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超聲波清洗機的工藝流程

發布日期:2017-09-11 作者: 點擊:

1、研磨后的清洗

研磨是光學玻璃生產中決定其加工效率和表面質量(外觀和精度)的重要工序。研磨工序中的主要污染物為研磨粉和瀝青,少數企業的加工過程中會有漆片。其中研磨粉的型號各異,一般是以二氧化鈰為主的堿金屬氧化物。根據鏡片的材質及研磨精度不同,選擇不同型號的研磨粉。在研磨過程中使用的瀝青是起保護作用的,以防止拋光完的鏡面被劃傷或腐蝕。研磨后的清洗設備大致分為兩種:

一種主要使用有機溶劑清洗劑,另一種主要使用半水基清洗劑。

(1)有機溶劑清洗采用的清洗流程如下:

有機溶劑清洗劑(超聲波)-水基清洗劑(超聲波)-市水漂洗-純水漂洗-IPA(異丙醇)脫水-IPA慢拉干燥。

       有機溶劑清洗劑的主要用途是清洗瀝青及漆片。以前的溶劑清洗劑多采用三氯乙烷或三氯乙烯。由于三氯乙烷屬ODS(消耗臭氧層物質)產品,目前處于強制淘汰階段;而長期使用三氯乙烯易導致職業病,而且由于三氯乙烯很不穩定,容易水解呈酸性,因此會腐蝕鏡片及設備。對此,國內的清洗劑廠家研制生產了非ODS溶劑型系列清洗劑,可用于清洗光學玻璃;并且該系列產品具備不同的物化指標,可有效滿足不同設備及工藝條件的要求。比如在少數企業的生產過程中,鏡片表面有一層很難處理的漆片,要求使用具備特殊溶解性的有機溶劑;部分企業的清洗設備的溶劑清洗槽冷凝管較少,自由程很短,要求使用揮發較慢的有機溶劑;另一部分企業則相反,要求使用揮發較快的有機溶劑等。

       水基清洗劑的主要用途是清洗研磨粉。由于研磨粉是堿金屬氧化物,溶劑對其清洗能力很弱,所以鏡片加工過程中產生的研磨粉基本上是在水基清洗單元內除去的,故而對水基清洗劑提出了極高的要求。以前由于國內的光學玻璃專用水基清洗劑品種較少,很多外資企業都選用進口的清洗劑。而目前國內已有公司開發出光學玻璃清洗劑,并成功地應用在國內數家大型光學玻璃生產廠,清洗效果完全可以取代進口產品,在腐蝕性(防腐性能)等指標上更是優于進口產品。

對于IPA慢拉干燥,需要說明的一點是,某些種類的鏡片干燥后容易產生水印,這種現象一方面與IPA的純度及空氣濕度有關,另一方面與清洗設備有較大的關系,尤其是雙臂干燥的效果明顯不如單臂干燥的好,需要設備廠家及用戶注意此點。

(2)半水基清洗采用的清洗流程如下:

半水基清洗劑(超聲波)-市水漂洗-水基清洗劑-市水漂洗-純水漂洗-IPA脫水-IPA慢拉干燥

        此種清洗工藝同溶劑清洗相比最大的區別在于,其前兩個清洗單元:有機溶劑清洗只對瀝青或漆片具有良好的清洗效果,但卻無法清洗研磨粉等無機物;半水基清洗劑則不同,不但可以清洗瀝青等有機污染物,還對研磨粉等無機物有良好的清洗效果,從而大大減輕了后續清洗單元中水基清洗劑的清洗壓力。半水基清洗劑的特點是揮發速度很慢,氣味小。采用半水基清洗劑清洗的設備在第一個清洗單元中無需密封冷凝和蒸餾回收裝置。但由于半水基清洗劑粘度較大,并且對后續工序使用的水基清洗劑有乳化作用,所以第二個單元須市水漂洗,并且最好將其設為流水漂洗。

    國內應用此種工藝的企業不多,其中一個原因是半水基清洗劑多為進口,價格比較昂貴。

    從水基清洗單元開始,半水基清洗工藝同溶劑清洗工藝基本相同。在此不再贅述。

(3)兩種清洗方式的比較

       溶劑清洗是比較傳統的方法,其優點是清洗速度快,效率比較高,溶劑本身可以不斷蒸餾再生,循環使用;但缺點也比較明顯,由于光學玻璃的生產環境要求恒溫恒濕,均為封閉車間,溶劑的氣味對于工作環境多少都會有些影響,尤其是使用不封閉的半自動清洗設備時。

       半水基清洗是近年來逐漸發展成熟的一種新工藝,它是在傳統溶劑清洗的基礎上進行改進而得來的。它有效地避免了溶劑的一些弱點,可以做到無毒,氣味輕微,廢液可排入污水處理系統;設備上的配套裝置更少;使用周期比溶劑要更長;在運行成本上比溶劑更低。半水基清洗劑最為突出的一個優點就是對于研磨粉等無機污染物具有良好的清洗效果,極大地緩解了后續單元水基清洗劑的清洗壓力,延長了水基清洗劑的使用壽命,減少了水基清洗劑的用量,降低了運行成本。

它的缺點就是清洗的速度比溶劑稍慢,并且必須要進行漂洗。




2、鍍膜前清洗

       鍍膜前清洗的主要污染物是求芯油(也稱磨邊油,求芯也稱定芯、取芯,指為了得到規定的半徑及芯精度而選用的工序)、手印、灰塵等。由于鍍膜工序對鏡片潔凈度的要求極為嚴格,因此清洗劑的選擇是很重要的。在考慮某種清洗劑的清洗能力的同時,還要考慮到他的腐蝕性等方面的問題。 

鍍膜前的清洗一般也采用與研磨后清洗相同的方式,分為溶劑清洗和半水基清洗等方式。工藝流程及所用化學藥劑類型如前所述。 




3、鍍膜后清洗 

       一般包括涂墨前清洗、接合前清洗和組裝前清洗,其中接合前清洗(接合是指將兩片鏡片用光敏膠粘接成規定的形狀,以滿足無法一次加工成型的需求,或制造出較為特殊的曲率、透光率的一道工序)要求最為嚴格。接合前要清洗的污染物主要是灰塵、手印等的混合物,清洗難度不大,但對于鏡片表面潔凈度有非常高的要求,其清洗方式與前面兩個清洗工藝相同。


                                               光學玻璃表面燒蝕及解決辦法




1、光學玻璃表面燒蝕問題及成因

        當前,光學玻璃加工過程中最棘手的問題是玻璃表面的燒蝕。燒蝕是怎樣發生的呢?光學玻璃的主要成分為硅酸鹽,其遇水或水蒸汽會發生水解作用,形成燒蝕。

反應方程式如下:




Na2SiO3+2H2O?2NaOH+H2SiO3               (1)

水解作用的實質是水中的氫離子(H+)與玻璃表面堿金屬離子之間的交換。其交換過程如下:

H2O?H++OH-                             (2)

   分解

Si-O-Si-Na           Si-O-Si-H

O-Si-O      + H+ → O-Si-O       + Na+     (3)

Si-O-Si              Si-O-Si


結果氫離子不斷減少,使水中OH-離子不斷增加,與此同時玻璃表面形成一層硅酸凝膠薄膜。OH-離子增加的結果是玻璃的液體環境堿性不斷增強,生成高濃堿性液體,與H2SiO3發生化學反應,方程式如下:

2OH-+ H2SiO3=2H2O + SiO32-                (4)

這樣就加劇了方程式(1)向右進行,生成堿性物質再次增加,如此循環導致燒蝕加重。同時由于硅膠質層具有多孔龜裂結構,使OH-離子繼續向玻璃層侵蝕,特別是含硅少、化學穩定性差的材質,硅酸凝膠膜層的致密性和牢固性較差,更加劇了OH-的侵蝕。

水解作用幾乎貫穿了光學玻璃的整個加工過程,無論是研磨、求芯等工序中或工序間,均會程度不一地發生。水解作用的表現形式,或者說加劇水解程度的外在條件有很多,比如堿性腐蝕、鹽類腐蝕、溫度腐蝕(包括清洗劑溫度、烘干溫度、室內溫度)等。

現以研磨工序為例,說明堿性環境以及加工方法本身是如何加速水解作用的。通常,以CeO2(二氧化鈰)為主要成分的研磨粉是不會對鏡片構成腐蝕的,但在進行研磨加工時,研磨液是由水加研磨粉配制而成,因此新配制的研磨液的初始pH值是由水和研磨粉的酸堿性共同決定的,一般呈堿性(pH>7)。如前所述,玻璃遇水會產生水解反應,如方程式(1),而生成的H2SiO3(硅酸)呈凝膠狀態,附在玻璃表層起保護作用,阻止反應繼續進行,同時一部分H2SiO3(硅酸)分解,生成的SiO2(二氧化硅)附在玻璃表面也可以減緩水解反應,起到保護作用,化學反應方程式如下:

H2SiO3(硅酸)→2H2O+ SiO2(二氧化硅)  (5)

隨著玻璃表面的研磨拋光,表層的SiO2(二氧化硅)和大部分的H2SiO3凝膠被去除,打破了方程式(1)、(5)的平衡,使方程式(1)、(5)的反應更深入地向右進行,生成更多的堿性物質,導致研磨液的pH值持續上升,其中的堿性液體與H2SiO3凝膠反應,如方程式(4),如此循環加速水解反應,導致玻璃表面燒蝕。

2、表現及清洗對策

表面燒蝕的玻璃在經過清洗、漂洗、脫水和干燥處理以后,通常會有白色霧狀殘留,使用丙酮等擦拭溶劑可以去除,在強光照射下可見塊狀印痕,印痕因玻璃材質不同呈不同顏色,一般為藍色或灰色。這是由于玻璃表面燒蝕后,相應位置的折射率發生變化所致。

由于光學玻璃的表面精度要求極高,有燒蝕狀況的玻璃會出現鍍膜不良,影響使用,故必須在鍍膜前予以妥當處理。通??刹捎眠^堿性清洗的方式解決燒蝕問題。

過堿性清洗,顧名思義,是采用經特殊方法配置而成的強堿性清洗劑,將玻璃鏡片在一定溫度下,浸泡一定的時間(視鏡片材質而定),使玻璃表面產生均勻腐蝕,生成一層極薄的硅酸鹽及硅酸等,同時通過控制時間和溫度,使此種腐蝕的深度極?。ㄒ话銥槭畮字翈资{米),不會影響鏡片表面精度。通過外力(超聲波)清洗,使玻璃表面因腐蝕而松動的表層脫落,達到去除因燒蝕產生的塊狀印痕的目的。




綜  述

目前多數光學玻璃生產廠家都會進行研磨后和鍍膜前兩次清洗,其中研磨后主要清洗瀝青(漆片)和研磨粉,鍍膜前主要清洗求芯油(磨邊油)、指印和灰塵。所采用的清洗工藝也可分為溶劑清洗和半水基清洗兩種,兩者最大的區別在于前者對無機污染物的清洗完全依賴水基清洗劑,后者所使用的半水基清洗劑對于無機污染物的清洗效果也較好;兩者的共同點是對于有機污染物都具有良好的清洗效果,并采用相同的脫水及干燥方式,同時對鏡片的安全性極高。

對于光學玻璃加工過程中不可避免的表面燒蝕問題,其成因是由于光學玻璃的主要成分——金屬氧化物水解反應導致的,通??刹捎眠^堿性清洗的方法,并通過外力(超聲波)的作用消除燒蝕印痕。





LCD清洗屬于精密清洗領域,對清洗的質量、效率要求很高,以前,LCD工廠大多使用的是ODS清潔劑和超聲氣相清洗技術,在國際上加速淘汰ODS清潔劑的壓力下,LCD廠正在積極選用替代ODS清潔劑(或稱非ODS清洗劑),替代清洗劑必須保證清洗的LCD質量不低于原用ODS清洗劑的清洗標準,甚至更高。本文簡單介紹LCD替代ODS清洗技術和不用或少用清洗劑的物理清洗技術,并對其未來的發展進行了簡單評說。


一、非ODS清洗技術


     到目前為止,LCD行業已有15家企業參與了《中國清洗行業ODS整體淘汰計劃》,并獲得國際多邊基會贈款。其中已有10家企業的替代設備投入運行。但仍有少數LCD廠繼續使用CFC-113及TCA。部分已淘汰ODS清洗劑的企業也面臨進一步優選工藝、設備及非ODS清洗劑,以便提高LCD清洗品質及效益的問題。以下討論LCD行業非ODS清洗技術的現狀。


二、非ODS清洗劑及其工藝路線的選擇


    適用于LCD行業的非ODS清洗劑有水基、半水基和溶劑型三種, 水基、半水基清洗劑適用于超聲水洗工藝路線,溶劑型清洗劑適用于氣相超聲清洗工藝路線。表1列舉了各種清洗技術的比較,表2列舉了部分溶劑型HCFC和 HFC等替代物的基本物化性能指標。


     水基、半水基及溶劑型三種替代清洗劑中,水基清洗劑的清洗速度遠遠不及溶劑和半水基型清洗劑。其原因有二:一是水基清洗劑去除LCD殘留液晶以表面活性劑與液晶的乳化作用為主,乳化對超聲波的依賴性較大;二是水的表面張力比溶劑大,對狹縫的濕潤性能較差。而表面張力較低的半水基和溶劑型清洗劑與液晶是一種溶解作用。


    可用于直接替代CFC-113氣相清洗劑的溶劑型清洗劑包括HCFC、HFC、n-PB、HFE、低沸點碳氫化合物及其含氧衍生物。其中HCFC類如HCFC141b、HCFC225,因ODP值不等于0,為過渡性替代物;n-PB等鹵代烴在有水存在時對ITO具有較大的腐蝕性,而且n-PB的毒性至今尚無定論;HFC及HFE類的優點是ODP等于0,但價格昂貴,且HFC4310具有極高的GWP值,低沸點的碳氫化合物及其含氧衍生物最大的問題是易燃易爆,使用該類清洗劑必須采用有防爆功能的清洗設備。


     基于上述水基清洗劑的清洗效力較低和溶劑型清洗劑的諸多問題。國內外絕大部分LCD企業采用半水基清洗劑作為CFC-113的替代物,使用閃點大于等于61℃碳氫化合物既保證了清洗劑在使用、存儲和運輸過程中的安全性,又利用碳氫化合物與液晶的互溶性,較快的清洗殘留液晶,并輔以表面活性劑經多道水漂洗,可以滿足LCD行業對清洗的品質和效率越來越高的要求。


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