관련 이름
Teflon®, Fluon®
Teflon®
DLMP®(Digital Laser Material Processing) 기술을 사용한 Teflon® 가공
폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 상표명 Teflon®으로 잘 알려져 있습니다. 비접착성, 발수성, 내화학성, 내열성을 나타내는 합성 불소중합체입니다. 이러한 우수한 특성 때문에 Teflon은 상업, 산업, 항공우주 분야의 가장 까다로운 환경에 적합합니다.
분자 구조를 지배하는 탄소와 불소의 결합으로 Teflon은 염산을 포함해 가장 공격적인 화학 물질에 대해 저항력을 갖습니다. Teflon은 또한 매우 큰 유전 강도, 높은 녹는점(327°C), 저온(-79°C까지) 유연성을 나타냅니다.
Teflon은 많은 형태와 색상으로 공급됩니다. 판재, 튜브, 봉재 형태로 가장 많이 쓰입니다. 가장 흔히 사용되는 색상은 흰색과 검은색입니다. Teflon은 일반적으로 화학적으로 순수하기 때문에 가소제 또는 충전제를 넣지 않습니다.
화학명
PTFE, poly(tetrafluoroethylene), poly(difluoromethylene), poly(tetrafluoroethene), poly(1,1,2,2-tetrafluoroethylene)
제조사
DuPont™, AGC Chemicals
Teflon®과 DLMP® 기술
높은 녹는점, 교차 결합 없음 같은 Teflon의 재료 특성 때문에 레이저 에너지를 사용해 재료의 형상이나 겉모습을 개조하는 DLMP(Digital Laser Material Processing) 기술과 잘 맞습니다. 레이저 에너지와 Teflon의 상호 작용으로 재료 제거와 개조가 이루어집니다. Teflon의 경우에는 레이저 절단, 레이저 제판, 레이저 마킹 공정을 적용할 수 있습니다. 레이저 에너지가 재료에 대해 절단, 제판, 마킹 작업을 수행하거나 표면 특성을 변화시켜 눈에 보이는 표시를 만들 수 있습니다.
재료 제거
재료 제거는 물리적으로 재료를 제거하는 공정입니다. 재료를 위에서 아래까지 완전히 제거하거나 위에서부터 특정 깊이까지 일부만 제거합니다.
Teflon은 CO2 레이저 에너지(파장=10.6 μm)의 뛰어난 흡수재입니다. Teflon은 레이저 에너지를 흡수할 때 광학 에너지를 분자 진동(열)으로 빠르게 변환합니다. 충분한 열이 가해지면 Teflon에서 기본 단위는 크게 약화되지 않고 반복 단위 사이의 결합이 깨끗하게 깨지는 '분열' 작용이 발생합니다. 레이저 경로에 직접 놓인 재료는 깨끗하게 제거되어 증기와 Teflon 분말로 변합니다.
이러한 이유 때문에 CO2 레이저는 Teflon의 레이저 제거에 흔히 사용됩니다. 레이저 표적점 또는 경로 바로 바깥에 위치한 재료는 일부 열을 전도하지만 완전한 제거가 발생하기에는 열이 충분하지 않습니다. 이러한 열 영향은 종종 열 영향부(HAZ)라고 부릅니다. Teflon의 경우에는 용융점이 높기 때문에 눈으로 볼 수 있는 HAZ가 생성되지 않습니다. 다시 말해서 인접면은 녹거나 끓지 않고 전도열을 견딜 수 있습니다. 주어진 재료 두께에 대해 적절한 레이저 출력을 선택해서 열 영향부를 최소화할 수 있습니다.
레이저 절단
레이저 절단은 지정된 경로를 따라 재료를 위에서 아래까지 완전히 제거해 분리해내는 공정입니다. 용융점이 높고 본질적으로 순수하기 때문에 Teflon은 벌크 형태의 재료에서 깨끗하게 제거됩니다. 레이저 절단된 Teflon의 모서리는 매끈하고 다른 열 가공에서 종종 생기는 변색이 없습니다. Teflon을 레이저 절단하면 마른 수건으로 쉽게 닦아낼 수 있는 미세 분말의 PTFE 입자가 생성됩니다. 이 예에 제시된 기능은 복잡하고 조밀한 절단을 포함해 거의 모든 형상으로 확장할 수 있습니다.
흰색 Teflon에서 레이저 절단한 0.25" 두께의 다이아몬드 형상
레이저 제판
레이저 제판은 재료를 윗면에서부터 특정 깊이까지 제거하는 공정입니다. 이 공정은 레이저 변조의 엄격한 제어를 통해 가능합니다. 레이저 에너지를 연속적으로 변화시켜서 레이저 제판을 질감 표현, 사진, 문자와 숫자 같은 정보를 표시하는 데 사용할 수 있습니다. Teflon은 변색이나 용융 없이 깨끗하게 제판 가공할 수 있습니다. 다시 말하지만 이는 용융점과 순도가 높기 때문입니다.
레이저 제판 공법으로 만든 홈
레이저 마킹(깊이)
레이저 에너지를 사용해 바코드, 날짜/로트 코드, 일련 번호 또는 부품 번호와 같이 재료에 사람이나 기계가 읽을 수 있는 식별 정보를 만들 수 있습니다. 이 공정은 기본적으로 레이저 제판에 해당되지만 레이저 깊이 마킹이라고 부릅니다. 레이저 깊이 마킹은 Teflon에 대한 오래된 난관을 극복했습니다. Teflon 부품에 정보를 새겨넣기 위한 잉크 방식의 공법은 잉크가 표면에 달라붙지 않기 때문에 항상 실패합니다. DLMP 기술은 영구적인 제판 문양을 생성하고 문제를 일으키는 잉크를 취급할 필요가 없습니다.
레이저 깊이 마킹을 사용해 검은색 Teflon에 새겨넣은 일련 번호, 글자 크기 24
재료 개조
앞서 설명한 것처럼 Teflon은 10.6 µm 레이저 에너지를 즉시 흡수하고 깨끗하게 잘려집니다. 하지만 CO2 레이저는 대비 마크를 만드는 데는 효과적이지 않습니다. 1.06 µm의 파이버 레이저도 순수 흰색 Teflon에서 대비 마크를 만드는 데 비효과적입니다. 사실 Teflon은 이 파장에서 광 확산제로 종종 사용됩니다. 하지만 검은색 Teflon에서는 대비 마크를 만드는 방법이 있습니다. 검은색 Teflon을 만드는 데 사용되는 검은색 탄소 염료는 레이저 에너지를 매우 잘 흡수합니다. 이 에너지는 열로 변환되어 중합체 기질에 의해 전도됩니다. 올바로 제어하면 중합체가 끓기 시작하고 더 큰 표면적을 만듭니다. 이러한 추가적인 표면은 광굴절 특성이 있어 검은색 Teflon에 밝은색의 대비 마크를 생성합니다. 염색 또는 발포라고 부르는 이 과정은 잔류물이나 분말을 남기지 않고 마킹된 영역은 Teflon의 특성을 유지합니다.
레이저 마킹(표면)
검은색 Teflon은 파이버 레이저를 사용해 숫자, 문자, 바코드, 심지어 사진 같은 정보를 새겨넣을 수 있습니다. 이렇게 생성된 마크는 영구적이고 짙은 대비 효과를 나타내서 잉크 공정을 대신하기에 적합합니다. 이 예는 검은색 Teflon 표면에 마킹한 일련 번호를 보여줍니다.
검은색 Teflon 표면에 마킹한 일련 번호, 글자 크기 24
결합 공정
재료를 이동하거나 다시 고정할 필요 없이 여러 공정을 Teflon에 적용할 수 있습니다. 이 예에서는 여러 공정을 결합하여 시트 재고에서 Teflon을 절단하고 재료에 다이아몬드 형상을 파내고 일련 번호를 마킹하는 방법을 보여줍니다. 결합 공정에서는 제판과 마킹이 항상 절단 전에 이루어집니다.
레이저 절단과 마킹이 이루어진 검은색 Teflon
환경, 보건, 안전 측면의 고려 사항
레이저를 사용한 재료 가공에서는 항상 기체 유출물 또는 미립자가 생성됩니다. 레이저 제거 공정을 사용할 때 Teflon®이 분해되는 주요 원리는 분열입니다. Teflon의 더 작은 입자가 재료에서 잘려나가서 미세한 흰색 분말로 분해됩니다. 기체 상태의 유출물도 발생하는데 여기에는 카르보닐 플루오라이드, 플루오로폼, 헥사플루오로프로필렌, 테트라플루오로프로필렌이 함유되어 있습니다. 이러한 기체와 미립자는 정부의 규정에 따라 외부 환경으로 배출해야 합니다. 또는 유출물을 여과 시스템으로 처리한 후 외부 환경으로 배출해야 합니다. 일부 재료는 레이저 가공 중에 인화성 부산물을 생성하기도 합니다. 따라서 레이저 가공에 대해 항상 관리 감독이 이루어져야 합니다.
