為主要作用力，而后發(fā)生光化學(xué)轉(zhuǎn)變。該種狀態(tài)下生物的相容性會(huì)發(fā)生改善，即細(xì)胞黏著與細(xì)胞生長(zhǎng)會(huì)發(fā)生改變。

2.2 激光燒燭產(chǎn)生表面周期結(jié)構(gòu)

高分子材料一般不會(huì)吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)激光，其只有在激光強(qiáng)度十分高的情況下方能夠有效的實(shí)現(xiàn)多光子的吸收。此時(shí)脈沖激光輻照在高分子材料表面時(shí)便會(huì)形成一定的表面周期結(jié)構(gòu)，且存在波長(zhǎng)效應(yīng)，其中，長(zhǎng)脈沖激光器只能夠形成紫外波段激光器，而超短脈沖激光器則能夠在紫外波段和紅外波段均形成激光器。激光燒燭所產(chǎn)生的高分子材料表面周期結(jié)構(gòu)一般可以向其納入到波長(zhǎng)量級(jí)，并且在對(duì)偏振態(tài)、激光波長(zhǎng)與入射角度等參數(shù)進(jìn)行改變的情況下，高分子材料表面結(jié)構(gòu)亦能夠發(fā)生相應(yīng)的改變（如圖2所示）。經(jīng)過對(duì)激光燒燭產(chǎn)生表面周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，其形成的機(jī)理主要包括兩點(diǎn)∶①入射脈沖激光束與高分子材料的表面散射光之間能夠相互調(diào)制；②脈沖激光的強(qiáng)度調(diào)制能夠轉(zhuǎn)化成為高分子材料表面的改性結(jié)構(gòu)[2]。在激光燒燭產(chǎn)生表面周期結(jié)構(gòu)的該兩點(diǎn)形成機(jī)理相互聯(lián)情況下，脈沖激光輻照將能夠促使高分子材料產(chǎn)生表層的熱化，繼而在溫度梯度的影響下導(dǎo)致高分子鏈不斷擴(kuò)散，最終形成表面周期結(jié)構(gòu)。

圖2 納秒激光（前）和飛秒激光（后）在高分子材料上形成的表面周期結(jié)構(gòu)

2.3 塊體材料加工對(duì)脈沖激光技術(shù)的應(yīng)用

高分子材料會(huì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光進(jìn)行吸收，紫外脈沖激光加工需要對(duì)高分子材料的該點(diǎn)特性會(huì)產(chǎn)生依賴性。一般情況下，大部分的透明高分子材料均屬于弱吸收體，其能夠吸收的波段一般保持在193mm以下的真空紫外區(qū)。若入射的脈沖激光光子能量明顯要大于高分子材料的化學(xué)鍵能時(shí)可以將原有的化學(xué)鍵直接打破，此時(shí)高分子材料將會(huì)被離解成為單體產(chǎn)生脈沖激光燒燭，但是并不會(huì)產(chǎn)生液相，屬于典型的光化學(xué)過程，其所產(chǎn)生的熱影響亦最小。對(duì)于塊體材料加工對(duì)脈沖激光技術(shù)的應(yīng)用方面，部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)利用飛秒激光技術(shù)進(jìn)行PCL片材的加工將能夠在加工的過程中于加工邊緣發(fā)現(xiàn)存在著熱退火形成的晶球以及快速冷卻形成的非晶組成熱影響區(qū)域[3]。與此同時(shí)，紫外波段光子能量若超過了高分子材料中大部分分子鍵能，則亦會(huì)產(chǎn)生光化學(xué)作用。

3 結(jié)束語

綜上所述，脈沖激光技術(shù)加工高分子材料具有十分復(fù)雜的機(jī)理，且不同的脈沖激光加工技術(shù)會(huì)對(duì)加工工藝、加工材料等提出不同的要求，因而高分子材料的脈沖激光燒燭在各界均有著比較大的爭(zhēng)議性。比較典型的高分子材料在脈沖激光技術(shù)加工下的光熱與光化學(xué)特點(diǎn)有∶短波長(zhǎng)激光的光子能量比較大，能夠直接打破高分子材料的化學(xué)鍵，并且能夠?qū)Ω叻肿硬牧线M(jìn)行光化學(xué)降解。若將脈沖激光中脈沖的寬度縮短將能夠有效地提高多光子吸收截面，此時(shí)的加工效率也將能夠有效提高。鑒于此，脈沖激光能夠成為我國(guó)現(xiàn)階段以及未來工業(yè)高分子材料加工的首選技術(shù)，并且在不斷地研究與探索下，脈沖激光技術(shù)將能夠進(jìn)一步的完善與應(yīng)用，推動(dòng)我國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)水平全面提升，并且提高我國(guó)在國(guó)際方面的影響力。

[1] 田晗.激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2016，（11）∶103.

[2] 直妍.激光技術(shù)在材料加工中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J].熱加工工藝，2014，（1）∶22-23.

[3] 田延龍.激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應(yīng)用探析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，（10）∶25.

節(jié)后國(guó)內(nèi)硫磺市場(chǎng)開工率維持在80%左右

春節(jié)后國(guó)內(nèi)硫磺產(chǎn)量依舊相對(duì)較高，國(guó)內(nèi)主要硫磺生產(chǎn)企業(yè)普光氣田硫磺產(chǎn)量維持正常水平，據(jù)金聯(lián)創(chuàng)跟蹤數(shù)據(jù)顯示，本周普光氣田硫磺日均產(chǎn)量5 600～5 800t，在春節(jié)期間外運(yùn)受阻下，達(dá)州廠區(qū)硫磺庫存逐漸增至10萬t左右，近期隨著達(dá)州至萬州火運(yùn)逐漸恢復(fù)，萬州港硫磺庫存小幅回升至1萬t左右。

華南一帶重要硫磺生產(chǎn)企業(yè)欽州煉油廠目前依舊開車16萬t硫回收裝置，剩余10萬t裝置尚無開車計(jì)劃，目前硫磺日產(chǎn)量200～300t，基本處于無庫存狀態(tài)，隨著終端需求好轉(zhuǎn)，出貨價(jià)格適當(dāng)上調(diào)；華南區(qū)域重要硫磺生產(chǎn)企業(yè)海南煉化硫磺裝置停車檢修計(jì)劃有所推遲，不過當(dāng)?shù)刂饕蚧巧a(chǎn)企業(yè)茂名石化進(jìn)入3月份有檢修計(jì)劃，對(duì)當(dāng)?shù)亓蚧鞘袌?chǎng)穩(wěn)中上揚(yáng)支撐明顯。華中區(qū)域湖南長(zhǎng)嶺煉化硫磺裝置計(jì)劃于今年4月份進(jìn)入年度檢修期，具體檢修時(shí)間尚未確定。西北區(qū)域重要硫磺生產(chǎn)企業(yè)蘭州石化硫磺裝置生產(chǎn)正常，目前日產(chǎn)硫磺量40～50t，周邊主要的神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)公司正在試車20萬t硫磺裝置，計(jì)劃今年3月份正式投產(chǎn)，國(guó)產(chǎn)硫磺量有望繼續(xù)提升。據(jù)金聯(lián)創(chuàng)數(shù)據(jù)顯示目前國(guó)內(nèi)煉廠周度開工率維持在80%左右。

（摘自∶中國(guó)化工信息網(wǎng)）

Application of Pulsed Laser Technology in Polymeric Material Processing

Tian Xin

With the continuous improvement of the level of science and technology and the efforts of many researchers，the laser technology has been developed rapidly，and the ultrashort pulse，ultra-high intensity and ultrash wavelength have become the representative features of laser technology.The emergence of more polymer materials processing has brought revolutionary progress. In this paper，when the application of pulsed laser technology in the processing of polymer materials is analyzed，the modification of pulsed laser and its refractive index is summarized.On this basis，the porous structure，the periodic structure and the bulk material Processing of the pulse laser technology on the application of several aspects of a detailed study and discussion.

pulsed laser technology；polymer material；material processing

TG665

B

1003-6490（2017）02-0046-02

2017-01-26

田新（1982—），男，新疆烏魯木齊人，助教，主要研究方向?yàn)橄鹉z和塑料的成型加工、改性。