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超聲波清洗機(jī)的工藝流程
超聲波清洗機(jī)的工藝流程
1,、研磨后的清洗
研磨是光學(xué)玻璃生產(chǎn)中決定其加工效率和表面質(zhì)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(shù)企業(yè)的加工過(guò)程中會(huì)有漆片,。其中研磨粉的型號(hào)各異,，一般是以二氧化鈰為主的堿金屬氧化物,。根據(jù)鏡片的材質(zhì)及研磨精度不同,，選擇不同型號(hào)的研磨粉,。在研磨過(guò)程中使用的瀝青是起保護(hù)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(shè)備大致分為兩種： 一種主要使用有機(jī)溶劑清洗劑,，另一種主要使用半水基清洗劑。
（1）有機(jī)溶劑清洗采用的清洗流程如下： 有機(jī)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(jī)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(zhì)）產(chǎn)品,，目前處于強(qiáng)制淘汰階段,；而長(zhǎng)期使用三氯乙烯易導(dǎo)致職業(yè)病，而且由于三氯乙烯很不穩(wěn)定,，容易水解呈酸性,，因此會(huì)腐蝕鏡片及設(shè)備。對(duì)此,，國(guó)內(nèi)的清洗劑廠家研制生產(chǎn)了非ODS溶劑型系列清洗劑,，可用于清洗光學(xué)玻璃；并且該系列產(chǎn)品具備不同的物化指標(biāo),，可有效滿足不同設(shè)備及工藝條件的要求,。比如在少數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)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(jī)溶劑,；部分企業(yè)的清洗設(shè)備的溶劑清洗槽冷凝管較少，自由程很短,，要求使用揮發(fā)較慢的有機(jī)溶劑,；另一部分企業(yè)則相反，要求使用揮發(fā)較快的有機(jī)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(duì)其清洗能力很弱,，所以鏡片加工過(guò)程中產(chǎn)生的研磨粉基本上是在水基清洗單元內(nèi)除去的,，故而對(duì)水基清洗劑提出了的要求。以前由于國(guó)內(nèi)的光學(xué)玻璃水基清洗劑品種較少,，很多外資企業(yè)都選用進(jìn)口的清洗劑,。而目前國(guó)內(nèi)已有公司開(kāi)發(fā)出光學(xué)玻璃清洗劑,，并成功地應(yīng)用在國(guó)內(nèi)數(shù)家大型光學(xué)玻璃生產(chǎn)廠，清洗效果*可以取代進(jìn)口產(chǎn)品,，在腐蝕性（防腐性能）等指標(biāo)上更是優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品,。 對(duì)于IPA慢拉干燥，需要說(shuō)明的一點(diǎn)是,，某些種類的鏡片干燥后容易產(chǎn)生水印,，這種現(xiàn)象一方面與IPA的純度及空氣濕度有關(guān)，另一方面與清洗設(shè)備有較大的關(guān)系,，尤其是雙臂干燥的效果明顯不如單臂干燥的好,，需要設(shè)備廠家及用戶注意此點(diǎn)。
（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大的區(qū)別在于,，其前兩個(gè)清洗單元：有機(jī)溶劑清洗只對(duì)瀝青或漆片具有良好的清洗效果，但卻無(wú)法清洗研磨粉等無(wú)機(jī)物,；半水基清洗劑則不同,，不但可以清洗瀝青等有機(jī)污染物，還對(duì)研磨粉等無(wú)機(jī)物有良好的清洗效果,，從而大大減輕了后續(xù)清洗單元中水基清洗劑的清洗壓力,。半水基清洗劑的特點(diǎn)是揮發(fā)速度很慢，氣味小,。采用半水基清洗劑清洗的設(shè)備在*個(gè)清洗單元中無(wú)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(duì)后續(xù)工序使用的水基清洗劑有乳化作用,，所以第二個(gè)單元須市水漂洗,，并且好將其設(shè)為流水漂洗。 國(guó)內(nèi)應(yīng)用此種工藝的企業(yè)不多,，其中一個(gè)原因是半水基清洗劑多為進(jìn)口,，價(jià)格比較昂貴。 從水基清洗單元開(kāi)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(tǒng)的方法,，其優(yōu)點(diǎn)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(huán)使用,；但缺點(diǎn)也比較明顯，由于光學(xué)玻璃的生產(chǎn)環(huán)境要求恒溫恒濕,，均為封閉車間,，溶劑的氣味對(duì)于工作環(huán)境多少都會(huì)有些影響,，尤其是使用不封閉的半自動(dòng)清洗設(shè)備時(shí)。 半水基清洗是近年來(lái)逐漸發(fā)展成熟的一種新工藝,，它是在傳統(tǒng)溶劑清洗的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)而得來(lái)的,。它有效地避免了溶劑的一些弱點(diǎn)，可以做到無(wú)毒,，氣味輕微,，廢液可排入污水處理系統(tǒng)；設(shè)備上的配套裝置更少,；使用周期比溶劑要更長(zhǎng),；在運(yùn)行成本上比溶劑更低。半水基清洗劑為突出的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是對(duì)于研磨粉等無(wú)機(jī)污染物具有良好的清洗效果,，極大地緩解了后續(xù)單元水基清洗劑的清洗壓力,，延長(zhǎng)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(yùn)行成本,。 它的缺點(diǎn)就是清洗的速度比溶劑稍慢，并且必須要進(jìn)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(guī)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?qū)︾R片潔凈度的要求極為嚴(yán)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(shí),，還要考慮到他的腐蝕性等方面的問(wèn)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(xué)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(guī)定的形狀,，以滿足無(wú)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）要求為嚴(yán)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(duì)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(gè)清洗工藝相同,。 光學(xué)玻璃表面燒蝕及解決辦法 1、光學(xué)玻璃表面燒蝕問(wèn)題及成因 當(dāng)前,，光學(xué)玻璃加工過(guò)程中棘手的問(wèn)題是玻璃表面的燒蝕,。燒蝕是怎樣發(fā)生的呢？光學(xué)玻璃的主要成分為硅酸鹽,，其遇水或水蒸汽會(huì)發(fā)生水解作用,，形成燒蝕。 反應(yīng)方程式如下： Na2SiO3+2H2O?2NaOH+H2SiO3 （1） 水解作用的實(shí)質(zhì)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(guò)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(jié)果氫離子不斷減少,，使水中OH-離子不斷增加，與此同時(shí)玻璃表面形成一層硅酸凝膠薄膜,。OH-離子增加的結(jié)果是玻璃的液體環(huán)境堿性不斷增強(qiáng),，生成高濃堿性液體，與H2SiO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng),，方程式如下： 2OH-+ H2SiO3=2H2O + SiO32- （4） 這樣就加劇了方程式（1）向右進(jìn)行,，生成堿性物質(zhì)再次增加,，如此循環(huán)導(dǎo)致燒蝕加重,。同時(shí)由于硅膠質(zhì)層具有多孔龜裂結(jié)構(gòu)，使OH-離子繼續(xù)向玻璃層侵蝕,，特別是含硅少,、化學(xué)穩(wěn)定性差的材質(zhì)，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(xué)玻璃的整個(gè)加工過(guò)程，無(wú)論是研磨,、求芯等工序中或工序間,，均會(huì)程度不一地發(fā)生。水解作用的表現(xiàn)形式,，或者說(shuō)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(nèi)溫度）等。 現(xiàn)以研磨工序?yàn)槔?，說(shuō)明堿性環(huán)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(huì)對(duì)鏡片構(gòu)成腐蝕的,，但在進(jìn)行研磨加工時(shí),，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(huì)產(chǎn)生水解反應(yīng),，如方程式（1）,，而生成的H2SiO3（硅酸）呈凝膠狀態(tài)，附在玻璃表層起保護(hù)作用,，阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行,，同時(shí)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(yīng),，起到保護(hù)作用,，化學(xué)反應(yīng)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(yīng)更深入地向右進(jìn)行,，生成更多的堿性物質(zhì)，導(dǎo)致研磨液的pH值持續(xù)上升,，其中的堿性液體與H2SiO3凝膠反應(yīng),，如方程式（4），如此循環(huán)加速水解反應(yīng),，導(dǎo)致玻璃表面燒蝕,。 2、表現(xiàn)及清洗對(duì)策 表面燒蝕的玻璃在經(jīng)過(guò)清洗,、漂洗,、脫水和干燥處理以后，通常會(huì)有白色霧狀殘留,，使用丙酮等擦拭溶劑可以去除,，在強(qiáng)光照射下可見(jiàn)塊狀印痕，印痕因玻璃材質(zhì)不同呈不同顏色,，一般為藍(lán)色或灰色,。這是由于玻璃表面燒蝕后，相應(yīng)位置的折射率發(fā)生變化所致。 由于光學(xué)玻璃的表面精度要求,，有燒蝕狀況的玻璃會(huì)出現(xiàn)鍍膜不良,，影響使用，故必須在鍍膜前予以妥當(dāng)處理,。通?？刹捎眠^(guò)堿性清洗的方式解決燒蝕問(wèn)題。 過(guò)堿性清洗,，顧名思義,，是采用經(jīng)特殊方法配置而成的強(qiáng)堿性清洗劑，將玻璃鏡片在一定溫度下,，浸泡一定的時(shí)間（視鏡片材質(zhì)而定）,，使玻璃表面產(chǎn)生均勻腐蝕，生成一層極薄的硅酸鹽及硅酸等,，同時(shí)通過(guò)控制時(shí)間和溫度,，使此種腐蝕的深度極小（一般為十幾至幾十納米）,，不會(huì)影響鏡片表面精度,。通過(guò)外力（超聲波）清洗，使玻璃表面因腐蝕而松動(dòng)的表層脫落,，達(dá)到去除因燒蝕產(chǎn)生的塊狀印痕的目的,。 綜 述 目前多數(shù)光學(xué)玻璃生產(chǎn)廠家都會(huì)進(jìn)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,，兩者大的區(qū)別在于前者對(duì)無(wú)機(jī)污染物的清洗*依賴水基清洗劑,，后者所使用的半水基清洗劑對(duì)于無(wú)機(jī)污染物的清洗效果也較好,；兩者的共同點(diǎn)是對(duì)于有機(jī)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(shí)對(duì)鏡片的安全性,。 對(duì)于光學(xué)玻璃加工過(guò)程中不可避免的表面燒蝕問(wèn)題,，其成因是由于光學(xué)玻璃的主要成分——金屬氧化物水解反應(yīng)導(dǎo)致的，通?？刹捎眠^(guò)堿性清洗的方法,，并通過(guò)外力（超聲波）的作用消除燒蝕印痕。 LCD清洗屬于精密清洗領(lǐng)域,，對(duì)清洗的質(zhì)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(shù)，在上加速淘汰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(zhì)量不低于原用ODS清洗劑的清洗標(biāo)準(zhǔn),甚至更高。本文簡(jiǎn)單介紹LCD替代ODS清洗技術(shù)和不用或少用清洗劑的物理清洗技術(shù),并對(duì)其未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)單評(píng)說(shuō),。 一,、非ODS清洗技術(shù) 到目前為止，LCD行業(yè)已有15家企業(yè)參與了《中國(guó)清洗行業(yè)ODS整體淘汰計(jì)劃》,，并獲得多邊基會(huì)贈(zèng)款,。其中已有10家企業(yè)的替代設(shè)備投入運(yùn)行。但仍有少數(shù)LCD廠繼續(xù)使用CFC-113及TCA,。部分已淘汰ODS清洗劑的企業(yè)也面臨進(jìn)一步優(yōu)選工藝,、設(shè)備及非ODS清洗劑，以便提高LCD清洗品質(zhì)及效益的問(wèn)題,。以下討論LCD行業(yè)非ODS清洗技術(shù)的現(xiàn)狀,。 二、非ODS清洗劑及其工藝路線的選擇 適用于LCD行業(yè)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(shù)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(biāo),。 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(yuǎn)遠(yuǎn)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(duì)超聲波的依賴性較大,；二是水的表面張力比溶劑大,，對(duì)狹縫的濕潤(rùn)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,。