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在聚合物激光热影响区标志
Ionel Danut Savu · Sorin Vasile Savu Nicusor Alin Sirbu
收稿日期：2013年2月26日；2013年9月25日网上发布；2013年11月28日Oacute;Akademiai Kiado，布达佩斯，匈牙利2013
摘要：激光打标是基于激光加热所受的材料，加热低于融化温度或热降解起始点。在这附近的标记，该材料在化学上，物理上和机械上有所影响。这意味着，主要这种方式的特点是改变了材料老化。热机械分析可用于确定材料的修改，这是重要的和必要的，用来了解预测其使用寿命。本文研究的物理特性是当聚合物的HDPE 100的机械变形，激光标记被应用；爆破应力，延伸率和松弛模量测定的基础材料，在热影响区内和激光烧毁标记；关于结晶速率和再伸长率粘度也有报告。根据本结果，该聚乙烯具有非常快的结晶速率，如果低于适当温度的话，这会影响标记的过程。在加热过程中保持应用，它成为了稳定后的0.23分钟，当它被测试在103℃时。分析了 帕的延伸率，它被记录了10秒，这是一个通常的时间压力。对其进行的分析显示，约10%辐照后松弛模量与非辐照高密度聚乙烯的差异。
关键词：聚合物加热、激光打标、结晶、可塑性下降、突发压力、拉伸粘度
介绍：材料的标记是全面发展的一种技术，今天是一个广为传播的实践[1-4]。几乎所有应用与教学的标记有关信息在不同的机器或设备的组成在[ 2 ]。这些组件中的一些在开发过程中严重的负载，从而材料是
设计在这方面表现成功。改变任何GES材料的属性就可以修改，而损害和故障可能会发生[ 1，4，5 ]。汽车工业，家用电器行业，食品工业，航空航天工业，甚至更多的制药公司—活性药物，医药、化工领域，使用的是聚合物作为特定组件的设计材料[ 4，1，5 ]。热塑性塑料如聚乙烯（低，中或高密度），或聚丙烯，被广泛应用于指定的域，因此，该材料的标记是在这一领域的持续关注和研究正在进行中[ 4，5 ]。激光打标已成为在过去的10年里，最常用的标记方式，特别是由于以下的一些优势：可能是适用于几乎任何固体材料，高速加工，可能控制标志的渗透，可能稳定控制标志的颜色（在特定的限制内），非常小到非常大的标记都可以实施，虽然有更多的优势是要满足对于特定类型的材料[ 1 ]。通常在激光打标过程中，该材料在加热到融化温度或热降解起始温度之一时。作为一个结果，在附近的标记，材料是化学、物理和机械的影响。这种修改是负责老化的材料和减少工作寿命或影响其性质[ 4 ]。（具体内I. D.萨武 S. V.萨武，机械学院，克拉约瓦大学1 Calugareni海峡，220037 DrobetaTurnu塞韦林，罗马尼亚，电子邮件：sorin.savu@yahoo.com；I. D.萨武 N. A.瑟尔布国家研发机构焊接和材料测试蒂米什瓦拉，30米哈伊Viteazu海峡，300222蒂米什瓦拉，罗马尼亚，电子邮件：disavu@yahoo.com；N. A.瑟尔布，电子邮件：asirbu@eng.upt.ro；N. A.瑟尔布 机械工程学院“，”布加勒斯特大学蒂米什OARA，1米哈伊Viteazu海峡，300222蒂米什瓦拉，罗马尼亚限制）
聚合物的力学响应受应变率的影响强烈[ 6，8 ]。提高应变率导致更高的弹性模量，这是由于减少聚合物链的松弛时间[ 6 ]，这也导致了屈服应力的增加。科学家们提供了大量的研究高密度等的热机械性能乙烯（HDPE）和低密度聚乙烯（LDPE）聚合物 ；李等[ 9 ]研究塑料的效果变形过程性能的HDPE，Hen曲线和艾默里克[ 10 ]给出了重要的建议：关于聚合物链的影响推荐，关于热机械性能。而塔特尔等人
[ 11 ]研究了HDPE的双向行为。马诺等人[ 12 ]分析剪切和延伸的流场和它们认为领域修改的结晶过程
通过流动诱导结晶（FIC）。此外，他们得出结论，流量提高成核密度几十年来提高整体结晶动力学。对HDPE流动行为的理论预测和LDPE的Manero等人进行。[ 13 ]使用威廉姆斯提出的动力学网络模型工人[ 14 ]。热力和动力机制—卡尔的研究已经描述了阅读等。[ 15 ]menczel等人[ 16 ]和价格等[ 17 ]。 Complemen-
tarily提出热机械分析作为工具来确定修改对HDPE聚合物材料。进行这项研究要评估结晶速率的演变和伸长粘度作为物理特性材料，以确定局部爆发力，伸长和松弛模量内的热影响区和激光烧痕。这样的知识很重要要预测标记组件的寿命，因为激光加热所产生的老化降低了寿命—组件的时间。
通常标记的聚合物，雕刻和焊接热塑性塑料。从这个大类，主要使用的聚合物是聚乙烯（聚乙烯）和聚丙烯（聚丙烯），它们被用于不同的国内工业应用。有更好的理解关于标记的材料的行为过程中，连续信息的值对于特定的标记技术的物理性质—计算参数。这样的信息很难因为结构的类型（无定形或部分结晶或完全结晶结构）加热-冷却循环。在同一时间，为标记温度范围，通过加热和冷却，2或4结构的变化可以得到满足。这些影响可能被控制，如果他们被发现。
试验：用于实验方案的材料：作为基材，高密度聚乙烯100用于实验。材料的选择是基本大于要求标记和应用程序上的数量（表1）。HDPE一般已知其强度大，密度大，通常是在塑料瓶的制造中使用，耐管材及其它塑料材料。
设备：揭示结构的类型及其转化，差示扫描量热法（DSC）进行，这个DSC测定采用耐驰惠普进行Phoenix204设备。一个110瓦的连续功率和1064 nm波长的YAG钕（Nd∶YVO4）脉冲（1，120千赫频率的脉冲）激光设备用于实验方案（图1）。
表1塑料废物的产生和在美国恢复，2010[39]
产品类型 代/短吨 共有度代/％ 复苏/短吨 共有度复苏/％ 复苏率/％
HDPE 5,450,000 17.6 570,000 22.4 10.5
LDPE/LLDPE 7,430,000 23.9 420,000 16.5 5.7
PET 3,980,000 12.8 780,000 30.6 19.6
PP 7,530,000 24.3 40,000 1.6 0.5
PS 2,060,000 6.6 20,000 0.8 1.0
PVC 910,000 2.9 0 0 0
Total 31,040,000 2,550,000 8.2
资料来源：美国环保局（2011年）-http：//www.epa.gov/climatechange/waste/downloads/Plastics.pdf
加热参数值的确定通过模拟聚合物加热的具体模型标记。
通常情况下，当激光打标过程被应用在聚合物板，其中包含几十散乱的目标[ 18 ]，预计激光将非常快的从一个目标到另一个。正因如此，即使激光pulseisreleased上述目标的头停止后，惯性因素的行为导致加热的标志不是圆的。因此，聚合物板表面上的热场正在改变它的根据惯性反应的形状，经过运动激光头（当激光移动部件—分）或后工件的运动（当工作一块是移动部件）。热的预测场形状是可能的[ 19 ]考虑的影响运动和激光参数对能量密度。作者开发的具体模型的加热和模型的仿真提供了重要的数据选择
标记过程参数。
它的能量密度被引入到工作的聚合物是一个参数确定的加热这件作品，取决于三个因素：
bull;激光功率，P
bull;激光束的直径，D
bull;激光头的移动速度或行进速度v
要理解转移的能量是任何的基础温度分布的评价。
1.对于具有均匀强度的圆形光束，密度能量由下式给出： （1）
2.对于高斯分布中，激光束强度是由下式给出：
（2）
其中P是总功率中，x0是光束的半径（定义为宽度为I(0,0)/e2）， 是强度在中心。由激光带来的有效能量聚合物表面链的照射期间光束取决于行驶速度。如果激光束或工作片（根据图2）沿X轴移动，能量密度由下式给出： （3）
最大密度在激光的中心被发现点，它是由下式给出： （4）
此表达式显示附带的密度光斑中心的能量取决于三个因素：P; ;v应用特定的数学分析方法，确定的功能可以模拟任何组合的三个参数和一个给定的聚合物。因此，可以看出，它们影响密度能源和因此激光打标加工聚合物。
图1激光头和聚合物工件，
既用于实验过程标记图。
图2通过作者对数学产生的物理模型建模和仿真能量密度，因此激光打标处理的聚合物。
所提出的数值分析方法可以使用使之形成适宜的预后烧伤面积。受热降解的区域可以预测，也可以。作为输入的模型使用公式（4）指定的参数。因为从模型中的参数被认为是采用仿真实际使用的平均法。
考虑到激光光斑加热一个无限长，假设在2L长聚合物条如图2所示，该在M点位于距离2x=H从热场可以计算。因此，它被认为是元素位于的加热标记内DX节的激光束。这里，达到温度被认为是具体到标印工艺的温度T标记。我们认为聚合物条带内的能量密度作为鉴于 （5）
通过激光光斑产生的热场可以是使用下式计算： （6）
在（5）和（6）中， 是热通量/ ，q是密度/ ，c是在恒定压力下的比热容/ 和代表该聚合物的扩散性。
考虑的许多来源中的加热动作激光点的标记，该热场被表示为： （7）
积分是使用特定帮扶计算数学函数： （8）
（9）
最终的公式，它提供的表达在M点热场是：
图3分布激光时的温度在惯性条件下目标，在模拟过程中获得的发达国家模型
（10）
这样的公式可以帮助评估热场畸变作用下的影响行驶速度（激光头在母材上的速度）。加热标记的变形有多大？它可以通过模拟加热当激光脉冲被释放时的惯性速度的几个值。图
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