Лазерні технології

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Аналітичний огляд сучасних лазерних установок та полімерних матеріалів

1.1 Можливості лазерних термічних технологій

Лазерні термічні технології (ЛТТ) впроваджуються в промисловість України, однак не досить інтенсивно. Найбільш широке застосування в промисловості одержало лазерне різання листових матеріалів як металевих, так і неметалевих [1]. Лазерне різання забезпечує швидкість різа: 10 м/хв, що розрізає сталевого листа товщиною до 15…20 мм, різання тонких листів (до 5 мм) забезпечує відмінну чистоту різа, для аркушів великої товщини - задовільну. Застосування лазерного різання (далі ЛР) рекомендовано при терміновому виконанні замовлення. Сучасні лазерні різальні машини оснащені комп'ютерною системою керування, що дозволяє швидко змінювати програму технологічного процесу вирізки окремих деталей. Ці властивості лазерного різального устаткування як найкраще відповідають умовам, у яких знаходиться сучасна промисловість України.

В основі лазерного різання лежить термічний вплив на матеріал поглиненого лазерного випромінювання. При падінні лазерного випромінювання на матеріал ефективність використання енергії лазерного пучка залежить від властивостей поверхні матеріалу, зокрема від коефіцієнта відбивання. Коефіцієнт відбивання являє собою відношення інтенсивності відбитої світлової хвилі до інтенсивності падаючого лазерного пучка і визначається оптичними характеристиками матеріалу і станом поверхні.

Сфери застосування лазерного різання різноманітні. Наприклад це POS-матеріали, такі як: цінникоутримувачі, підставки під продукцію, підставки під буклети та листівки, шелфтокери й стійки, а також лицьові панелі об'ємних літер, логотипи та будь-які декоративні елементи.

Так само технологія лазерного різання пластику застосовується при виготовленні різних кишень, пластикових папок, підставок для вітрин під мобільні телефони, ювелірних виробів і так далі.

Поверхнева обробка дуже активно розвивається в Україні, а також у промислово розвитих країнах Заходу, хоча перші дослідження в цій області належать вітчизняним дослідникам, зокрема вченим НТУУ «КПИ». В останні роки велику зацікавленість до цієї технології виявляють розроблювачі турбореактивних двигунів. Ці деталі працюють в екстремальних умовах, тому вимагають додаткової зміцнюючої обробки. Лазерна зміцнююча технологія - це багатофакторний процес, що залежить від більш ніж тридцяти різних факторів, що практично всі разом не можуть бути одночасно під контролем.

У наш час в україні працюють такі підприємства лазерних різальних комплексів: на ОАО «Завод Більшовик» (Київ), ЮТЗ «Зоря» (Миколаїв), у концерні «Лан» (Олександрія, Кіровоградської обл.) і ін. Зварені складові заготовки в Україні набудуть широкого застосування в сільськогосподарському машинобудуванні, а також в інших галузях промисловості.

Лазерні термічні технології можна широко впроваджувати в промисловість України тільки при порівняно низькій ціні устаткування. Вартість закордонних технологічних лазерів і лазерних технологічних комплексів обчислюється сотнями тисяч доларів. Оцінка показала, що вітчизняне виробництво технологічних лазерів і лазерних технологічних комплексів для різання, зварювання та інших ЛТТ буде в 2…3 рази дешевше закордонних. Спочатку 1990-х років в Україні була створена лазерна машина «Лазурит - 2,5» (рис. 1.1) на базі СО₂-лазера потужністю 2,5 кВт, розроблені і промислово вироблялися холодильники для лазерів, лазерна оптика та ін [2].



Рис. 1.1 Лазерна машина «Лазурит - 2,5» на базі СО₂-лазера.

Але незважаючи на це, згадане лазерне обладнання, створене в Україні, до теперішнього часу морально застаріло і вимагає модернізації. Відзначене обладнання відноситься і до технологічної апаратури на базі СО₂-лазера. Що стосується науково технологічного заділу для розробки могутніх твердотільних лазерів, то в нашій країні до теперішнього часу він ще не створений.

В основі лазерного різання лежить термічний вплив на матеріал поглиненого лазерного випромінювання. При падінні лазерного випромінювання на матеріал ефективність використання енергії лазерного пучка залежить від властивостей поверхні матеріалу, зокрема від коефіцієнта відбиття. Коефіцієнт відображення являє собою відношення інтенсивності відбитої світлової хвилі до інтенсивності падаючого лазерного пучка і визначається оптичними характеристиками матеріалу і станом поверхні.

На практиці часто використовують термін коефіцієнт поглинання, який характеризує поглинання матеріалом випромінювання з певною довжиною хвилі.

Коефіцієнт поглинання полімерів для інфрачервоного (ІЧ) - випромінювання (5…15 мкм) лежить в межі 0,86…0,98 мкм, а для видимого та ближнього інфрачервоного діапазону (~ 1 мкм) ці значення нижчі. На відміну від металів, в яких поглинання випромінювання відбувається в поверхневому в скін-шарі товщиною порядку 9…10 мм, товщина поглинаючого шару у полімерних матеріалах набагато більша, тобто в багатьох випадках лазерний нагрів можна вважати об'ємним. Механізм поглинання випромінювання в полімерах досить складний і може істотно відрізнятися в різних спектральних діапазонах. Ця обставина ускладнює визначати параметри лазерного різання полімеру розрахунковим шляхом. Тільки накопичені експериментальні дані дозволяють з деякою точністю вибирати параметри лазерного різання (рис. 1.2).

Рис. 1.2 Лазерне різання пластика

Лазерне різання пластика - один із сучасних способів розкрою цього матеріалу. Основною перевагою цього типу обробки пластика є можливість виготовлення складних форм. Лазерне різання пластика дозволяє реалізовувати найсміливіші дизайнерські задумки, у тому числі і варіанти ексклюзивного дизайну. Для лазерного різання пластику використовують газові лазери на основі суміші газів СО₂-He-N₂ [3].

Цей тип лазера дозволяє різати як метали, так і не метали, в тому числі пластик, оргаліт, деревину та багато іншого. Використання якісного обладнання визначає ціни лазерного різання пластику. У порівнянні з традиційними способами розкрою матеріалів лазерне різання пластика має цілий ряд незаперечних переваг:

· при лазерному різанні механічний вплив на матеріал відсутній;

· сфокусований лазерний потік дозволяє домогтися дуже гладкої «дзеркальної» поверхні;

· установка зрізу лазера становить менше 0,1 міліметра, що дозволяє виконувати деталі з високим ступенем точності взаємного прилягання;

· застосування лазерного різання можливе на легко деформованих і не жорстких деталях;

· використання технології лазерного різання дозволяє створювати отвори діаметром півміліметра;

· за рахунок великої потужності лазерного випромінювання забезпечується висока продуктивність процесу лазерної різки.

Лазерна різка дозволяє виготовляти вироби різної міри складності, у тому числі варіанти, які недоступні при використанні інших технологій різання.

Послуги лазерного різання пластику виконуються з великою точністю і з меншою кількістю відходів. При лазерному різанні потрібно менший допуск різа, а всі замовлення виконуються в самі стислі терміни і великими партіями.

Сфери застосування лазерного різання різноманітні. Наприклад це POS-матеріали (рис. 1.3), такі як: цінникоутримувачі, підставки під продукцію, підставки під буклети та листівки, шелфтокери й стійки, а також лицьові панелі об'ємних літер, логотипи та будь-які декоративні елементи [5]. Так само технологія лазерного різання пластику застосовується при виготовленні різних кишень, пластикових папок, підставок для вітрин під мобільні телефони, ювелірних виробів і так далі.

Ціни лазерного різання пластику відносно не високі, навіть з урахуванням високої якості продукції і при відсутності необхідності додаткової обробки. До того ж кількість виготовлених деталей практично не впливає на кінцеву вартість лазерного різання пластику.

Рис. 1.3. POS-матеріали

Різання пластика найбільш поширена в рекламній діяльності для виробництва pos-матеріалів, сувенірної продукції, табличок, шильдиків і т.д.

Швидкість різання 3 мм пластику на лазерній машині з СО₂ лазером потужністю 60 Вт звичайно становить 1…1,3 метра в хвилину. Ширина різу складає 0,1…0,2 мм, край близький до полірованого, і не вимагає подальшої обробки. На такій лазерній машині можна різати акрил, оргскло до 30 мм. Природньо, при збільшенні товщини швидкість різання падає. Залежність швидкості різання від потужності близька до лінійної. У порівнянні з фрезерними плоттерами лазерний верстат характеризується приблизно в 10 разів більшими швидкостями різання.

Для виробництва pos - матеріалів потрібно високоточний розкрій деталей виробу. Для розкрою елементів, як правило, застосовується лазерне обладнання з великим розкрійним столом до 1600х2000 мм. В якості сировини використовуються акрили, полістироли, петг і т.д. [1].

Для згинання пластику, використовується «струна», яка представляє собою стіл з натягнутою струною, на яку подають електричний струм і завдяки чому вона розігрівається.

Виріб кладуть на стіл над струною, і як тільки відбудеться нагрівання пластику, і він стане пластичним, його деформують і фіксують. Після того як пластик охолоне він «запам'ятає» свій стан.

Економічна перевага: Лазерне різання є вигідним вибором технології. Ретельний аналіз особливостей найбільш доступних різальних систем гарантує оптимальний результат у наступних аспектах [6]:

· зниження загальної роботи;

· збільшення якості продукції;

· технологічну перевагу;

· лазерне різання - це, перш за все, точний, чистий і тихий метод обробки матеріалу.

Крім того, лазерне різання має можливість виконувати роботи на складних профілях і з дуже маленькими променями кривизни. На відміну від традиційних систем різання, світло не має механічного тиску на частини. Лазерний безконтактний інструмент, який гарантує:

· повну відсутність механічного тиску на частини;

· відсутність зносу інструменту.

Можливість різання залежить від твердості матеріалу, покриття, або оброблюваної поверхні матеріалів. Лазерне різання також має високий ступінь автоматизації і гнучкості, і в змозі запропонувати: легкість інтеграції з іншими автоматизованими системами, дуже високу обрізну здатність, швидку можливість адаптації на зміни потреб виробництва. У багатьох випадках, лазерне різання може виробляти готові шматки, які не вимагають подальшої обробки (шліфування, видалення задирок, обробка і т.д.).

1.2 Верстати для обробки матеріалів

Рис. 1.4. Установка лазерного різання TRUMATIC LC-3030

Характеристики лазерної установки всесвітньо відомої фірми TRUMPF (Швейцарія) [7], що є визнаним лідером на ринку устаткування для якісного лазерного розкрою різних матеріалів. (рис. 1.4):

· товщина оброблюваного листа: 0,6 мм…20 мм;

· габарити оброблюваного листа: 1500ммх3000 мм;

· точність виконання програми: ± 0,1 мм;

· кромка різа: від Ra 3,2 на товщині 1 мм до Rz 320 на товщині 20 мм.

Основною областю застосування станків RV6L та RLP16 є різання накладки салону автомобіля (рис. 1.5, 1.6, 1.7). Перевага лазерного різання є одночасне ущільнення відрізу і скорочення етапів обробки.



Рис. 1.5 Лазерна установка, поєднана з комп'ютером, що дозволяє робити різання оргскла з максимальною якістю, незалежно від складності ліній

Рис. 1.6 Лазерне різання панелей з RV6L на лазері СО₂



Рис. 1.7 Станок лазерного різання RLP16 на лазері CO₂

Технологічний комплекс для розкрою листа серії ML (рис 1.8) використовується, як правило, для високопродуктивного, надточного автоматизованого розкрою високої якості. Завдяки конструкції портального типу з розміщенням лазера на центральній балці гарантується плавна лазерне різання та жорсткість переміщень. Головні галузі застосування даних верстатів: розкрій листів маловуглецевої і нержавіючої сталі, пластика, плексиглаза, а також дерева і т.д.

PRC лазер - це особливий технологічний комплекс з автоматичною заміною столу для завантаження після обробки. Ця функція дозволяє оптимізувати виробничий процес, спростити завдання оператора верстата і, як наслідок, значно збільшити показники продуктивності.



Рис. 1.8 Вид отримуваної продукції на установці лазерного різання листів серії ML

Американська компанія PRC лазер (рис. 1.9) займає лідируючі позиції в області виробництва високоякісних промислових лазерів великої потужності (1000…8000 Вт). Обладнання і пристрої для лазерного різання цієї фірми відрізняються унікальними технічними показниками: надійністю, тривалим експлуатаційним терміном, багатофункціональністю [8]. Ці верстати використовуються для обробки металів, деревини, пластика, паперу, комбінованих матеріалів та ін. Завдяки своїй потужності і продуктивності, лазерне різання з установками серії STS завоювали всесвітню популярність. З моменту свого заснування і до теперішнього часу компанія орієнтується на свій головний пріоритет у розвитку - використання інноваційних технологій у сфері різання металів.

Рис. 1.9 Установка PRC лазера

Устаткування лазерного різання PRC - технологічна швидкодіюча СО₂-установка безперервної дії, яка володіє високочастотним накачуванням. Завдяки сучасним технологіям, лазер забезпечує високу якість роботи і стабільні показники продуктивності (рис 1.10). Характеристики PRC лазера представлені в таблиці 1.

Рис. 1.10 PRC лазер

Використовується координатний стіл розміром 2000х4000 мм: габарити знімають практично будь-які обмеження по геометричній складності вирізаних виробів. Лазерне різання комфортне, завдяки зручному інтерфейсу системи числовому програмному керуванню (ЧПК) і простоті підготовки технологічного процесу за допомогою автоматизованої програми. Автоматичне розташування креслень заготовок на листі дозволяє досягати мінімальних втрат площі листа матеріалу при лазерному різанні.

Це загальна сукупність оптичних елементів, які знаходяться між вихідним вікном лазера і вхідним фланцем ріжучої головки. Назва «літаючої оптичної системи» обумовлено можливістю переміщення оптичних елементів у просторі

Таблиця 1. Опис PRC лазера

№	Опис	Модель	Кількість	Виробник
1	Система ЧПК	Siemens 840D	1	Siemens, Germany
2	Cервепривід і двигун	Siemens	4	Siemens, Germany
3	Лазер	STS 2000/2500	1	PRC, USA
4	Лінзи і дзеркала		1	USA
5	Водяна сист. охолодження	LS-350BX(G)	1	Zhuhai DVT
6	Високоточна зубчаста рейка		2	KHK, Japan
7	Напрямні кочення	HGW35	1	HIWIN, Taiwan
8	ШВП	25*10	1	HIWIN, Taiwan
9	ШВП	32*25	1	HIWIN, Taiwan
10	Напрямні кочення	LGH15	2	HIWIN, Taiwan
11	Напрямні кочення	HGW25	2	HIWIN, Taiwan
12	Пневматична система		1	SMC, Japan
13	Основні електронні елементи		1	Germany, Japan, USA

Оптичною траєкторією називається маршрут, по якому проходить лазерний пучок між точкою входу в розкрійний центр і точкою, де він виходить з форсунки, розташованої після фокусуючої лінзи. Пучок подається з боку рухомого порталу, потім він прямує на спеціальне дзеркало (під кутом 45 градусів відносно поверхні платформи, що несе деталь). Вертикальну спрямованість пучка задає дзеркало, яке встановлено у пристрої тривимірного регулювання. Вертикально спрямований пучок потрапляє на фокусуючу лінзу.

Фокусуюча лінза встановлюється в робочій головці (рис. 1.11). Форсунка, що випромінює пучок, знаходиться внизу робочої головки. При надходженні пучка в робочий центр він проходить три оптичні елементи: два дзеркала і одну лінзу. Внутрішній простір, що відокремлює фокусуючу лінзу і вершину форсунки, захищається від газу з форсунки, який знаходиться під тиском. Робоча головка розташовується в обладнанні автоматичного відстеження профілю, що забезпечує постійну фокусну відстань між лінзою і поверхнею оброблюваного матеріалу. Вся оптична траєкторія герметизована для того, щоб виключити можливість проникнення газів, здатних викликати забруднення оптичних і механічних елементів. Виходячи з налаштувань потужності установки для лазерного різання, застосовується охолодження оптичних об'єктів, які знаходяться на шляху проходження лазерного пучка з метою їх захисту від надмірного перегріву. Лазерне різання забезпечує безпрецедентну якість продукції, адже в комплектацію обладнання входять відбиваючі дзеркала і фокусуюча лінза [9].

Лазерний пучок зберігає свої властивості на великій відстані, завдяки використанню оптичних пристроїв. Ця особливість дозволяє застосовувати літаючу оптику з метою обробки заготовок з розмірами до 4000х2000 мм без операції перепозиціонування. Для ведення всіх осей використовуються прецизійно-шліфовані, загартовані сталеві направляючі прямокутного перерізу. Направляючі охороняються від забруднення та ударного впливу за допомогою металевих щитків, або гофр.

Лазерне різання захищене від певних агресивних видів навколишньої атмосфери завдяки направляючих переміщень, закапсульованих під невеликим тиском.

П'ять переваг даного типу лазера:

· Найбільша перевага лазерного обладнання полягає у відсутності постійних витрат. Лазер це одноразове вкладення грошей, єдина амортизація, яка відбувається, це ресурс випромінювача.

· Лазерне гравірування здійснюється безконтактним методом, який дозволяє обробляти м'які і гнучкі матеріали.

· Простота в роботі і обслуговуванні. Немає необхідності яким-небудь чином закріплювати матеріал, потрібно просто положити його на робочу поверхню апарату і провести різання або гравіювання.

· Пряма робота з векторними програмами CorelDRAW і AutoCAD.

· Робота через USB інтерфейс. Невеликі ресурси дозволяють відправляти завдання навіть з ноутбука.

Привід осей системи переміщення по осях функціонує завдяки сервоприводу змінного струму, кулько-гвинтової передачі та лінійних направляючих, що характеризуються великою швидкістю спрацьовування. Електродвигуни приводу встановлені таким чином, щоб виключалися механічні люфти при зміні напрямку переміщення по осі.



Рис. 1.11 Головка Precitec

Головка Precitec, оснащена датчиком місткості, який спільно з відповідними електронними пристроями та програмним забезпеченням, може автоматично регулювати відстань між форсункою і оброблюваним матеріалом.

Система лазерного різання включає в себе:

· фокусуючу головку і датчик;

· підсилювач сигналу;

· блок управління відстанню;

· інтегрування в ЧПК (рис. 1.12).

Ємнісний сигнал при лазерного різання перетворюється підсилювачем у ВЧ-сигнал, особливості процесу залежать від відстані між форсункою і матеріалом.

Потім ВЧ-сигнал перетвориться в сигнал, аналогічний тому, який управляє віссю Z. Лазерне різання в цьому випадку відбувається за допомогою електронного блоку обладнання. Для цієї програми було розроблено спеціальне програмне забезпечення. Технологія забезпечує можливість роботи як в режимі відпрацювання одиночної технологічної послідовності, так і можливість програмування позиції осі Z або автоматичного безперервного контролю пристроєм відстеження контуру осі Z. При розробці системи автоматизованого керування обробкою були задіяні найсучасніші рішення в області лазерного різання. Завдяки надійній і багатофункціональній системі ЧПК Siemens 840D забезпечуються:

· високі показники швидкості при обробці даних;

· лазерне різання з оптимальною взаємодією всіх систем установки;

· зручність і простота в експлуатації;

· лазерне різання при максимальній автоматизації процесів.

Рис. 1.12 Числове програмне керування

Тип ЧПК:

· модульна мікропроцесорна система ЧПК безперервної дії з інтегрованим ПК;

· склад системи ЧПК;

· компактний логічний модуль (стійка і ПК) і панель управління панель управління з 10.4 «TFT кольоровим дисплеєм і 3,5» дисководом панель зовнішнього ПК;

Система геометричних вимірювань і контролю положення:

· точність: 0.001 mm;

· роздільна здатність: 0.0005 mm;

· метрична або дюймова система введення даних-одне вихідне положення на кожну вісь;

· 3D інтерполяція.

Ручне програмування:

· програмування в полярних і прямокутних координатах;

· контурне програмування. корекція діаметру променя при контурній різці шляхом розрахунку точок фокусування Введення / виведення даних:

1. програмування під час роботи;

2. ручне введення даних через клавіатуру;

3. режим навчання, відпрацювання програми, збереження координат в основній програмі або підпрограмах;

4. універсальний інтерфейс RS 232 C (V24) (на електрошафі);

5. введення / виведення даних з панелі оператора або з зовнішнього ПК;

6. видалення програм через універсальний інтерфейс;

Программа:

· ємність накопичувача для зберігання ЧПК програм: 32 Mb RAM, 2 Gb жорсткий диск;

Компенсування:

· корекція діаметру променя при контурній різці шляхом розрахунку точок фокусування;

· корекція швидкості різання 0…120%;

· корекція швидкості позиціонування від 0 до 100%.

Діагностика:

· підпрограми дотримання безпеки знаходяться в постійно активному режимі і здійснюють контроль температури, живлячої напруги, обсягу пам'яті, статусу кінцевих вимикачів;

· виведення повідомлень про нештатні режими роботи і на дисплей панелі оператора і зовнішній ПК;

· індикація стану внутрішнього мікропроцесорного модуля;

· контурний моніторинг;

· дистанційна діагностика через інтерфейс RS232C.

Передбачена можливість керування всією установкою (машина і лазер) з посади керування в певному місці.

У комплект поставки включена CAD / CAM програма для програмування установки з ПК (в тому числі і по внутрішньоцеховій мережі). У цьому технологічному комплексі реалізована внутрішня контурна система охолодження вода-вода. Також відбувається водяне охолодження дзеркал, що входять до складу лазерного резонатора.

Таким чином, практика лазерної обробки матеріалів підтверджує величезні можливості лазерних технологічних процесів, які дозволяють ефективно вирішувати великі виробничі завдання. При цьому застосування лазерної техніки виводить виробництво на новий високоінтелектуальний рівень, на рівень технологій майбутнього сторіччя.

1.3 Властивості та види полімерів

Як показала практика наплавлення, легування, аморфізація і термообробка менш поширені, чим ЛР і ЛС. різних деталей мікроелектроніки. Висока якість очистки головним чином досягається завдяки значній поглинаючій здатності різних органічних матеріалів (зокрема, полімерних ізолюючих покрить) в умовах їхнього опромінення інфрачервоним променем лазерів з довжиною хвилі л=10,6 чи 1,06 км. Така технологія також використовується для очищення поверхонь відповідальних деталей від промислового бруду, різного роду поверхневих включень у матеріалі та ін., замість традиційних хімічних методів очищення [10].

Полімерні матеріали та полімерні композиції, які мають дуже різноманітні властивості, завоювали важливе місце в сучасній техніці. Загальний світовий обсяг їх споживання зростає.

В армованих полімерних композиційних матеріалах (ПКМ) (рис. 1.13) реалізовані високі пружно - міцнісні властивості різних волокон. При поєднанні міцності та модуля пружності, армовані ПКМ з односпрямованою орієнтацією волокон істотно перевершують всі сучасні металеві конструкційні матеріали, маючи при цьому низьку щільність.

Рис. 1.13 Армовані полімери

Основною особливістю армованих пластиків є яскраво виражена анізотропія їх механічних властивостей, обумовлена орієнтацією волокон в матриці в одному або декількох напрямках. Вибір орієнтації обумовлюється розподілом напружень в елементах конструкцій.

Головним елементом будь-яких структур армованих пластиків є односпрямований шар, що складається з паралельно орієнтованих армуючих елементів волокон, ниток, джгутів стрічок або порожнин. Як орієнтуючі волокна використовують кілька видів вуглецевих, органічних на основі гнучко - і жорстко-цінних полімерів, борні, скляні та ряд інших.

Можна виділити наступні види армованих пластиків:

склопластик - ВМП; вуглепластик - ПКН-П; ЕЛУР; органопластік - Армос, Русар.

Найбільшою областю застосування ПКМ залишається аерокосмічна та автомобільна промисловості, товари народного споживання.

Неармовані полімерні матеріали (рис. 1.14) - це високомолекулярні речовини, молекули яких (мікромолекули) складаються з великого числа повторюваних угруповань, або молярних ланок, з'єднаних між собою хімічними зв'язками. Число ланок характеризує ступінь полімеризації. Полімери можуть мати природні (целюлоза, натуральний каучук) і штучне (поліетилен, полістирол, поліаміди та ін) походження [11].

Рис. 1.14 Неармовані полімерні матеріали

Добавки, які вводять в суміші при виготовленні полімерів, служать для додання їм властивостей, якими повинні характеризуватися готові вироби, або для полегшення їх переробки. Вони можуть виконувати роль наповнювачів, пластифікаторів, стабілізаторів, барвників, мастил і т.д. Як добавки використовують речовини, що мають полімерну або мономірну природу і знаходяться в твердому, рідкому або газоподібному стані. Властивості полімерів-міцність, теплостійкість, твердість, теплопровідність і т.д. Вони залежать від хімічної будови елементарних ланок, величини структури та форми макромолекул, а також від молекулярної організації. Значною мірою властивості полімерів визначаються силами, що зв'язують атоми в основному ланцюзі макромолекул і силами взаємодії між сусідніми макромолекулами. Підвищення міцності і теплостійкості може бути досягнуто введенням в полімер полімерних груп, що призводить до виникнення кулонівських сил притягання між протилежними полюсами близько розташованих макромолекул.

Властивості полімерів значною мірою визначаються і складом основного полімерного ланцюга, який може бути побудований тільки з вуглецевих атомів (карбоцепні полімери), або може містити крім вуглецю атоми кисню, сірки, азоту (гетероцепні полімери), атоми кремнію, титану, алюмінію, нікелю, бору (елементоорганічні полімери).

Основні фізичні і механічні властивості полімерів залежать не тільки від їх хімічної будови, але і від надмолекулярної організації. Всі полімери можна розділити на кристалічні і аморфні.

Кристалічні полімери (рис. 1.15) характеризуються наявністю порядку, як в розташуванні окремих ланцюгів, так і в розташуванні окремих ланок у всіх напрямках у просторі і на досить великих відстанях (дальній порядок). Тому будову вуглецевих ділянок може бути охарактеризовано параметрами елементарної комірки, як і для низькомолекулярних кристалів [12].

Рис. 1.15 Кристалічні полімери

В аморфних полімерах така однотипна просторова впорядкованість зберігається лише на малих відстанях - 10…15 А від будь-якої точки (ближній порядок). Більшість методів обробки полімерів супроводжується введенням енергії, яка, так чи інакше, перетворюється на теплову енергію. Тому здатність полімерів до обробки залежить, в першу чергу, від поведінки при нагріванні.

За реакцією на нагрів полімери діляться на термопластичні і термореактивні. Властивості та будова термопластичних полімерів (термопластів) не змінюються при нагріванні і наступному охолодженні. Полімери, які при нагріванні набувають просторову структуру, незворотньо втрачаючи здатність плавитися, називають термореактивними (реактопласти).

У зв'язку з цим лазерний промінь як джерело нагрівання при термічній обробці матеріалів має як загальні особливості, властиві всім іншим висококонцентрованим джерелами, так і свої специфічні переваги, серед яких можна виділити дві великі групи.

1. Висока концентрація енергії, що підводиться і локальність. Це дозволяє зробити обробку тільки локального ділянки матеріалу без нагрівання решти об'єму і порушення його структури і властивостей, що приводить до мінімального жолоблення деталей. В результаті досягаються економічні та технологічні переваги. Крім того, висока концентрація енергії дозволяє провести нагрівання та охолодження оброблюваного обсягу матеріалу з великими швидкостями при дуже малому часу впливу. В результаті відкривається можливість отримання унікальної структури і властивостей обробленої поверхні.

2. Висока технологічність лазерного променя, що передбачає можливість регулювання параметрів обробки в дуже широкому інтервалі режимів, легкість автоматизації процесу, можливість обробки на повітрі, виключення механічного впливу на оброблюваний матеріал, відсутність шкідливих відходів, можливість транспортування випромінювання та ін В результаті вдається реалізувати такий широкий круг технологічних процесів і методів обробки матеріалів (зварювання, наплавлення, маркування, гарт, різання та ін), який недоступний іншим видам інструменту [13].

Найбільш поширеними полімерами є наступні:

* поліолефіни - поліетилен, поліізобутилен, поліпропілен, полівініл-циклогексан та ін;

* хлормістимі полімери-полівінілхлорид (ПВХ), пенополівінілхлориди (ПВХ - 1, ПВС - 1, ПВХЕ), полістирол (ПС), АБС - пластики;

* акрилові пластики - поліметілакрілат (ПММА);

* поліаміди (гетероцепні полімери) - капрон, фенілон;

*поліефіри (поліконденсаційні полімери) полікарбонати, поліетилентерефталат;

* фторопласти (фторлон) - фторлон Ф - 4М, Ф - 40 і ін [14].

2. Фізичний принцип взаємодії лазерного випромінювання з полімерними матеріалами

2.1 Принцип дії, будова та характеристики СО₂ лазера

Молекулярні газорозрядні лазери (молекулярні ГРЛ) широко застосовуються в різних галузях, в тому числі і в медицині. Відомо більше 100 типів молекулярних ГРЛ, що випускаються як вітчизняними, так і зарубіжними фірмами [15].

У якості активного середовища в основному використовується газ СО₂ з різними домішки (N₂, He), які забезпечують підвищення потужності випромінювання і ККД цих приладів.

На рис. 2.1 наведені схеми енергетичних рівнів основних електронних станів молекул СО₂ і N₂. Оскільки N₂ є двоатомною молекулою, вона має лише одну коливальну моду, два нижніх енергетичних рівні якої (н = 0, н = 1) показані на малюнку.

Рис. 2.1. Нижні коливальні рівні основного електронного стану молекул СО₂ і N₂ (для простоти рисунку тут не показані обертальні рівні)

Структура енергетичних рівнів молекули СО₂ більш складна, оскільки ця молекула є лінійною трьохатомною. Тут є три невироджені коливальні моди (рис. 2.2), а саме:

1) симетрична валентна мода;

2) деформаційна мода;

3) асиметрична валентна мода.

Рис. 2.2. Три фундаментальні коливальні моди молекули СО₂: (н1) симетрична валентна мода, (н2) деформована мода, (н3) асиметрична валентна мода

Тому коливання молекули описуються трьома квантовими числами n₁, n₂, n₃, які визначають число квантів у кожній коливальній моді. Це означає, що енергія, яка відраховується від нульового рівня, задається за допомогою виразу (2.1)

Е = hн₁ + hн₂ + hн₃, (2.1)

де н₁, н₂ і н₃ - резонансні частоти трьох мод.

Генерація відбувається на переході між СО₂ і 10⁰0 рівнями (л = 10,6 мкм), хоча також можна отримати генерацію і на переході між рівнями 00° 1 і 02⁰0 (л = 9,6 мкм). Накачку на верхній лазерний рівень 10⁰0 ефективно завдяки наступним двом процесам:

1) безпосередні зіткнення з електронами. Очевидно, що основний тип зіткнень, який слід розглянути, має вигляд (2.2):

е + СО₂(000) > е + СО₂(001). (2.2)

2) резонансна передача енергії від молекули N₂. Цей процес має також велику ефективність завдяки тому, що різниця енергій між збудженими рівнями двох молекул невелика (?Е = 18 см^-1). Крім того, дуже ефективним є процес збудження молекули N₂ з основного стану на рівень н = 1 при зіткненнях з електронами

З точки зору конструкції цього СО₂ лазера можна розділити на вісім типів:

1) лазери з повільною поздовжньої прокачуванням;

2) відпаяні лазери;

3) хвилеводні лазери,

4) лазери з швидким поздовжнім прокачуванням;

5) лазери з дифузійним охолодженням;

6) лазери з поперечним прокачуванням;

7) лазери з поперечним збудженням при атмосферному тиску (TEA лазери);

8) газодинамічні лазери.

Дослідження проводилися за допомогою відпаяного типу СО₂ лазера. Тому конструкцію даного типу лазера розглянемо детальніше.

Відпаяний лазер являє собою подальший розвиток лазера з повільним поздовжнім прокачуванням. У лазері з повільним поздовжнім прокачуванням газова суміш повільно прокачується уздовж лазерної трубки лише для того, щоб видалити продукти дисоціації, зокрема СО, які забруднюють лазерне середовище (рис. 2.3).

Якщо у пристрої, показаному на рис. 2.3, зупинити прокачування газової суміші, то через кілька хвилин генерація припиниться, оскільки продукти хімічної реакції (зокрема, молекули СО), які утворюються в розряді, будуть не видалятися, а поглинатися стінками трубки або почнуть взаємодіяти з електродами, порушуючи таким чином рівновагу в суміші СО₂-СО - СО₂.



Рис. 2.3. Схематичне зображення СО₂ лазера з поздовжньою прокачкою газу

Зрештою, це призведе до дисоціації великого числа молекул СО₂ у газовій суміші. Щоб забезпечити регенерацію молекул СО₂ з СО, в газорозрядній трубці відпаяного лазера повинен перебувати певний каталізатор. Для цього в газову суміш можна просто додати невелику кількість парів води (близько 1%). В даному випадку регенерація молекул СО₂ здійснюється завдяки такій реакції (2.3):

СО*+ОН>СО₂ *+Н, (2.3)

в якій беруть участь коливально-збуджені молекули СО і СО₂. Потрібну порівняно невелику кількість парів води можна отримати, додаючи в розряд газоподібний водень і кисень. Насправді в суміш необхідно додавати тільки водень, оскільки кисень утворюється в процесі дисоціації молекул СО₂ [16].

Інша можливість ініціювання реакції релаксації заснована на використанні гарячого (300°С) нікелевого катода, який грає роль каталізатора. Застосування цих методів призвело до створення відпаяних трубок з довговічністю більше 10 000 годин.

Вихідна потужність відпаяних лазерів з одиниці довжини становить близько 60 Вт/м. Малопотужні (близько 1 Вт) відпаяні лазери з коротким резонатором (дозволяє працювати в одномодовому режимі) нерідко застосовуються в якості гетеродинів в експериментах по оптичному гетеродинванні.

Відпаяні СО₂ лазери з більш високою потужністю (порядку 10 Вт) широко використовуються в лазерній мікрохірургії, а також у мікрообробці.

Основні параметри СО₂ лазерів наведені в таблиці 1.

Таблиця 1. Характерні параметри СО₂ лазерів

Тип лазера	Довжина хвилі, л, мкм	Енергія в імпульсі, Е, Дж	Тривалість імпульсу, ф, с	Частота імпульсів, f, Гц	Потужність (непер.), Р, Вт	Кутова розбіжність, б, мрад	ККД, з, %
Імпульсний режим
СО2 з радіочастотною накчкою	10,6	5*10-2	10-4	100-2500	_	4	?10
СО2-ТЕА	10,6	10-1 20	10-5 10-6	102 200	_	2,5 10	?10 ?10
Неперервний режим
СО2,з повільною поздовжньою накачкою	10,6	_	_	_	100-1000	1	10
СО2,високої потужності	10,6	_	_	_	200	1,5	12
З повільною поздовжньою накачкою, дифузне охолодження, багатопроменевий	10,6	_	_	_	До 3 КВт/м	1	9
З швидкою поздовжньою накачкою, конвективне охолодження	10,6	_	_	_	До 5 КВт/м	1,3	8
З поперечною прокачкою, конвективне охолодження	10,6	_	_	_	До 100 КВт/м	1,5	?10
Газодинамічни, конвективне охолодження	10,6	_	_	_	Більше 100 КВт/м	1,5	1

2.2 Взаємодія лазерного випромінювання з полімерами

лазерний верстат полімер випромінювання

Лазерне різання полімерних і композиційних матеріалів широко використовується в технологічних процесах виготовлення виробів. Використання лазерного випромінювання (ЛВ) дозволяє вирішувати складні технічні завдання, автоматизувати технологічні процеси, значно підвищити продуктивність і якість виробів [17].

В основі процесу лазерного різання полімерів і композитів лежать термохімічні і термофізичні механізми руйнування матеріалів. Енергія лазерного випромінювання поглинається матеріалами, перетворюється в тепло, яке викликає швидке нагрівання і руйнування матеріалу.

Ефективність лазерного руйнування полімерних матеріалів залежить від кількості поглинутої енергії при певній густині потужності. При дії інфрачервоного (ІЧ) лазерного випромінювання (СО₂, СО - лазери) на полімери і композити, відбувається поверхневе поглинання енергії, глибина шару складає від часток до десятків мікрометрів і залежить від складу полімеру і композиту. Час релаксації лазерної енергії в тепло в полімерних матеріалах складає 10…12 - 3…10 с, що є високоінтенсивним джерелом нагрівання [18].

На процес руйнування полімерних матеріалів великий вплив мають теплофізичні властивості матеріалу. Для більшості полімерів коефіцієнт теплопровідності лежить в межах (0,15, 0,50) * 10^-2 Вт / см * К. Полімери є поганими провідниками тепла і всі ефекти, пов'язані з руйнуванням, будуть поверховими.

Процеси руйнування полімерів під лазерним випромінюванням мають відмінні риси, в порівнянні з металами. Кінетика і механізм лазерного руйнування полімерних матеріалів залежать від їх будови і сильно різняться, що створює певні складності в узагальненні фактів процесу руйнування полімерів [19].

Полімери поділяються на три категорії в залежності від поведінки їх при лазерному впливі:

* полімери, які плавляться і розбризкуються;

* полімери, що утворюють на поверхні шар вугілля;

* полімери, що випаровуються без залишку.

До першої групи входять в основному термопластичні полімери: поліетилен, поліпропілен, поліетилен-сукцинат, нейлон, капрон, полістирол, поліметилметакрилат (ПММА).

До другої групи належать, насамперед, ароматичні термоактивні полімери (полібензімідазол, поліціанурати, поліфенілени), а також деякі термопласти (поліфеніленоксід, поліфенілхіноксалін, поліарілат тощо), полікарбонат (ПК), поліфторхлоретілен (ПТФХЕ).

До третьої групи належать полімери: політетрафторетилен (ПТФЕ), поліметілстірол, поліетілметакрілат, а також ПММА і ПС. Складність вибору технологічних режимів лазерного різання неметалевих композиційних матеріалів полягає в тому, що армуючі волокна і сполучні мають різні характеристики, такі як теплопровідність, температури випаровування і плавлення, оптичні властивості для заданих довжин хвиль та інші. Теплопровідність волокна є анізотропічною властивістю, тоді як для сполучного - це об'ємна властивість [20].

Результати експериментальних досліджень з лазерного різання полімерних матеріалів показали, що різниця в теплофізичних властивостях у складових матеріал компонентів потребує оптимізації енергетичних і просторових параметрів лазерного випромінювання, що використовується для різання, а також швидкості різання. Для забезпечення високої якості різа необхідно використовувати одномодове випромінювання з гаусовим розподілом, яке забезпечує локальність нагріву і руйнування композиту. Вивчаючи дію лазерного випромінювання з різними довжинами хвиль було встановлено, що композити на основі склотканини (Т10 + ЕБСМ тощо), органотканей (СВМ + ЕЛУР - 008ПА), вуглеволокон (УТ - 900-30А) можна різати лазерним випромінюванням СО₂ - лазера, АІГ - лазера і Сі - лазера відповідно 10,6 мкм; 1,06 мкм і 0,578 мкм. Необхідно зауважити, що якість різу підвищується при використанні імпульсно-періодичного характеру випромінювання.

Лазерне різання неармованих полімерів має свої особливості, які залежать від теплофізичних властивостей оброблюваних матеріалів [21]:

Різка акрилового скла (рис. 2.4). Звичайний режим лазерного різання являє собою процес впливу лазерного випромінювання на матеріал, переміщення зони впливу і подача стисненого повітря в зону впливу. Поверхня різа має характерну шорсткість у вигляді «зубців», це обумовлюється фізикою процесу лазерного різання в даному режимі.

Рис. 2.4 Різання акрилового скла

Режим полірувального різу. При цьому режимі стиснене повітря не подається в зону різа, швидкість різа зменшується. При цьому під впливом лазерного випромінювання відбувається розплавлення поверхні різа і під дією сил поверхневого натягу утворюється полірована поверхня. На кольоровому акриловому склі ефект полірованого різу виражений слабше. Слід зауважити, що акрил схильний до утворення мікротріщин з торця різу.

Різання спінених ПВХ пластиків (рис. 2.5). Торцева поверхня різу має коричневий колір. Утворені в процесі різання пари ПВХ вбираються в пористу поверхню різа, надаючи їй темне забарвлення на деяку глибину. Збільшення подачі повітря в зону різа трохи знижує чорноту різу, що переходить у світло-коричневу.

Рис. 2.5 Листи зі спіненого ПВХ

Різання полістиролу. При різанні полістиролу переважають процеси плавлення. Якщо в зону різання подається стиснене повітря при невеликому тиску, то на нижній поверхні різа утворюється, облой. При збільшенні тиску облой, зменшується, але утворюються ниткоподібні продукти руйнування, видуває із зони різання. Швидкість різання полістиролу трохи менше ніж в акрилового скла [22].

Різання поліефірного скла ПТЕФ. Даний матеріал добре ріжеться лазерним випромінюванням. Торцева поверхня різу прозора, шорсткість трохи менше ніж в акрилового скла.

Потужне лазерне випромінювання, при взаємодії з полімерами виникають незворотні зміни їх структури. Використовуваний метод відноситься до калориметричних, в якому для реєстрації поглиненої потужності випромінювання фіксуються теплові ефекти в зразку Випромінювання лазера, промодульованою звуковою частотою, проходить через вікно оптико-акустичної комірки (ОАК) і частково поглинається в досліджуваному зразку. У результаті безвипромінювальних релаксаційних переходів відбувається періодичне нагрівання зразка з частотою, рівною частоті модуляції.

У процесі теплопередачі частина теплового потоку передається навколишньому газу, періодичне нагрівання якого призводить до зміни тиску в ОАК. Згідно одномірної моделі «акустичного поршня», освітлення оптико-акустичного сигналу (ОАС) відбувається, в основному, за рахунок нагрівання від зразка тонкого приповерхневого шару.

Цей шар при періодичному тепловому розширенні діє подібно поршню, викликаючи зміну тиску газу в ОАК. Спільне рішення рівнянь теплопровідності і газової динаміки в рамках одномірної моделі акустичного поршня приводить до виразу для інтенсивності ОАС

- (2.4)

де Р, Т, V - тиск, температура газу та обсяг ОАК відповідно; h - товщина зразка; l - довжина теплової дифузії в зразку; A - температуропровідність зразка; теплопровідності газу, відповідно; J - відношення теплоємності газу при постійних тиску і об'ємі; q₀ - густина потужності лазерного випромінювання на зразку; S - площа зони опромінення.

Рівняння (2.4) не враховує виділення або поглинання енергії за рахунок теплових ефектів у фізико-хімічних процесах, що відбуваються в матеріалі, і може бути використано для аналізу та оцінки ОАС в «інертній» речовині, в якій при лазерному нагріванні не відбуваються ці процеси. У цьому випадку генерація звуку обумовлена тепловим розширенням, нагріваються ділянки матеріалу і навколишнього газового шару, а оптико-акустична крива (ОАК) - залежність від q₀ - носить лінійний характер [23].

Одержуваний оптико-акустичним методом енергетичний спектр дозволяє кількісно визначити порогове значення q₀, якісно оцінити інтенсивність теплових ефектів при протіканні фізико-хімічних процесів. Для вивчення основних стадій і порогових характеристик дії лазерного випромінювання на матеріали був використаний оптико-акустичний метод, який базується на встановленому факту зміни інтенсивності акустичного сигналу внаслідок фізико-хімічних перетворень в досліджуваному зразку. Ці перетворення, що супроводжуються екзо або ендотермічним ефектом, призводять до відхилення від лінійного закону оптико-акустичної кривої, що характеризує залежність від q₀.

Дослідження виконувалися за допомогою безперервного СО₂-лазера. В якості основних характеристик випромінювання вимірювалися і розраховувалися енергетичні характеристики: потужність лазера Р₀ і щільність потужності q₀ на поверхні матеріалу (вимірювалися після проходження лазерним променем оптичної системи); порогові значення густини потужності випромінювання. Для реєстрації енергетичного спектру та визначення порогових характеристик взаємодії лазерного випромінювання з матеріалами була створена установка, схема якої наведена на рис 2.6.

Рис. 2.6. Схема експериментальної оптико-акустичної установки:

1 - СО₂-лазер; 2 - аттенюатор; 3 - блок регулювання густини потужності; 4 - вимірювач потужності ІМО-2; 5 - поворотне дзеркало; 6 - оптико-акустична комірка; 7 - зразок; 8 - підсилювач; 9 - осциллограф.

Випромінювання безперервного СО₂-лазера (1) промодульованим аттенюатором (2), після оптичної системи, що складається з блоку тонкого регулювання щільності потужності (3), потрапляє в оптико-акустичну клітинку (6), в якій знаходиться зразок (7). Коливання тиску газу в оптико-акустичної осередку реєструються мікрофоном, сигнал з якого після проходження підсилювач (8) виводиться на цифровий запам'ятовуючий осцилограф (9) типу С9-8 [24]. Оптична система призначена для задання необхідної густини потужності лазерного випромінювання. Блок (3) точного регулювання густини потужності представляє собою набір плоскопаралельних CsJ - пластин.

Дослідження проводились в режимі дискретного сканування q₀, що дозволяє простежити часовий хід ОАС як перехідної функції на зовнішній вплив, і з вигляду ОАС визначити порогові характеристики деструкційних процесів. Отримані оптико-акустичні діаграми приведені на рисунках 2.7, 2.8.

Інтерпретувати дані діаграми можна таким чином: першій стадії відповідає лінійна ділянка ОА-кривої, що характеризує пружні коливання як окремих фрагментів, так і всієї полімерної системи. Лінійна залежність від q₀ показує, що внаслідок зниження q₀ зразок не акумулює кількість тепла, яке необхідне для початку деструкційних процесів.

Рис. 2.7 Оптико-акустична діаграма



Рис. 2.8 Оптико-акустична діаграма

Вплив лазерного випромінювання не призводить до зміни агрегатного стану полімерної системи, а генерація звуку обумовлена тепловим розширенням ділянок матеріалу, що нагріваються випромінюванням, і теплопередачею в газовому шарі. Зі збільшенням густини потужності q₀ (друга стадія процесу (рис. 2.8)) зростає сумарна кількість тепла, що виділяється в опроміненій зоні матеріалу [25].

ОА-крива на цій стадії має складний характер. Друга стадія характеризується наявністю екзо і ендотермічних ефектів. Подальше підвищення q₀ призводить до швидкого утворення конденсованої структури (типу піровуглецю). ОА-крива виходить на лінійний відрізок. Подальший лінійний характер кривої обумовлений тепловим розширенням і, внаслідок цього, термопружнними коливаннями утворюється конденсована структура.

У ході експериментальних досліджень виявлено, що при густині потужності лазерного випромінювання в інтервалі 0…7,3 Вт/смІ оптико-акустичний сигнал для всіх досліджуваних матеріалів має лінійну залежність, що свідчить про відсутність протікання в даних матеріалах процесів руйнування. При перевищенні енергетичного порога починаються деструкційні процеси, різні для досліджуваних матеріалів. Була вивчена динаміка деструкційних процесів та отримані залежності, що дозволяють визначити порогові характеристики впливу потужного лазерного випромінювання на полімери [26].

Також проведені експерименти з лазерного різання досліджуваних полімерів, представлених вище. Для цього розробили і виготовили установку, зображену на рис 2.9.

Рис. 2.9 Схема експериментальної установки:

1 - СО₂-лазер, 2 - оптико-механічний блок, 3 - збиральна лінза, 4 - досліджуваний зразок; 5 - двокоординатний самописець, 6 - пристрій сполучення з комп'ютером; 7 - IBM PC

Для досягнення найкращих параметрів лазерного різання було підібрано оптимальну відстань від лінзи до зразка (рис. 2.10).



Рис. 2.10 Визначення оптимальної відстані від лінзи до зразка

З графіка на рис. 2.10 видно, що найкращі параметри різа досягаються при відстані між лінзою і матеріалом L = 7,6 см.

Рис. 2.11 Залежність ширини різу від швидкості переміщення лазера для оргскла і вініпласту



Рис. 2.12 Залежність ширини різу від швидкості переміщення лазера для вуглепластика

Незмінність ширини різу вздовж волокон можна пояснити тим, що структура вуглепластика (рис. 2.12) вздовж армуючих волокон ізотропа володіє однаковим коефіцієнтом поглинання, внаслідок чого вплив потужного лазерного випромінювання в даному напрямку протікає однаково, незалежно від швидкості переміщення сопла установки щодо матеріалу [27].

Представлений короткий аналіз видів полімерних матеріалів і композитів, показує складність механізму руйнування при лазерному впливі. Оптимальні параметри лазерного різання цих матеріалів залежать як від структури матеріалів, так і від способу їх отримання, і від складу. Вибір обробки залежить від оптичних властивостей полімерів.

3. Розрахунок розподілу температури лазерного випромінювання в об'ємі поліетилену

3.1 Основні характеристики поліетилену

Поліетилен - термопластичний полімер, який є продуктом полімеризації етилену і представляє собою напівпрозорий, хімічно інертний, малопластичний матеріал з високими електроізоляційними властивостями [-CH2-CH2-] n. Радикальну полімеризацію етилену проводять при високому тиску (120-150 МПа) і при 300-350 С. В якості ініціатора радикальної реакції використовують кисень. Таким способом одержують поліетилен високого тиску (ПЕНЩ) або у вітчизняній номенклатурі (ПЕВТ) зі ступенем полімеризації приблизно 50000 [28].

Отриманий полімер має розгалужену структуру і низьку густину. Густина 910-935 кг/мі. Випускають стабілізованою і у вигляді гранул. Якщо полімеризація провидится шляхом пропускання етилену через інертний розчинник, що містить суспензію каталізатора - TiCl4 і Al (C2H5) 3, то процес протікає при температурі 60 С і під тиском порядку 500 кПа. У цих умовах отримують поліетилен суворо лінійної структури зі ступенем полімеризації до 300 000. Отриманий полімер поліетилен низького тиску (ПЕВЩ) або вітчизняна номенклатура (ПЕНТ) має велику густину, великою прозорістю і розтяжністю. Він термопластичний (температура розм'якшення 100-130 С), погано проводить тепло. В даний час, вже стали традиційними ПЕНТ і ПЕВТ, виробляються надвисокомолекулярний поліетилен (СВМПЕ), лінійний поліетилен низької густини (ЛПЕНГ), високомолекулярний поліетилен високої густини (ВМПЕВП), сополімери етилену з вінілацетату (СЕВА), з пропіленом (СЕП) і ряд інших марок. Застосування поліетилену дуже широко - від труб діаметром до 1500 мм до мікронних капілярів, плівок товщиною від 3-5 мкм, до 200-500 мкм і шириною полотна до 40 м. На основі поліетилену отримують волокна з модулем пружності до 250 Па.