Модификация поверхности полимерных текстильных материалов под воздействием лазерного излучения в инертной среде СО2

УДК 677.014

Л. Н. Абуталипова, Р. Ф. Гатиятуллина

МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ИНЕРТНОЙ СРЕДЕ СО2

Ключевые слова: лазерные технологии, гравировка, полимерные материалы

В статье рассмотрены прогрессивные технологии гравировки и перфорации различных полимерных материалов с помощью сфокусированного углекислотного лазерного излучения, которое обладает значительными преимуществами над традиционными способами гравировки. Лазерное излучение обеспечивает высокое качество обработки и, благодаря, своим техническим характеристикам данную технологию можно использовать для художественной гравировки любых поверхностей.

Key words: laser technology, engraving, polymeric materials.

The article deals with the progressive technology of engraving and punching various plastic materials using a focused carbon dioxide laser, which has significant advantages over traditional methods of engraving. Laser radiation provides high quality treatment and, thanks to its technical characteristics, the technology can be used for any artistic engraving surfaces.

Введение

Лазерное излучение в настоящее время широко используется для решения не только разнообразных научных, но и конкретных производственных задач. Наиболее привлекательные аспекты его применения связаны с тем, что по сравнению с традиционными химико-технологическими процессами лазерные технологии не требуют использования каких-либо жидких растворов (то есть потенциально являются экологически чистыми), а также существенно менее энергоемкие.

Лазерный луч - это мощный поток сонаправлен-ных фотонов, обладающих высокой энергией. Устройство излучающего прибора достаточно простое, а потребности в применении свойств узконаправленного луча велики. Сочетание данных факторов дало возможность учёным в продолжение последнего полувека вести интенсивные изыскания, результатом которых стало создание нескольких типов лазера и множества вариантов его практического использования.

Наибольшее применение в промышленности нашли газовые лазеры. Это значит, что среда, испускающая световые волны разной длины, имеет газовую природу. Лазер, работающий по данной технологии, значительно мощнее остальных и не требует охлаждения в процессе работы. Физической основой функционирования лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). Таким образом, происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайные направления распространения, поляризацию и фазу. Вероятность того, что случайный фотон вызовет индуцированное излучение возбуждённого атома, в точности равняется вероятности поглощения этого фотона атомом, находящимся в невозбу-

ждённом состоянии. Поэтому для усиления света необходимо, чтобы возбуждённых атомов в среде было больше, чем невозбуждённых (так называемая инверсия населённостей). В состоянии термодинамического равновесия это условие не выполняется, поэтому используются различные системы накачки активной среды лазера [1]

Объекты и методы исследования

Обработку образцов проводили на экспериментальной опытно-промышленной установке.. Режим лазерной обработки: мощность излучения W в диапазоне от 200 до 400 Вт, расход активной газовой среды в - 0,063 г/с, скорость обработки V в диапазоне от 17 до 50 мм/мин.

В качестве активной среды использовался углекислый газ. В качестве объектов исследования использовались полимерные текстильные материалы с различным волокнистым составом.

Обсуждение результатов

В последнее время лазерная технология нашла применение при резке и гравировке рисунков на поверхности различных материалов. Процесс гравировки происходит следующим образом: лазерный луч на малых мощностях производит повреждение верхнего слоя ткани. Рисунок появляется за счет удаление окрашенного слоя волокна. Визуальное воплощение картинки регулируется мощностью и расширением лазерного излучения.

Лазерное оборудование для гравировки и вырезания на различных материалах обладает значительными преимуществами над традиционными способами гравировки, такими как высокая скорость резки, гибкость в использовании, надежность, экономный расход материала, точный раскрой ткани при помощи компьютерной программы. Данный способ обработки ткани позволяет получать большое количество абсолютно одинаковых деталей, что значительно облегчает процесс раскроя ткани, увеличивает его скорость и технологичность. Лазерная резка подходит для обработки, как единичных изде-

лий, так и больших партий ткани. В таблице 1 приведены результаты скорости резки в зависимости от вида ткани и количества настилов [2].

Таблица 1- Скорость резки в зависимости от вида ткани и количества настилов

Благодаря своим техническим характеристикам данную технологию можно использовать для художественной гравировки любых поверхностей. На рисунке 1 представлен пример гравировки джинсовой ткани.

Рис. 1 - Пример гравировки джинсовой ткани

В настоящее время декорирование одежды с помощью лазера является наиболее экономичной и уникальной технологией ее художественного оформления.

Декоративное оформление в виде гравировки позволит подчеркнуть индивидуальные особенности и придать неповторимый стиль вашей одежде.

Также к преимуществам лазерной обработки можно отнести локальность воздействия на материал, высокую концентрацию энергии, отсутствие контакта с обрабатываемым изделием, возможность обработки труднодоступных мест, экологическую чистоту и т.д.

Лазерная гравировка является уникальной технологией нанесения изображения на поверхность различных материалов. К схожим технологиям нанесения изображения относятся шелкография и термотрансферная печать. Однако эти технологии имеют ограничения по ассортименту используемых материалов и в конечном результате не обеспечивают полноту передачи света и тени [3].

В основе использования лазерных технологий в первую очередь лежит экономическая выгода, которая проявляется или напрямую, через снижение стоимости технологического процесса, или косвенно, через более высокие потребительские качества продукции. Немаловажное значение приобретают вторичные эффекты, которые реализуются при использовании конструкций, изначально ориентированных на лазерные технологии.

Выводы

Лазерная обработка является эффективным способом декорирования поверхности различных текстильных материалов. Использование лазерной обработки позволяет:

1. Художественно оформлять швейные изделия методом гильоширования и перфорации;

2. Осуществлять декоративную отделку швейных изделий и деталей кроя, гравировать монохромные изображения любого формата на поверхности материала.

Лазерный луч как технологический инструмент не имеет себе равных по степени "гибкости", быстродействия и износоустойчивости. Но наивысшую эффективность лазерная обработка приобретает в условиях единичного или мелкосерийного производства с быстро меняющейся номенклатурой деталей, что характерно для условий "рыночной" экономики.

Литература

1. М. Е. Жаботинский Лазер (оптический квантовый генератор) // под. ред. А. М. Прохорова Физический энциклопедический словарь. — М.: «Советская энциклопедия», 1984. — С. 337-340.

2. Абуталипова Л.Н., Гатиятуллина Р.Ф., Зайцева М.Ю. Перспективные технологии для выпуска нового ассортимента продукции технического и стратегического назначения с комплексом защитных свойств на основе применения токопроводящих волокон полиэтилена // Вестник Казан. технол. ун-та. 2011. - Т.14, №3. - С.215-219.

3. Абуталипова Л.Н., Гатиятуллина Р.Ф., Зайцева М.Ю. Ассортимент тяжелых полимерных технотканей на базе использования прогрессивных технологий для производства изделий повышенного комфорта, с защитными, информационными и регулирующими функциями// Вестник Казан. технол. ун-та. 2011. - Т.14, №6. - С.157-161.

Наиме- нование материа- ла Тол щи- на, мм Количество настилов, шт. Скорость резки, мм/мин Мощ ность излу- че- ния, Вт

Плащевая ткань 0,7 3-4 50 400

Флис 1,2 2 25 400

Лидер- 210 0,45 2-3 17 280

Таслан 0,65 2-3 25 280

© Л. Н. Абуталипова - д-р техн. наук, проф., зав. . моды и технологии КНИТУ; Р. Ф. Гатиятуллина - зав. лаб. той же кафедры, renatafg@rambler.ru.