۱-۴-۱-۳ فرسایش

پرتودهی توسط لیزرهای فرابنفش باعث فرسایش مواد از سطوح پلیمرها می‌شود. این پدیده که به فرسایش نور تجزیه‌ای^[۷۳] معروف است در سال ۱۹۸۲ کشف شد. عمق فرسایش ناشی از هر پالس در سطح پلیمر به ضریب جذب پلیمر بستگی دارد. هر چه ضریب جذب پلیمر بیشتر باشد، عمق فرسایش کمتر است و نور لیزر کمتر در تودۀ پلیمر نفوذ می‌کند. فرسایش نور تجزیه‌ای پلیمر توسط لیزر، ریز ساختارهای پایدار و متفاوتی را روی سطح پلیمر ایجاد می‌کند [۳۶].
هنگامی که یک پالس از پرتو فرابنفش جذب می‌شود، قسمت جلوی پالس پرتودهی توسط یک حجمی که سرانجام تبخیر شده، بلوکه و جذب می‌شود و این حجم به صورت غیر فعال و ساکن توسط دود حاصل از فرسایش محصولات، به طور جزئی بعد از فرسایش، به شکل رسوب به سطح جدید انتقال پیدا می‌کند. بیشتر انرژی منتقل شده به سطح توسط لیزر، به گرما تبدیل شده و دما را در سطح افزایش داده و در بعضی مواقع به بالاتر از نقطۀ ذوب پلیمر (برای پلی‌استر در حدود ۲۶۵ درجۀ سانتی‌گراد) می‌رساند. البته یک سرد شدن سریع هم ناشی از خصوصیات زودگذر و ناپایدار پرتودهی (به طوری که هرکدام حداقل ۲۵ نانو‌ثانیه به طول می‌ انجامد) رخ می‌دهد. به خاطر این‌گونه سرد شدن برای پلیمر‌های نیمه بلوری مانند پلی‌اتیلن‌ترفتالات، فقط این اجازه داده می‌شود که به یک حالت آمورفی برسند [۳۶].

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۱-۴-۱-۴ میزان آستانۀ شدت انرژی تأثیرگذار

نسبت برداشت یا تغییرات سطحی و عمق‌های میکرومتری متفاوتی ممکن است در پالس‌دهی لیزر پدیدار شود، که این‌ها به خواص پلیمر از قبیل خواص نوری مانند ضریب جذب، و آستانۀ فرسایش و همچنین به پارامترهای لیزر مانند تعداد پالس‌دهی، شدت لیزر و نسبت تکرار پالس لیزر نیز بستگی دارد [۴۸].
این را می‌دانیم که وجود آستانۀ شدت انرژی تأثیرگذار، یکی از مشخصه‌ های مهم لیزر اکسایمر، برای فرسایش سطح پلیمر است. همراه با افزایش ازدیاد طول الیاف (یعنی همراه با افزایش تنش‌های داخلی) آستانۀ شدت انرژی برای شکل‌گیری ساختمان‌ها کاهش پیدا می‌کند. علاوه بر اثر ضریب جذب در نظر گرفتن آستانۀ شدت انرژی تأثیرگذار، که وجود حداقل دانسیتۀ انرژی را نشان می‌دهد، مانند یک شرط دیگر مهم و تأثیرگذار برای ایجاد ساختمان‌های سطحی است. در شدت‌های بالای آستانۀ فرسایش، صداهایی شنیده می‌شود که علت عمدۀ آن حرکت ذرات تولید شده با سرعت فراصوت است [۳۸].

۱-۴-۲ تغییرات عوامل شیمیایی ناشی از پرتودهی سطوح توسط لیزر

برای توضیح تغییرات شیمیایی ایجاد شده توسط پالس‌دهی لیزر بر روی سطح، اندازه‌گیری‌هایی توسط طیف‌سنج فوتوالکترونی پرتو ایکس^[۷۴] صورت می‌گیرد. از نسبت‌های شدتی مطلق عناصر نسبت به همدیگر این نتیجه را می‌توان گرفت که به علت پرتودهی سطحی لیزر، محتوی عناصر سطحی چه تغییری پیدا کرده است. همچنین با توجه به اینکه ارتعاش‌های مولکولی نسبت به قدرت پیوند و پیکربندی آن‌ها حساسند، طیف‌سنج مادون قرمز تبدیل فوریه^[۷۵] روش مناسبی برای تشخیص اصلاح خواص سطحی پلیمر‌ها با لیزر است و به خوبی تغییر پیوندهای شیمیایی و بلورینگی حاصل از تجزیه نوری را نشان می‌دهد [۲۶،۴۲،۴۳].
تغییر عوامل سطحی ممکن است ناشی از شکل‌گیری لایه‌های نشست کرده، در اثر چسبیدن تعدادی از محصولات فرسایش یافته و موجود در دود و هالۀ سوختگی (سوختن به همراه فرسایش و کندگی تکه‌های خرد شدۀ مولکولی) ناشی از پرتودهی لیزر بر روی سطح باشد. هنگامی که این‌چنین نشست‌هایی از مواد، چسبندگی خوبی را از خود نشان دهند، این می‌تواند با اصلاح شیمیایی سطح مرتبط باشد. فرسایش لیزر به طور مکرر سبب نشست مواد سیاه و زرد بر روی سطوح عمل شده می‌شود، که دبریس^[۷۶] یا خرده مواد باقیمانده نامیده می‌شوند. منشأ اینچنین خرده مواد باقیمانده‌ای، می‌تواند سوختگی ناقص محصولات حاصل از فرسایش، در درون گرد و دود سفید رنگ^[۷۷] ناشی از پرتودهی و برگشت مجدد آن‌ها، از میان گرد و دود به سطح ساختمان فرسایش یافته باشد [۲۶].
روش‌هایی برای جلوگیری از ایجاد خرده مواد باقیمانده ابداع شده‌اند که در روش اول از احاطه کردن محیط عملکرد، توسط یک جریان سنگین گاز با هدایت گرمایی بالا مانند گاز هلیوم، بر روی ناحیه‌ای از پلیمر که تحت پرتودهی قرار می‌گیرد، استفاده شده است. روش دوم به راحتی برای منسوجات قابل استفاده است، که شامل اشباع سازی منسوجات توسط مایعات در طی پرتودهی است. نمونه‌های عمل شده با لیزر توسط آغشته سازی، باز هم همان ساختمان‌های سطحی مارپیچ‌شکل را، مانند آنچه که در قبل مشاهده شده است نشان می‌دهند [۲۶]. واکنش‌های شیمیایی اساسی ایجاد شده، در هنگامی‌که پلیمری تابشی را دریافت می‌کند، در جدول ۱-۱ ارائه شده است [۱۳].
جدول ۱-۱٫ واکنش‌های شیمیایی اساسی ایجاد شده، بعد از پرتودهی پلیمر [۱۳].

فعال سازی

P (polymer) ^Irradiation P* (activated)

تولید رادیکال و فعل انفعالات برشی

P* P^+• + e (electron)
P* P^• + X^• (X=H or Cl, etc.)
P* R₁^• + R₂^•
عملیات اتصالات عرضی

R^• + P (R-P) ^• (Cross Linked Molecule)
P^+• + P’ (P-P’)^{+ •} (Cross Linked Molecule)
P^• + P’ (P-P’) ^• (Cross Linked Molecule)

تشکیل گروه‌های پراکسید

P^• +O2 P-O-O^•
P-O-O^• + P’ POOH + P’^•
POOH R’₁+R’₂
تجزیۀ گروه‌های پراکسید و ایجاد رادیکال

POOH PO^• + HO^•
کوپلیمریزاسیون پیوندی

R^• (radical) + M (monomer)
RM₁^{• +M} RM₂^{• +M} … ^+M RM_n^•