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胶粘剂的特点及在光学加工研磨抛光材料中的应用

日期:2016-12-7 10:54

        前言光学加工高效生产用研磨抛光

本文主要介绍复合树脂胶粘剂的组成、性能和特点,研究胶粘剂在光学加工研磨抛光材料中的应用。     


前言

        光学加工高效生产用研磨抛光材料的超精磨片、抛光片,是用于光学零件研磨及抛光的工艺性材料。其基本组分分别以金刚石微粉或氮化硼、碳化硼微粉及氧化铈或氧化铁抛光粉为磨料,加入无机填料及其他助剂,借助胶粘剂将其粘接起来,并经冷压成型后固化处理,使其成为具有一定形状的研磨抛光材料。胶粘剂在研磨抛光过程中起粘接支撑磨料的作用。  

稳定、持续的研磨抛光能力,除与光学加工铣磨以及超精磨工艺、抛光工艺的成熟和所达到的精度相关外,粘接研磨抛光材料使用的胶粘剂及用量最为重要。其用量又与胶粘剂的形态有关。借助溶剂配制成胶粘剂溶液,才有可能在研磨抛光材料中用较少量的胶粘剂,并做到使胶液均匀地分散、制作出表观质量和使用性能都好的超精磨片和抛光片。  

 

胶粘剂及其形态的选择   

        胶粘剂的选择与用量的确定,主要依据以满足成型的加工工艺要 求,并赋予研磨材料一定的强度、耐磨性、自锐性和硬度等性能进行选择。胶粘剂用量与胶粘剂的形态有关,如用固体粉末或黏稠态的胶粘剂,必须加入较多的胶才能满足成型料的配制及成型加工工艺,以制得质量较好的超精磨片和抛光片。 
通过多年的经验总结,研磨材料使用的胶粘剂,用单组分环氧树脂胶或热塑性酚醛树脂较好;抛光材料使用的胶粘剂以热塑性酚醛树脂或天然的紫胶树脂,并借助适当的溶剂配制成胶粘剂溶液使用比较合适。

 

环氧树脂胶粘剂     

        作为研磨抛光材料胶粘剂的环氧树脂,主要是双酚A缩水甘油醚型。为了提高磨料和填料在超精磨片及抛光片中的填充量和分散性,一般是用黏度低、流动性好的液体环氧树脂,并使用反应热小、适用周期长、毒性低的固化剂。在环氧树脂胶料中添加钛偶联剂后,能显著降低磨料和填料造成的高黏度,并进一步提高成型料中磨料和填料的填充量和分散性。但上述环氧体系仅能采用浇铸成型工艺。从研磨抛光材料的工艺性能来看,其树脂含量仍偏高,温度特性变化大、弹性高、自锐性能差,加工的抛光材料不能做到清水抛光,仅可用作高速抛光的抛光膜层材料。

为改善制品的成型性能,改用了潜性固化环氧树脂。即由液体环氧树脂、潜性固化剂、促进剂等配制而成的单组分胶粘剂。使用前用丙酮稀释至一定浓度再配制研磨抛光材料,用较少的胶就可以达到较好的粘接效果。另外,采用冷压成型工艺加工的超精磨片或抛光片较浇铸成型的制品受温度的影响小、尺寸稳定性好、自锐性能好,加工的抛光片可以做到清水抛光。  

潜性固化剂在常温下短时间不溶于环氧树脂及常用有机溶剂中,提高温度才能使其逐渐溶解于环氧树脂中,并随之开始交联固化。

 

酚醛树脂胶粘剂 

        用作粘接研磨抛光材料的胶粘剂,主要是热塑性酚醛树脂,即苯酚甲醛树脂或聚酚醚树脂(新酚树脂)。用无水乙醇为溶剂与其配制成树脂溶液,加入可与之反应的多聚甲醛或六次甲基四胺等变定剂后,则缩聚反应又能继续进行,直到形成体型结构的聚合物。用于粘接磨料和抛光材料的物质,一般采用六次甲基四胺固化热塑性树脂,这是因为该树脂便于冷压成型,固化时不放出水,制品的刚性好。  

 

缩醛树脂胶粘剂

        缩醛树脂即聚乙烯醇缩醛,它是热塑性线型高分子化合物,其分子结构中除不同含量的缩醛基外,尚含有部分羟基以及少量的乙酰基。其中所含的极性基团,赋予胶粘剂很好的化学活性和很好的粘接性。因此,聚乙烯醇缩醛的性能与这些基团的含量有关。  

聚乙烯醇缩醛在不添加其他化学物质进行改性时,它仍保持热塑性树脂的性能。所以,用聚乙烯醇缩醛(主要是聚乙烯醇缩甲醛或聚乙烯醇缩丁醛)粘接的抛光片,经冷压成型,固化处理后,其树脂仍保留热塑性的特点。  

 

紫胶树脂胶粘剂       

        紫胶树脂(又名虫胶树脂)是一种紫胶虫寄生在某些树种的枝条上,吮吸树汁后分泌出一种紫红色有黏性的天然树脂,它的主要组成物质是由一些羟基酸的内酯构成的固体溶液,是多种不同羟基酸的聚酯混合物。一般认为是由羟基脂肪酸和半萜酸构成的一个具有弹性的格网,空隙中含有蜡酸酯及游离蜡酸等一些低分子脂肪酸酯的混合物,其中某些低分子脂肪酸起一定内增塑的作用。  

        经加工后的紫胶树脂具有热塑性及热固性的双重性能,因此,其热性能比较突出。在常温下是固体,其软化温度为72~75℃,一般加热到70℃以上时开始软化,随着温度升高逐渐熔化,冷却后恢复固体状。其热塑性或热固性主要取决于加热温度对它聚合作用的影响。温度低于110℃基本上是热塑性的;温度升高到120℃以内聚合作用很慢,当温度高于120℃至135℃时,其由熔隔态迅速变稠,失去流动性,最后聚合成一种硬化的不溶不熔物。此过程呈现热固性;紫胶树脂在加热聚合过程中伴有脱水现象,这可以看成是紫胶树脂分子结构中的羟基与羧基的相互反应、缩聚成高分子聚酯,这种缩聚反应在通常情况下是不可逆的。缩聚反应可示意为:  

        紫胶树脂受热逐渐聚合,其物理化学性质也随之发生变化。利用这种特性,在加工光学抛光片时可根据光学零件的性质和硬度,选择适当的加热温度使紫胶具有热塑性或热固性。通常,缩聚反应温度低于110℃,因此,用于粘接抛光磨料的紫胶树脂仍具有热塑性和酸性树脂的特点,以制得质地优良的抛光片,利于加工质软或光学稳定性较差的光学玻璃零件。  

 

环氧-酚醛树脂胶粘剂        

        这是一种用酚醛树脂固化环氧树脂的胶粘剂,其兼具两种树脂的优点。为了克服液体环氧树脂在加工研磨抛光材料时带来的性能上的不足,常以固体环氧树脂代替。  
        用作环氧树脂固化剂并为之改性的热塑性线型结构的酚醛树脂,其分子结构中不含羟甲基,但基于酚醛树脂中的羟基可以和环氧树脂起醚化反应,亦可看作是环氧树脂与线型酚醛树脂的嵌段共聚。它是通过酚核上的羟基与环氧基作用,合成耐热性很好的嵌段共聚物。因此,线型结构的酚醛树脂可以固化环氧树脂。它们在加热条件下相互反应,形成高度交联的体型结构聚合物,这个固化体系既为环氧树脂保持了良好的粘接性,又为酚醛树脂提供了高的机械强度。  
        选用高分子质量固体环氧树脂与低分子质量的固体线型酚醛树脂,分别用气流法粉碎成精细的树脂粉末,以制备研磨抛光材料成型料。经冷压成型及后固化处理,制作的研磨抛光材料结构紧密、强度高,只是在制作工艺上没有单组分环氧胶粘剂方便。  
        其实,作为一般光学用研磨抛光材料无需使用这样高强度的胶粘剂,而将其用在金属研磨抛光材料上就很有必要。  
    

酚醛-缩醛树脂胶粘剂          

        酚醛-缩醛树脂胶粘剂采用的并非甲阶酚醛树脂,而是线型结构的热塑性酚醛树脂。掺人少量的聚乙烯醇缩丁醛进行改性,可改善酚醛树脂的脆性及吸水性,并降低成型料压制时的成型压力。用于改性酚醛树脂的聚乙烯醇缩丁醛的分子结构中含有一定的羟基,有利于在乙醇中溶解,并与酚醛树脂有很好的相容性,加入变定剂在交联过程中也不会离析出来。若不加入变定剂,其固化时仍保持热塑性。因此,在使用中常利用它的这一行为,人为地控制其热塑性或热固性的物性,用于调整粘接磨料或研磨抛光材料的硬度及其热学、力学性能,得到不同性能的固化产物,以适应光学零件加工中的软质玻璃件或硬质玻璃零伯和化学稳定性差的玻璃零件的研磨抛光需要。  

 

 

 

 

 

— 结语 —

利用溶剂制备胶粘剂溶液、并以其配制研磨抛光材料成型料,是制作优质研磨抛光材料的工艺基础,它决定了研磨抛光材料的成型加工方法及其制品的特性。因此要求我们必须熟悉和掌握多种胶粘剂的性能,同时可根据被加工的光学零件的材质、特性,制订出不同的配比工艺,才能有效提高光学零件的加工质量。  

为改善制品的成型性能,改用了潜性固化环氧树脂。即由液体环氧树脂、潜性固化剂、促进剂等配制而成的单组分胶粘剂。使用前用丙酮稀释至一定浓度再配制研磨抛光材料,用较少的胶就可以达到较好的粘接效果。另外,采用冷压成型工艺加工的超精磨片或抛光片较浇铸成型的制品受温度的影响小、尺寸稳定性好、自锐性能好,加工的抛光片可以做到清水抛光。  
       用作环氧树脂固化剂并为之改性的热塑性线型结构的酚醛树脂,其分子结构中不含羟甲基,但基于酚醛树脂中的羟基可以和环氧树脂起醚化反应,亦可看作是环氧树脂与线型酚醛树脂的嵌段共聚。它是通过酚核上的羟基与环氧基作用,合成耐热性很好的嵌段共聚物。因此,线型结构的酚醛树脂可以固化环氧树脂。它们在加热条件下相互反应,形成高度交联的体型结构聚合物,这个固化体系既为环氧树脂保持了良好的粘接性,又为酚醛树脂提供了高的机械强度。 

 

 

 

 

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