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激光清洗技術在橡膠制品模具領域發展歷程與應用

2020/10/14

一、激光清洗技術的發展歷程

激光是二十世紀自然科學的重大發明之一。1960年世界上產生了**臺激光器。隨后,其相干性好、發敵角小、能量高度集中等特點的激光在各個領域都得到了廣泛的應用,比如激光測距、激光加工、激光通訊等。

到了20世紀80年代早期,人們開始利用高能激光束照射在工件表面,使表面的污物、銹斑或涂層發生瞬間蒸發或剝離,高速有效地清除對象表面的附著物或者涂層,從而實現了清潔材料表面的工藝這就是激光清洗.此后十幾年來,激光清洗已經從實驗室內走向了實際應用,用于各種橡膠制品模具、硅膠制品模具去除油污、銹蝕,文物、微電子線路板等各種材料的清洗,并取得了很好的經濟和社會效益。

20世紀80年代中期,為了滿足工業生產上清除存儲器模板上的微小顆粒的需要,激光清洗得到了廣泛的注意和研究,并被正式地確認為一種行之有效的清洗方法,研究人員試圖使用傳統的清洗方法如機械清洗法、化學清洗法、超聲波清洗法來除去模板上附著的亞微米量級的顆粒結果都不甚理想。由于在模板上顆粒的吸附力(范德華力、靜電力等)是相當驚人的,比如lμm大小的顆粒,它在模板表面的吸附力大約是其重力的106倍,而機械清洗法無法完成對如此微小顆粒的清除,化學清洗又會導致模板的腐蝕及再污染,超聲波清洗法需要將模板置于聲波振動中心,這將導致模板的破裂。激光清洗正是在這種情況下產生的,在這種情從此人們才開始對它進行系統的研究:它的出現極好地解決了模板表面的污染問題,而且隨著激光清洗技術的發展,它在許多其它領域也取得了廣泛的應用。

20世紀80年代末,科學家發現,在基體表面覆蓋一液體輔助層更有利于污染顆粒的 清除.其中,水便是這樣一種有效的輔助層.這種在待清洗物品的表面覆蓋一厚度為毫米量級的液膜,再以激光進行照射來清除污染顆粒的方法,這也就是后來我們所說的蒸汽(濕式)激光清洗,較之干式激光清洗,蒸汽激光清洗具有更高的清洗效率。

直到90年代初期激光清洗才真正步入工業生產中,事實上,幾乎同時在1987年,有三個研究小組分別獨立地發現了激光清洗的效果.其中,Zapka所領導的研究小組獲得了**個關于激光清洗方面的專利,并認識到了它在工業上的應用前景,另一個研究小組是德田的馬普生物化學及物理研究所,科學家在硅模板上覆蓋以尺寸為35nm的金顆粒,然后將氮分子激光器直接照射固體表而,結果成功地除去了表面的金顆粒,而同時硅模板毫無損傷,這表明了使用激光來清洗固體表面污染顆粒是可行的。

2001年,Fourrier及其合作者對不同形狀、不同大小、不同材料的顆粒進行蒸汽激光清洗實驗發現,對于不同的顆粒,當其尺寸屬于幾十到幾百納米范圍內時,所需要的激光強度閾值是一樣的.這種廣泛一致的閾值為工業上使用蒸汽激光清洗來清除亞微米量級顆粒提供了更為有利的支持。雖然激光清洗的發展是以清洗表面固體小顆粒為主線索的,但在其他方面應用的研究也相應地開展了,比如20世紀70年代經過研究和實驗人們發現激光在清洗歷史建筑和藝術品也存在著可行性。1992年聯合國教科文組織成功的利用激光清洗對英國亞斯敏大教堂實施了維修.歐洲一些國家也已經用激光清洗了Amiens大教堂(法國)、圣(sheng)Stephan’s大教堂(奧地利維(wei)也(ye)那)、無名(ming)烈士墓(mu)(波(bo)蘭華沙)等。激光(guang)在脫漆方面的(de)應用也(ye)得(de)到了研究人(ren)員的(de)關注,美國Woodroffe等人在這方面開展了大(da)量的(de)工作(zuo)。

20世紀90年代德國、日本的研究人員分別為激光脫漆而研制了高功率TEA-CO2激光器,并且使用它們做了一系列的實驗。而國內直到2005年才有研究人員發表采用大功率TEA-CO2激光對飛機(ji)脫漆(qi)的論文(wen)。各國科學家們還對輪胎模具、表面處理、空間垃圾等其(qi)他方面的應用進行了大量探索性的研究心(xin)取得了卓越的成果。

二、激光清洗技術的發展現狀 

跟其它一些清洗方法相比較,激光清洗是一個年輕的高新技術,在絕緣材料、磁頭、半導體元件、銀質文物、硅片、牙齒等方面的應用還處于實驗室階段,有關污垢和銹斑的去除機理還在不斷探索與完善之中。從國外的研究現狀可知:激光清洗的去污范圍非常廣泛,從厚銹層到拋光表面微細顆粒都可以去除,涉及到機械工業、徽電子工業與藝術品的保護。激光清洗實驗所使用的設備種類多,所用激光器鈞波長范圍廣.但激光清洗技術的發展不平衡,有些已實現工業化,有的還處于實驗室階段:而且實驗先于理論,有關污垢和銹斑的去除機理還在不斷探索與完善之中,目前世界范圍內,利用激光技術應用于硅橡膠制品模具清洗的公司國外的公司有德國公司。他們采用的是經驗驗證法(JET)。該公司在1998年宣布應用激光技術進行模具清洗,他們采用了一系列裝置和輔助設施,試制出了JET激光模具清洗機。該設備清洗效果雖然很好,但是體積大、造價高,一臺設備在德國的售價在5560萬美元之間,不適合中國這一發展中國家的國情。
在(zai)我國(guo),激光(guang)清(qing)(qing)洗(xi)(xi)(xi)(xi)技術近年(nian)來(lai)發(fa)(fa)展得(de)也很(hen)快(kuai),不(bu)(bu)論是對(dui)(dui)激光(guang)清(qing)(qing)洗(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)工藝參數和(he)(he)清(qing)(qing)洗(xi)(xi)(xi)(xi)機理、清(qing)(qing)洗(xi)(xi)(xi)(xi)對(dui)(dui)象(xiang)的(de)研(yan)究(jiu)還是應用方(fang)面的(de)研(yan)究(jiu)我國(guo)都取得(de)了(le)(le)一定(ding)程(cheng)度的(de)進(jin)展.上海潤(run)(run)洽是較早從(cong)事激光(guang)清(qing)(qing)洗(xi)(xi)(xi)(xi)研(yan)發(fa)(fa)和(he)(he)生(sheng)產的(de)國(guo)內公(gong)(gong)司(si)(si),上海潤(run)(run)洽公(gong)(gong)司(si)(si)吸收(shou)國(guo)外(wai)先進(jin)的(de)激光(guang)清(qing)(qing)洗(xi)(xi)(xi)(xi)技術并(bing)加以改進(jin)和(he)(he)創新,目前已經開(kai)發(fa)(fa)出了(le)(le)不(bu)(bu)同系列(lie)不(bu)(bu)同功率的(de)激光(guang)清(qing)(qing)洗(xi)(xi)(xi)(xi)設備,同時上海潤(run)(run)洽公(gong)(gong)司(si)(si)與國(guo)內外(wai)高等院校和(he)(he)激光(guang)表面處理領域專家通(tong)力合作,開(kai)發(fa)(fa)更為先進(jin)的(de)激光(guang)清(qing)(qing)洗(xi)(xi)(xi)(xi)技術。


三、激光清洗技術的展望

借(jie)助于(yu)國(guo)內產業轉型和更(geng)嚴格的環保要求,激光清洗(xi)在橡膠(jiao)輪胎行業有(you)更(geng)為廣闊的發展前景(jing),尤其在汽車橡膠(jiao)輪胎行業能夠為客(ke)戶(hu)帶(dai)來更(geng)到的效益(yi)。