エキシマレーザーによる高分子材料の微細加工に及ぼす結晶性の影響の伝熱学的検討

准分子激光结晶度对高分子材料微加工影响的传热研究

• 批准号: 08750227
• 负责人: 伏信 一慶
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750227/
• 关键词: エキシマレーザー; ポリエチレン; HDPE; LDPE; 加工深さ; 結晶化度

高分子材料の微細加工技術として注目されるエキシマレーザー加工における、加工対象の重要な材料特性である結晶化度の及ぼす影響について検討を行った。各種材料のレーザー加工の本質は加工対象によるレーザー光吸収とそれに続く対象の状態変化であるため、微細な加工を行うためにはこのプロセスを微小な領域で完結させ、周囲に影響を及ぼさぬようにする必要がある。エキシマレーザーは高出力の短パルスレーザーであるため、材料に吸収されたエネルギーの加工領域周囲への拡散に比して速く加工現象が完結するのみならず、紫外光を発振するため高分子材料の原子間結合を直接切断することが可能と考えられる。したがって、その加工特性は材料の物性に強く依存することは明白であり、高分子材料の主要な物性値である結晶化度の影響についても検討する必要がある。本研究ではエキシマレーザー(現有)の波長248nmのKrFレーザーを用い、高密度ポリエチレン(HDPE)と低密度ポリエチレン(LDPE)の加工特性の違いについて検討した。結晶化度はそれぞれ90%、70%程度であり結晶化度が高いほど密度も高くなる。実験の結果、同じ加工深さ(パルス1回あたり)に必要なレーザーフル-エンスはLDPEのほうが大きくなり、たとえば1μmの加工深さを得るためにはHDPEでは2.3J/cm^2のフル-エンスで済むのに対し、LDPEでは3.2J/cm^2と約40%大きなエネルギーを要することが明らかになった。また加工開始のスレッショルドフル-エンスにも1J/cm^2程度の差が見られた。ところが従来知られている関係式によれば、加工深さは光の吸収係数の減少とともに増大することが知られており、LDPEのほうが吸収係数が小さいことからこの関係に反する結果となっている。また従来の関係式では、加工深さはフル-エンスの対数に対して線形に増加するが、本研究ではこの関係も認められず、今後材料の分子構造に立ち入った詳細な理論的検討が必要と考えられる。

作为高分子材料的微细加工技术而受到关注的准分子激光加工中，我们研究了结晶度（加工材料的重要材料特性）的影响。激光加工各种材料的本质是被加工物体对激光的吸收以及随后物体状态的变化，所以为了进行精细加工，这个过程必须在微小的区域内完成，以免影响周边地区是必要的。由于准分子激光器是高功率短脉冲激光器，它不仅比加工区域周围材料吸收的能量扩散更快地完成加工，而且振荡出的紫外光可以直接破坏加工区域。原子之间的键。因此，很明显，加工特性很大程度上取决于材料的物理性能，而且还需要考虑结晶度的影响，结晶度是高分子材料的主要物理性能值。在本研究中，我们使用波长为 248 nm 的准分子激光器（目前可用）研究了高密度聚乙烯 (HDPE) 和低密度聚乙烯 (LDPE) 加工特性的差异。结晶度分别约为90%和70%，结晶度越高，密度越高。实验结果表明，相同加工深度（每脉冲）所需的激光注量对于LDPE来说更大。例如，要获得1μm的加工深度，HDPE需要2.3J/cm^2的完整激光注量。据透露，LDPE 在 3.2 J/cm^2 时需要大约 40% 的能量，而 LDPE 则需要 3.2 J/cm^2。处理开始时的阈值注量也存在约 1J/cm^2 的差异。然而，根据传统已知的关系式，已知随着光吸收系数减小，加工深度增加，并且由于LDPE具有较小的吸收系数，所以结果与该关系相矛盾。此外，在传统的关系式中，处理深度随着注量的对数线性增加，但本研究并未认识到这种关系，未来需要考虑材料分子结构的详细理论研究据认为。