Современные отечественные оптические клеи

Размещено на http://www.allbest.ru/

170

Современные отечественные оптические клеи

В.Е. Левинок, Н.Ю. Дудкина, Г.И. Шахмина, Е.П. Руденок

Разработаны новые оптические клеи ОВПЭК1, ОВПЭК2, ОВПЭК2М, Бальзамин-Н, ИК-12. Восстановлены клеи ОК-50П, ОК-72ФТ_{5 и 15}, ММА, УФ-215, УФ-215М, АКС. Исследованы оптические, физико-химические, эксплуатационные свойства перечисленных клеев. Выпущены технические условия на каждую марку клея, переизданы отраслевые стандарты на методы испытаний, на марки оптических клеев.

Уже в течение 60 лет в ГОИ им. С.И.Вавилова существует лаборатория оптических клеев, которая занимается разработкой новых оптических клеев и разработкой технологий склеивания оптических деталей из стекла, кристаллов, ИК материалов между собой и с металлическими элементами конструкций. оптический клей полимеризация эксплуатационный

После значительного перерыва в 2003году была поставлена задача: разработать новый высокоэластичный оптический клей повышенной прочности на основе отечественного сырья для бездеформационного склеивания оптических элементов из стекла, кристаллов между собой и с металлическими элементами конструкций оптоэлектронных приборов нового поколения с последующим применением при конструировании оптоэлектронных приборов, эксплуатирующихся в жестких климатических условиях.

Были проведены исследования возможных способов повышения адгезии клеевой композиции к некоторым субстратам. Один из самых эффективных способов на наш взгляд это введение аппретов: соответствующих модифицирующих добавок, повышающих адгезию к склеиваемым поверхностям, не влияющих при этом на эластичность композиции.

В результате изучения и анализа отечественной и зарубежной патентно-информационной литературы проведена оценка физической химии поверхностных явлений в полимерах, так как именно поверхностные явления в полимерах и полимерных материалах играют существенную роль во всем комплексе их свойств и прежде всего, в структурно-механических свойствах, а исследование особенностей поведения макромолекул на границе раздела фаз является сейчас одной из важнейших задач в этой области.

В результате исследований в 2006 году был разработан новый оптический эпоксидный высокопрочный, эластичный клей марки ОВПЭК2М. Клей ОВПЭК2М по своим характеристикам значительно превосходит широко используемые в отечественной промышленности, ранее разработанные клеи марки ОК-72ФТ.

Установлено, что прочность соединения при равномерном отрыве различных металлов со стеклом клеем ОВПЭК-2М примерно на 40% выше, чем клеем ОК-72ФТ₁₅: для стекол марок с содержанием диоксида кремния менее 40% - выше на 20-70% , для стекол с содержанием диоксида кремния более 60% клей ОВПЭК-2М позволяет получить прочность соединения на уровне когезионной прочности самого стекла (неоднократно разрыв проходил по центру вклеиваемого между «шляпок» «столбика»); для химически нестойких кристаллов, а именно, для кристаллов хлористого натрия увеличить прочность соединения в 2,5 раза, а для кристаллов бромистого калия почти в три раза.

В результате проведенных исследований установлено, что прочность соединения при равномерном отрыве клеем ОВПЭК-2М оптической керамики марок: КО4 - выше на 20%, КО6 - на 50%, КЭО - на 68%. При этом одновременно уменьшаются деформации наружных оптических поверхностей склеенных клеем ОВПЭК-2М деталей по сравнении с клеем ОК-72ФТ₁₅.

Для клея ОВПЭК-2М практически отсутствует влияние избыточной влаги в атмосфере на оптические характеристики склеивающего слоя и отсутствует эффект образования «ореола капли» клея.

Проведено испытание оптических, физико-химических, физико-механических и эксплуатационных свойств нового клея в жидком состоянии и после полимеризации в слое между деталями. Полученные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1

Контроль указанных характеристик осуществлялся по ОСТ 3-6187-95 «Клеи оптические. Методы контроля и испытаний». Разработаны технические условия на клеи марки ОВПЭК ТУ9390-001-334122646-06. Клей ОВПЭК2М внедрен на Новосибирском приборостроительном заводе, где успешно применяется с 2007 года.

С 1937 года и по настоящее время для склеивания оптических деталей массового назначения в России широко используются карбинольные клеи бальзамин и бальзамин-м на основе диметилвинилэтинилкарбинола, что связано с высокой технологичностью этих клеев. Клей бальзамин-м является разработкой ФГУП «ГОИ им.С.И.Вавилова», включен в ОСТ 3-6894 «Клеи оптические. Марки», применяется для склеивания оптических деталей.

Следует отметить, что только клеи бальзамин и бальзамин-м имеют после отверждения показатель преломления 1,517-1,519, что ближе всего к показателю преломления стекла марки К8. Причем эти клеи обладают уникальными реологическими свойствами, которые делают их особенно удобными для применения в условиях сложившейся в отечественном производстве технологии изготовления оптических деталей и узлов, и эти клеи не имеют зарубежных аналогов.

Достоинства этих клеев - возможность регулирования начальной вязкости в практически неограниченных пределах, благоприятная (экспоненциальная) зависимость вязкости от времени, отсутствие кожно-раздражающего действия, многолетний богатый опыт применения этих клеев предприятиями - делают бальзамин и бальзамин-м трудно-заменяемыми при склеивании оптических деталей массового производства.

Однако следует помнить, что клеи бальзамин и бальзамин-м обладают невысокой механической прочностью клеевого соединения со стеклом на разрыв, низкой влагостойкостью, низкой устойчивостью к термоудару 60^оС, ограниченными рабочими температурными пределами, что влечет за собой большой процент брака по расклейкам при испытаниях оптических сборок. Но так как забракованные детали, склеенные данными клеями, достаточно легко расклеиваются (при охлаждении или нагреве, или после выдержки в ацетоне), то предприятия отдают предпочтение использованию клеев на основе диметилвинилэтинилкарбинола перед токсичными эпоксидными составами, которые обладают кожно-раздражающем действием (например, клеи марок ОК-72ФТ; к тому же забракованные детали, склеенные оптическими эпоксидными клеями можно расклеить в основном при нагревании в глицерине до 180-240^оС).

С прекращением выпуска новинита (продукт 23), являющегося одним из компонентов клея бальзамин-м (а именно инициатором полимеризации) перед ФГУП «НПК «ГОИ им.С.И.Вавилова» была поставлена задача о необходимости в кратчайшие сроки решить проблему по замене бальзамина-м новым карбинольным оптическим клеем с другим инициатором полимеризации.

Нами был разработан новый оптический клей Бальзамин-Н с другой окислительно-восстановительной системой, заменяющий клей бальзамин-м, первоначально создаваемый на основе технического карбинола.

Новый клей Бальзамин-Н не уступает по оптическим и физико-механическим свойствам клеям бальзамин и бальзамин-м (таблица 2), обеспечивает демонтаж склеенных забракованных деталей и позволяет проводить работы повторной склейки без существенных затрат, его использование не создаст трудности при переоснащении существующих производственных участков по склеиванию оптических деталей.

Таблица 2

*при разности ТКР склеиваемой пары не более 5*10^-7град ^-1,

** при разности ТКР склеиваемой пары не более 30*10^-7град ^-1,

*** при разности ТКР склеиваемой пары не более 57*10^-7град ^-1.

За последние десятилетия произошло существенное изменение химической сырьевой базы, ликвидированы производства большого ряда химических соединений, изменились свойства производимых в настоящее время соединений, что не могло не коснуться и свойств разработанных ранее клеев. Перед «ГОИ им. С.И.Вавилова» была поставлена задача по созданию малотоннажного производства оптических клеев прозрачных в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах спектра для сборки оптических деталей оптико-электронной аппаратуры на базе современного сырья.

Разработаны новые составы клеевых композиций восстановленных оптических клеев типа ОК-50П, ОК-72ФТ₅, ОК-72ФТ₁₅, ММА, УФ-215 и УФ-215М, УФ-215, УФ-215М и разработан новый оптический клей ИК-12 для инфракрасной области спектра. Разработаны технологии склеивания для восстановленных оптических клеев ОК-50П, ОК-72ФТ₅ и ОК-72ФТ₁₅, ММА, АКС, УФ-215, УФ-215М и нового оптического клея ИК-12 для инфракрасной области спектра (рис.1). Характеристики оптических клеев приведены в таблице 3.

Проведенные измерения и оценка ряда оптических и физико-механических свойств восстановленных клеев показали, что полученные нами клеи по своим оптическим, физико-механическим и эксплуатационным характеристикам не уступают своим аналогам и даже превосходят их по ряду характеристик. Для восстановленных клеев удалось повысить прочность соединения для ОК-50П на 30%, ОК-72ФТ₁₅ на 20%, УФ-215 в 3,2раза, УФ-215М в 2,3 раза, АКС на 17%.

Таблица3

Рис.1. Спектр пропускания слоя клея ИК-12, толщиной 6 мкм, между пластинами флюорита.

Разработана нормативно-технологическая документация на производство оптических клеев различных марок и процессы склеивания оптических деталей восстановленными оптическими клеями: УФ-215 и УФ-215М, АКС, ММА, ОК-50П, ОК-72ФТ₅, ОК-72ФТ₁₅, ИК-12.

На все восстановленные оптические клеи и на новый клей получены свидетельства государственной регистрации на право производства.

Разработаны и выпущены технические условия на все восстановленные оптические клеи и на новый клей ИК-12

1. КЛЕЙОПТИЧЕСКИЙ ЭПОКСИДНЫЙ МАРКИ ОК-50П. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ.ТУ 2252-004-33122646-14

2.КЛЕИ ОПТИЧЕСКИЕ ЭПОКСИДНЫЕ МАРКИ ОК - 72ФТ. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ. ТУ 2252-005-33122646-14

3.КЛЕЙ ОПТИЧЕСКИЙ ЭПОКСИАКРИЛАТНЫЙ МАРКИ ММА. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ. ТУ 2252-007-33122646-14

4. КЛЕЙ ОПТИЧЕСКИЙ АКРИЛАТНЫЙ МАРКИ АКС. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ. ТУ 2454-008-33122646-14

5. КЛЕЙ ОПТИЧЕСКИЙ АКРИЛАТОСТИРОЛЬНЫЙ МАРКИ ИК-12. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ. ТУ 2454-007-33122646-14

6. КЛЕИ ОПТИЧЕСКИЕ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ МАРОК УФ-215; УФ-215М.

ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ. ТУ 2252-006-33122646-14

Нами переработаны и изданы ОСТ 3-6187-95 «Клеи оптические. Методы испытаний» и ОСТ 3-6894-97 «Клеи оптические. Марки».

Результаты работы, полученные в ходе выполнения НИР, будут использованы для технического перевооружения мощностей по опытно-промышленному малотоннажному производству оптических клеев создаваемому на базе ОАО «ГОИ им. С.И. Вавилова».

Применение разработанных технологий склеивания с использованием восстановленных оптических клеев типа ОК-50П, ОК-72ФТ₅, ОК-72ФТ₁₅, ММА, УФ-215, УФ-215М, АКС для сборки оптических деталей оптико-электронной аппаратуры систем наземного, морского, воздушного и космического базирования обеспечат повышение качества и надежности существующих и новых оптико-электронных приборов гражданского и специального назначения; позволят увеличить срок службы изделий, значительно расширят области и объемы их использования; что обеспечит повышение конкурентоспособности оптико-электронных приборов на Российском и зарубежном рынках.

Размещено на Allbest.ru