СПОСОБ СКЛЕИВАНИЯ ИНЕРТНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ
METHOD OF BONDING INERT POLYMER MATERIALS WITH METAL SURFACES

Изобретение относится к технологии склеивания инертных полимерных материалов (ИПМ) с металлическими поверхностями, преимущественно для использования в точном машиностроении, в частности в оптическом приборостроении.
Известен способ крепления эластичного покрытия к металлическим поверхностям, включающий нанесение клеевого материала, выдержку его, наложение на металлическую поверхность эластичного покрытия с приложением усилия прижима от центра к кромкам с последующим отверждением клея (см. патент RU 2144553, МПК C09J 5/02, 163/02, C09K 3/10, публ. 20.01.2000). Известный способ включает предварительную механическую обработку металлической поверхности и радиационно-химическую или химическую модификацию монтажной поверхности эластичного покрытия.
Недостатком известного способа является недостаточная прочность соединения полимера с металлической поверхностью из-за низкой адгезии металлической поверхности к поверхности эластичного покрытия.
Прототипом является способ склеивания полиэтилена с металлом, по которому, для повышения прочности склеивания полиэтилена с металлом, осуществляют подготовку поверхности полиэтилена к склеиванию путем активирования ее поверхности, и затем осуществляют нанесение клея, монтаж соединения при давлении 0,2 Мпа и температуре 20-60°С (Ковачич Л. под редакцией А.С. Фрейдина. Склеивание металлов и пластмасс, Москва: Химия, 1985, страницы 188-189).
Основным недостатком прототипа является недостаточная прочность соединения полимера с металлом из-за малой эффективной площади склеиваемой поверхности полимера с металлом.
Задачей изобретения является разработка способа склеивания ИПМ с металлическими поверхностями, в котором устранены основные недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом изобретения является повышение прочности соединения ИПМ с металлической поверхностью за счет увеличения эффективной площади склеиваемой поверхности ИПМ.
Технический результат достигается тем, что в способе склеивания ИПМ с металлическими поверхностями, по которому осуществляют подготовку поверхности ИПМ к склеиванию, нанесение клея, монтаж соединения, согласно настоящему изобретению, при подготовке поверхности ИПМ к склеиванию на ее поверхности формируют рельефную структуру из параллельно расположенных штрихов, далее формируют на ней металлическое покрытие путем направленного нанесения металла нормально к поверхности ИПМ и под углом к ней, перпендикулярно направлению штрихов.
В качестве ИПМ используют полиолефины.
Штрихи на поверхности ИПМ формируют методом горячего прессования.
Штрихи на поверхности ИПМ формируют прямоугольной формы в поперечном сечении.
Штрихи на поверхности ИПМ формируют треугольной формы в поперечном сечении с углом наклона штрихов к поверхности ИПМ от 30° до 45°.
Штрихи на поверхности ИПМ выполнены равноотстоящими друг от друга.
Металл наносят под углом к поверхности ИПМ, меньшим чем угол наклона штрихов к поверхности ИПМ.
Металлическое покрытие 4 формируют путем термического вакуумного испарения металла.
В качестве металла для термического вакуумного испарения используют алюминий.
На фиг. 1 - фиг. 7 схематично показаны этапы процесса склеивания ИПМ с металлическими поверхностями.
На фиг. 1 изображено формирование на поверхности ИПМ рельефной структуры: а) прямоугольного профиля, б) треугольного профиля.
На фиг. 2, а, б изображены сформированные на поверхности ИПМ рельефные структуры из параллельно расположенных штрихов.
На фиг. 3, а, б изображено формирование металлического покрытия путем направленного нанесения металла нормально к поверхности ИПМ.
На фиг. 4, а, б изображено формирование металлического покрытия путем направленного нанесения металла под углом к поверхности ИПМ.
На фиг. 5, а, б изображен вид сверху - вид А-А на фиг. 4 (формирование металлического покрытия путем направленного нанесения металла под углом к поверхности ИПМ, перпендикулярно направлению штрихов).
На фиг. 6, а, б изображено нанесение клея на поверхность ИПМ.
На фиг. 7, а, б изображен монтаж соединения (склеивание ИПМ с металлической поверхностью).
На фиг. 8 изображено окно кюветы из ИПМ, которая используется в качестве рабочего окна в спектральном анализе исследования жидких веществ.
На фиг. 9 изображена решетка-поляризатор из ИПМ: а) кольцо с пленкой из ИПМ, 6) оправа, придающая высокую плоскостность пленке из ИПМ.
На фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 элементы, характеризующие предлагаемый способ склеивания ИПМ с металлическими поверхностями, обозначены следующими позициями:
1 - матрица для формирования рельефной структуры,
2 - ИПМ,
3 - штрихи,
4 - металлическое покрытие, сформированное направленным нанесением металла нормально к поверхности ИПМ и под углом к ней,
5 - клей,
6 - металлическая поверхность.
Способ склеивания ИПМ с металлическими поверхностями включает в себя подготовку поверхности ИПМ к склеиванию (фиг. 1-5), нанесение клея (фиг. 6), монтаж соединения (фиг. 7).
Отличием предлагаемого способа склеивания является то, что при подготовке поверхности ИПМ к склеиванию на ее поверхности матрицей 1 формируют рельефную структуру (фиг. 1) из параллельно расположенных штрихов 3, далее формируют на ней металлическое покрытие 4 путем направленного нанесения металла нормально к поверхности ИПМ (фиг. 3) и под углом к ней (фиг. 4), перпендикулярно направлению штрихов (фиг. 5).
В качестве ИПМ используют полиолефины.
Штрихи 3 на поверхности ИПМ формируют методом горячего прессования (фиг. 1а, 1б).
Штрихи 3 на поверхности ИПМ формируют прямоугольной формы в поперечном сечении (фиг. 2а).
Штрихи 3 на поверхности ИПМ также могут быть сформированы треугольной формы в поперечном сечении, с углом а наклона штрихов к поверхности ИПМ от 30° до 45° (фиг. 2б). Указанный диапазон формирования штрихов, обеспечивающий повышенную прочность соединения ИПМ с металлической поверхностью, определен экспериментальным путем.
Штрихи 3 на поверхности ИПМ 2 выполнены равноотстоящими друг от друга (фиг. 2а, 2б).
Металл наносят под углом (5 к поверхности ИПМ, меньшим чем угол а наклона штрихов к поверхности ИПМ (фиг. 4а, 4б). Напыление под этим углом позволяет осаждаться металлу на отрезках между вершинами и серединами боковых поверхностей штрихов и не позволяет попадать между штрихами. Подобная форма вершин штрихов обеспечивает дополнительный эффект поднутрения клея к поверхности ИПМ в случае с прямоугольным профилем штрихов (фиг. 4а) и также увеличивает эффективную площадь склеиваемой поверхности (фиг. 4а, 4б).
Металлическое покрытие 4 формируют путем термического вакуумного испарения металла (фиг. 3, 4).
В качестве металла для термического вакуумного испарения используют алюминий, так как при этом за счет окисления поверхности покрытия дополнительно увеличивается адгезия между соединяемыми материалами.
Пример конкретного выполнения.
Пример 1. Для получения окна кюветы (фиг. 8) из ИПМ, а именно, полиэтиленовой пленки 2, которая используется в качестве рабочего окна в спектральном анализе исследования жидких веществ, необходимо склеить полиэтиленовую пленку 2 с металлической поверхностью 6 цилиндрического кольца, которые должны быть плотно закреплены между собой.
Для этого осуществляют подготовку поверхности ИПМ к склеиванию, по которой вначале на поверхности полиэтиленовой пленки 2 формируют рельефную структуру (фиг. 1а) из регулярно и параллельно расположенных штрихов 3 прямоугольного профиля (фиг. 2а) путем горячего прессования с помощью предварительно изготовленной металлической матрицы 1 с соответствующей рельефной структурой, причем матрица 1 имеет кольцевую форму с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру кольца окна кюветы. Штрихи 3 на поверхности ИПМ 2 выполнены равноотстоящими друг от друга (фиг. 2а). Далее на рельефной структуре полиэтиленовой пленки 2 формируют металлическое покрытие 4 методом термического испарения алюминия на вакуумной испарительной установке типа ВУ. Металлическое покрытие 4 формируют путем направленного нанесения металла нормально к поверхности полиэтиленовой пленки (фиг. 3а) и под углом к ней (фиг. 4а). При нанесении металлического покрытия 4 световую зону окна кюветы экранируют от попадания металла (на фиг. 3а, фиг. 4а не показано).
На подлежащую склеиванию рельефную поверхность полиэтиленовой пленки 2 по контуру наносят промышленный клей 5 (фиг. 6а).
Затем осуществляют соединение полиэтиленовой пленки 2 с металлической поверхностью 6. Для этого на рельефную поверхность полиэтиленовой пленки 2 с клеем 5 накладывают металлическое цилиндрическое кольцо (фиг. 7а), поверх которого накладывают жесткую пластину (на фиг. 7а не показана) и обеспечивают на нее давление, достаточное для равномерного распределения клея 5 по склеиваемым поверхностям (рельефной поверхности полиэтиленовой пленки 2 и металлической поверхности 6).
После отверждения клея 5 кольцо с полиэтиленовой пленкой 2 извлекают и затем удаляют избытки полиэтиленовой пленки 2 и клея 5. Готовое изделие используют по назначению.
Пример 2. Для склеивания решетки-поляризатора (фиг. 9а, фиг. 9б) из полиэтиленовой пленки 2 с металлической поверхностью 6 контура цилиндрического кольца осуществляют подготовку поверхности полиэтиленовой пленки 2 к склеиванию, по которой вначале на поверхности полиэтиленовой пленки 2 формируют рельефную структуру (фиг. 1б) из регулярно и параллельно расположенных штрихов 3 треугольного профиля (фиг. 2б) путем горячего прессования с помощью предварительно изготовленной металлической матрицы 1 с соответствующей рельефной структурой. Штрихи 3 на поверхности ИПМ формируют треугольной формы в поперечном сечении, с углом а наклона штрихов к поверхности ИПМ равным 45°, соответствующему оптимальному диапазону от 30° до 45° (фиг. 2б). Штрихи 3 на поверхности ИПМ 2 выполнены равноотстоящими друг от друга (фиг. 2б). Далее на рельефной структуре полиэтиленовой пленки 2 решетки-поляризатора формируют металлическое покрытие 4 методом термического испарения алюминия на вакуумной испарительной установке типа ВУ путем нанесения металла, располагая ее нормально (фиг. 3б) к направлению на испаритель (на фиг. 3б, фиг. 4б не показан), и затем располагая световую зону полиэтиленовой пленки 2 под углом (фиг. 4б) к направлению на испаритель.
При этом световую зону полиэтиленовой пленки 2 решетки-поляризатора экранируют от попадания испаряемого металла (на фиг. 3б, фиг. 4б не показано). Далее, на подлежащую склеиванию рельефную структуру полиэтиленовой пленки 2 решетки-поляризатора, по контуру наносят промышленный клей 5 (фиг. 6б). Затем осуществляют соединение полиэтиленовой пленки 2 с металлической поверхностью 6.
Для этого на рельефную структуру полиэтиленовой пленки 2 с клеем 5 накладывают металлическое кольцо (фиг. 7б), поверх которого накладывают жесткую пластину (на фиг. 7б не показана) и обеспечивают на нее давление, достаточное для равномерного распределения клея 5 по склеиваемым поверхностям (рельефной поверхности полиэтиленовой пленки 2 и металлической поверхности 6).
После отверждения клея 5 кольцо с полиэтиленовой пленкой 2 (фиг. 9а) извлекают, удаляют избытки пленки 2 и клея 5 и затем помещают в оправу, придающую высокую плоскостность пленке (фиг. 9б). Готовое изделие используют по назначению.
Таким образом, использование предлагаемого способа позволит обеспечить повышенную прочность соединения ИПМ с металлической поверхностью за счет увеличения эффективной площади склеиваемой поверхности ИПМ путем обеспечения эффекта поднутрения, (без какого либо химического вмешательства).