超聲波清洗機的工藝流程

超聲波清洗機的工藝流程

　1、研磨后的清洗 　　

研磨是光學玻璃生產(chǎn)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(shù)企業(yè)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(jù)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(chǎn)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(yè)病，而且由于三氯乙烯很不穩(wěn)定，容易水解呈酸性，因此會腐蝕鏡片及設備。對此，國內的清洗劑廠家研制生產(chǎn)了非ODS溶劑型系列清洗劑，可用于清洗光學玻璃；并且該系列產(chǎn)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(shù)企業(yè)的生產(chǎn)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(yè)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(fā)較慢的有機溶劑；另一部分企業(yè)則相反，要求使用揮發(fā)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(chǎn)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的要求。以前由于國內的光學玻璃水基清洗劑品種較少，很多外資企業(yè)都選用進口的清洗劑。而目前國內已有公司開發(fā)出光學玻璃清洗劑，并成功地應用在國內數(shù)家大型光學玻璃生產(chǎn)廠，清洗效果*可以取代進口產(chǎn)品，在腐蝕性（防腐性能）等指標上更是優(yōu)于進口產(chǎn)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(chǎn)生水印，這種現(xiàn)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大的區(qū)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(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是揮發(fā)速度很慢，氣味小。采用半水基清洗劑清洗的設備在*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(xù)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，并且好將其設為流水漂洗。 　　國內應用此種工藝的企業(yè)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(tǒng)的方法，其優(yōu)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(huán)使用；但缺點也比較明顯，由于光學玻璃的生產(chǎn)環(huán)境要求恒溫恒濕，均為封閉車間，溶劑的氣味對于工作環(huán)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(fā)展成熟的一種新工藝，它是在傳統(tǒng)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(tǒng)；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。半水基清洗劑為突出的一個優(yōu)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(xù)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(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(guī)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棘手的問題是玻璃表面的燒蝕。燒蝕是怎樣發(fā)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(fā)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(huán)境堿性不斷增強，生成高濃堿性液體，與H2SiO3發(fā)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(huán)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(xù)向玻璃層侵蝕，特別是含硅少、化學穩(wěn)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(fā)生。水解作用的表現(xiàn)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(xiàn)以研磨工序為例，說明堿性環(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(chǎn)生水解反應，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作用，阻止反應繼續(xù)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(xù)上升，其中的堿性液體與H2SiO3凝膠反應，如方程式（4），如此循環(huán)加速水解反應，導致玻璃表面燒蝕。 　　2、表現(xiàn)及清洗對策 　　表面燒蝕的玻璃在經(jīng)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(fā)生變化所致。 　　由于光學玻璃的表面精度要求，有燒蝕狀況的玻璃會出現(xiàn)鍍膜不良，影響使用，故必須在鍍膜前予以妥當處理。通常可采用過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(jīng)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(chǎn)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小（一般為十幾至幾十納米），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(chǎn)生的塊狀印痕的目的。 　　綜 述 　　目前多數(shù)光學玻璃生產(chǎn)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，兩者大的區(qū)別在于前者對無機污染物的清洗*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。 　　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，通常可采用過堿性清洗的方法，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(fā)展進行了簡單評說。 　　一、非ODS清洗技術 　　到目前為止，LCD行業(yè)已有15家企業(yè)參與了《中國清洗行業(yè)ODS整體淘汰計劃》，并獲得多邊基會贈款。其中已有10家企業(yè)的替代設備投入運行。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)也面臨進一步優(yōu)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(yè)非ODS清洗技術的現(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。