塑料激光焊接過程中如何選擇吸收劑?

為了滿足塑料激光焊接的要求，在塑料表面或塑料產(chǎn)品生產(chǎn)過程中添加一些激光吸收介質(zhì)，使塑料可采用激光焊接，激光吸收介質(zhì)常用的激光吸收樹脂、吸收涂料、炭黑，那么如何吸收塑料激光焊接中的吸收劑呢?讓我們來看看。

塑料激光焊接過程中如何選擇吸收劑?

激光吸收涂層是一種以溶劑為載體的材料。能快速揮發(fā)，吸收材料粘附在塑料表面，有效吸收激光熱能，滿足塑料激光焊接的工藝要求。

吸收樹脂是由聚合物相容性、顏色要求等因素決定的在樹脂中添加添加劑。添加劑確保樹脂仍有透明的外觀，但會增加一點(diǎn)顏色，可以糾正。激光吸收樹脂非常適合透明和淺色不透明的塑料焊接，以及較小但焊接區(qū)域較大的零件。

炭黑是我們生活中常見的物質(zhì)，經(jīng)濟(jì)便宜，但不能用于外觀顏色要求高的應(yīng)用，尤其是醫(yī)療行業(yè)的設(shè)備。

在傳統(tǒng)的塑料激光焊接技術(shù)中，上透明塑料材料和下基材應(yīng)將激光能量轉(zhuǎn)化為熱量，并可在下基材中添加炭黑或其他介質(zhì)，為設(shè)計(jì)師提供更多的顏色選擇和設(shè)計(jì)靈活性。

在透明塑料激光焊接技術(shù)中，不采用上述方法，而是通過改變激光波長來滿足塑料激光焊接要求，根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)，天然無色塑料容易吸收紅外波長從1.6um到5um以上，光束能量沉積在所有塑料(包括半晶體和無定形)的頂部幾毫米。利用這一特點(diǎn)，可以焊接厚度不超過幾毫米的塑料板，而無需添加劑。

結(jié)論：三種激光添加介質(zhì)各有優(yōu)缺點(diǎn)，炭黑經(jīng)濟(jì)有效，但影響產(chǎn)品美觀;吸收涂層可焊接透明部件，但需要增加涂層工藝;激光吸收樹脂不需要增加工藝，給產(chǎn)品豐富的顏色，但對于零件大但焊接面積小的產(chǎn)品，不經(jīng)濟(jì)。每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。

基于塑料材質(zhì)的匹配性

1.?聚合物類型

通用塑料(如 PP、PE、PS)：

這類材料分子結(jié)構(gòu)規(guī)整，結(jié)晶度高，對激光的透過率較高，需選擇對特定激光波長(如 980nm、1064nm)吸收能力強(qiáng)的吸收劑，例如炭黑、有機(jī)顏料(如偶氮染料)。

炭黑：吸收效率高，但可能影響材料透明度，適用于對外觀要求不高的部件。

有機(jī)顏料：顏色可選性多，透明度影響較小，但耐溫性需匹配焊接溫度(通常 180-280℃)。

工程塑料(如 PA、PC、POM)：

分子鏈中極性基團(tuán)(如酯基、酰胺基)較多，對激光的吸收能力稍強(qiáng)，可選用納米級金屬氧化物(如 TiO?、Fe?O?)或?qū)Ｓ眉す馕仗砑觿?如德國 BASF 的 IRgacure 系列)。

納米 TiO?：粒徑小(<100nm)，分散性好，對近紅外光有一定吸收，且不影響材料力學(xué)性能。

特種塑料(如 PEEK、PI)：

耐高溫，需選擇高溫穩(wěn)定性好的吸收劑，如石墨烯納米片、碳納米管，既能高效吸收激光能量，又能保持材料的耐化學(xué)性和機(jī)械強(qiáng)度。

2.?材料透明度與顏色

透明塑料：需選擇淺色或無色吸收劑(如有機(jī)染料、納米陶瓷顆粒)，避免影響透光性，例如對 PC 材質(zhì)，可選用波長選擇性強(qiáng)的紅外吸收染料(僅吸收激光波長，不影響可見光透過)。

有色塑料：可直接利用顏料的吸收特性，如黑色塑料中含有的炭黑本身就是高效吸收劑，無需額外添加;彩色塑料需確保吸收劑顏色與顏料兼容，避免發(fā)生色變。

吸收劑的波長吸收特性

吸收劑需在激光波長處有強(qiáng)吸收峰，例如：

炭黑在 980nm-1064nm 波長范圍內(nèi)吸收效率 > 90%，適合光纖激光;

花菁染料對 800-900nm 波長吸收顯著，適用于半導(dǎo)體激光。

可通過紫外 - 可見 - 近紅外光譜儀測試吸收劑的光譜曲線，確保與激光波長匹配。