[发明专利]一种易于激光雕刻的稀土/橡胶复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种易于激光雕刻的稀土/橡胶复合材料，是制备能够易于激光雕刻的稀土/橡胶复合材料，用于印刷版材，以及涉及橡胶产品的加工制造行业，例如航空、电子、汽车、医疗等，这类在使用过程中必然涉及激光雕刻工艺的行业。 

背景技术

激光具有方向性好，能量密度高，单色性好等优点，非常适合材料加工，因此一直受到科研领域和工业界的重视。 

激光雕刻是指用激光束作用在材料上引起样品形状或性能的改变。是利用激光束聚焦形成的高功率密度光斑，在数微秒的时间内，光斑区的温度升高到材料熔点甚至沸点，使被照射处的材料迅即熔化和汽化、烧蚀或达到燃点。当激光束沿着设定路径移动时，光子与材料不断相互作用，同时借与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，并起冷却作用，从而获得所需要的形状。 

由于橡胶材料不仅仅本身易燃，而且其填充的很多填料也是极其易燃的，因此在激光雕刻的过程中难免会引起橡胶材料燃烧、雕刻面炭化、雕刻面灰化等问题。常规的做法有两种：一种是降低激光的入射功率，这种做法能够保证激光雕刻面光洁，减少雕刻面碳化的程度，但是雕刻深度减小，雕刻相同深度所需的时间增加，降低加工效率，提高成本；另一种做法是填充大量的阻燃填料，这种做法能够提高橡胶的耐热能力，降低雕刻面碳化的程度，不过填充量过多会引起橡胶材料性能下降，提高了橡胶复合材料的成本，而且为了达到良好的雕刻效果，需要提高入射激光的功率，增加了设备的成本。上诉两种做法都会降低激光的吸收率，同时在很大程度上增加产品成本。 

发明内容

为了以上问题，达到既能保证激光雕刻质量又能提高雕刻速度、降低各项 成本的要求，就必须要在不影响其他性能的前提下，提高激光的吸收率，为此本发明提出了一种无机纳米稀土的纯净物或者多种无机纳米稀土的混合物作为激光吸收填料，并具有一定的增强作用，与橡胶材料共混，制备易于激光雕刻的稀土/橡胶复合材料 

本发明所涉及的激光吸收及增强机理是：稀土元素总共17种元素，其原子结构可以用4fx5d16s2表示，x从0→14。稀土元素从金属变成离子后，4f轨道的外侧仍包围着5s25p6的电子云，失去6s2电子及5d1或4f失去一个电子，形成4fx5s25p6的电子结构。稀土元素具有外层电子结构相同，且具有未充满的受到外层屏蔽的4f5d电子组态，因此有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射光谱，其光谱大约有30000条可观察到的谱线，导致了稀土元素的电子能级和谱线比其它元素丰富多样，它们在从紫外光、可见光到红外光区都有吸收或发射现象，这使得稀土材料成为一种良好的宽光谱吸收材料，使得稀土材料能够对各种光源产生的激光都具有良好的吸收特性，因此在相同的激光功率下可以雕刻出更深的雕痕。另外无机纳米稀土材料由于在尺寸上是纳米级别的，这就奠定了纳米填料补强的基本要求，粒径越小，与橡胶的自由体积相配越好，自身的杂质效应越小，另外，填料粒径越小，比面积越大，表面效应越强，因此能够有效改善复合材料的力学性能。同时由于无机纳米稀土的吸附补强作用，橡胶分子链倾向于强烈地吸附在稀土颗粒的表面上，增加了稀土粒子与橡胶的亲合性，而且吸附于稀土颗粒表面的橡胶分子链有一定活动能力，在应力作用下，能够在稀土粒子表面产生滑动，使材料中的应力重新分布，避免了应力集中，从而提高了橡胶的强度。 

本发明提出以无机纳米稀土材料与高分子材料复合(橡胶)，制备具有优异的激光吸收率的橡胶复合材料。所使用的稀土无机化合物为稀土氧化物，稀土氯化物，稀土硫化物，稀土碳酸盐，稀土硝酸盐，稀土硫酸盐或稀土氢氧化物，而且所有这些稀土无机物均为纳米无机物，这样做具有优良的吸光吸收率和一定的补强作用，并实现了降低成本的目的，即使用相同的激光光源可以雕刻出更深的雕痕，而且雕刻面较光洁。 

为达到以上目的，本发明一种易于激光雕刻的稀土/橡胶复合材料，其包含以下组分： 

其中所用的稀土元素为除钷(Pm)以外的钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，共16种元素；稀土元素在耐磨剂中以无机化合物的形式存在，所说的稀土无机化合物为稀土氧化物，稀土氯化物，稀土硫化物，稀土碳酸盐，稀土硝酸盐，稀土硫酸盐，稀土氢化物或稀土氢氧化物。所有这些稀土无机物均为纳米无机物。