Оптические полимеры.

Полимерами (органическими стёклами) называют химические соединения молекулы, которое состоят из большого числа атомных группировок соединённых химическими связями в длинные цепи. По строению они делятся на линейные и сетчатые. В оптическом производстве полимеры применяют для изготовления оптических деталей неответственного назначения, а также для изготовления оптических клеев.

Большинство полимеров используемых в оптическом приборостроении – это полиметилметакрилат, полистирол, поликарбонат, которые являются аморфными термопластами, находящимися при комнатной температуре в стеклообразном состоянии. При повышении температуры полимеры переходят из стеклообразного состояния в высокоэластичные, а затем в вязкотекучее. При понижении температуры проходят все три стадии в обратном направлении.

Термореактивные полимеры при повышении температуры полимеризуются и приобретают сетчатое строение. Процесс затвердения этих полимеров необратим, т.е. приняв при нагревании определённую форму, они в дальнейшем не изменяют своего состояния. К положительным характеристикам органических стёкол относят: низкую плотность, малую хрупкость и невысокую стоимость.Недостатки: невысокая оптическая однородность, низкая твёрдость и образивостойкость, малую теплостойкость, высокий коэффициент термического расширения (в 10 раз больше, чем у стекла), способность накапливать статическое электричество, естественное старение (желтение).

Показатель преломления полимеров находится от 1,49 до 1,58, а коэффициент дисперсии от 57,6 до 29,9 Исследования показали, что структура полимеров представляет собой сложные надмолекулярные образования в виде глобул, дондритов и доменов, являющиеся одной из причин оптической неоднородности. Другой причиной оптической неоднородности органического стекла считают эффект двойного лучепреломления, вызываемый ориентацией полимерных молекул и наличие остаточного полимера, имеющего показатель преломления значительно отличающийся от основной полимерной среды.

Полимеры прозрачны в видимой и ближней инфракрасной области спектра. В длинноволновой области они прозрачны только в узких участках спектра.

Оптические клеи.

Для склеивания оптических деталей между собой используют специальные оптические клеи,которые должны иметь следующие свойства:

1)Высокую степень прозрачности, чистоту, оптическую однородность;

2)Соответствие показателя преломления значению одной из соединяемых деталей;

3)Переход в твёрдое состояние без деформации деталей;

4)Высокую механическую стойкость, влаго-, термо-, морозостойкость соединения.

В зависимости от функционального назначения склеиваемого компонента и условий его работы, значимость условий различно. Численные значения параметров оптических клеев приведены ниже в таблице.

Бальзам — это клей получаемый путём переработки живицы, пихтовых деревьев, в состав которых входит скипидар, канифоль, летучие эфирные масла. Бальзам может быть двух видов: обычный и пластифицированный. Пластификатор вводят для повышения пластичности клея и устойчивости склеиваемого соединения в условиях низких температур.Свойства бальзама характеризуют твёрдостью, количественно её оценивают числом пенетрации, выраженным в сотых долях миллиметра, глубиной погружения иглы пенетрометра в вещество в стандартных условиях испытаний. По твёрдости бальзам разделён на следующие группы:

ВТ – весьма твёрдый;

Т – твёрдый;

С – средний;

М – мягкий;

ВМ – весьма мягкий.

По этому же признаку бальзам разделён на марки. Основные недостатки клея:

1) Узкий температурный интервал, в котором могут работать детали;

2) Их деформация, возникающая при склеивании;

3) Нарушение центровки.

Положительные качества – это способность выдерживать большое число расплавлений без существенного изменения свойств, возможность уменьшения деформации склеенного компонента его отжигом (нагрев до ) и последующим охлаждением со скоростью в час. Клей применяют для соединения линз малых размеров.

Бальзамин – это продукт частичной полимеризации карбинола. Может находиться в жидком, вязком и твёрдом состоянии. Жидкий бальзамин – это полуфабрикат вязкого, получают перегонкой карбинола в вакууме. Твёрдый бальзамин получают после склеивания деталей в ходе дальнейшей полимеризации. Свет и тепло ускоряют этот процесс. Бальзамин применяют для соединения деталей, которые устойчивы к деформации, возникающей при склеивании деталей, а также которые в соответствии с условиями эксплуатации должны выдерживать динамическую нагрузку, вибрацию, тепловой удар, низкие и высокие температуры. Соединяемые детали предварительного нагрева не требуют, но для ускорения процесса полимеризации клея компоненты нагревают при температуре . Полная полимеризация происходит в течение суток при температуре . Наибольшая прочность соединения имеет место при толщине слоя клея 0,005 – 0,006 мм. В твёрдом состоянии бальзамин не растворим в бензине, керосине, маслах. Неправильно склеенные детали можно разъединить ударом по шву соединения при пониженной температуре ( ), охлаждением жидким воздухом или нагревом до . Основные отрицательные качества бальзамина – оптическая неоднородность, малая эластичность.

Бальзамин-М отличается от рассмотренного компонентами окислительно-восстанови

тельной системы, которые играют роль инициатора и ускорителя полимеризации. Благода

ря их высокой каталитической активности процесс полимеризации клея идёт при темпера-туре . Он оптически однороден; применяют для соединения деталей любого раз-мера и отношения толщины к диаметру, деталей со светоделительными покрытиями, све-тофильтров, поляроидов. Склеиваемые детали не нагревают и после соединения термо-обработке не подвергают.

Клей акриловый – раствор низкомолекулярного сополимера метил-, и бутилметакрилата в ксилоле. Применяют для склеивания поляроидов, деталей из силикатного стекла, кальцита, квасцов, светофильтров и клиньев с желатиновыми и поливиниловыми плёнками, а также для соединения деталей из стекла с металлами (кроме олова, хрома, инвара, ковара). Склеиваемые детали не нагревают, поэтому их деформация при высыхании клея незначительна. Для повышения механической прочности соединения слой высушивают при до полного испарения растворителя. Расклеивание компонента осуществляют погружением в ацетон или ксилол, а также нагревом до

Клей УФ-235М – раствор полимера моновинилацелата в циклогексаноле. Используют для соединения деталей из материалов, прозрачных в УФ области спектра от 220 нм. Склеиваемые детали должны быть нагреты до , а клей до для удаления из него пузырьков воздуха. Компонент расклеивают погружением в этиловый спирт или нагревом до

Клей ОК-60 – раствор кремнийорганической смолы в тетрахлорэтане. Его применяют для склеивания деталей из кристаллов, прозрачных в видимой и ИК областях спектра (до 8 мкм). Компонент сушат при комнатной температуре в течение 24 ч, затем для удаления растворителя прогревают 2 ч при . Расклеивают соединение погружением в ацетон на 6 – 7 ч.

Клей ОК-50 – раствор полиаминов, выполняющих роль отвердителя, в жидкой модификации диановой эпоксидной смолы. Его применяют для склеивания деталей, работающих во влажном тропическом климате, соприкасающихся с морской водой, для соединения стекла с металлом (кроме олова, хрома, инвара, ковара). Хорошая агдезия клея к стеклу определяет высокую механическую прочность соединения. Малая эластичность ограничивает разность коэффициентов термического расширения соединяемых материалов. Твердеет клей при комнатной температуре и деформации деталей не вызывает. При достаточной жёсткости их конструкции, или ненормируемой величине деформации, склеенный компонент для ускорения процесса полимеризации клея и приобретения им влаго-, водостойкости прогревают при 60°С в течение 3 – 5 ч.

Клей ОК-72Ф – раствор представляющий собой смесь двух компонентов: эпоксидной смолы ЭД-5, растворённой в фенилглицидном эфире и вератоне, и определённой фракции полиэтиленполиаминов, модифицированной фенилглицидным эфиром. Используют для склеивания деталей из кристаллов, из стекла с различными покрытиями, деталей, работающих в условиях влажного тропического климата, соединения стекла с металлом, для герметизации межфасочного пространства деталей, склеенных бальзамином и бальзамом при последующей закатке компонента в оправы. Твердеет клей при комнатной температуре и деформации деталей не вызывает.

Клей ММА – смесь двух растворов эпоксидной смолы в перегнанном мономере метилметакрилата. Один из них содержит триаллилцианурат и диметилапилин, другой перекись бензола. Продолжительность рабочего состояния клея после смешивания компонентов – около 20 мин. Полимеризуется при комнатной температуре и деформации деталей не вызывает. Клей не токсичен. Используют его для соединения деталей из стекла диаметром до 900 мм, работающих в различных климатических условиях.

Сплав ТКС-1 – термопластический клей, используемый для соединения деталей из материалов с коэффициентами преломления >2 (арсенид и антимонид индия, германий, кремний, стёкла ИКС-24, ИКС-26, ИКС-30 и др.), одинаковыми коэффициентами термического расширения и допускающими нагрев до 170 ° С.

Таблица 5.1 Свойства оптических клеев

Продолжение таблицы 5.1