NL8802683A - Werkwijze voor het onderling verbinden van twee lichamen met een lijm alsmede een samengesteld lichaam. - Google Patents

Description

N.V. Philips" Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Werkwijze voor het onderling verbinden van twee lichamen met een lijm alsmede een samengesteld lichaam."

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het onderling verbinden van twee lichamen met een lijm, waarbij tussen de twee lichamen lijm wordt aangebracht en deze ten opzichte van elkaar worden gepositioneerd, waarna de lijm wordt uitgehard.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een samengesteld lichaam omvattende ten minste twee delen waarvan ten minste twee delen onderling zijn verbonden door middel van een lijmverbinding.

Een werkwijze voor het onderling verbinden van twee lichamen, waarbij het ene lichaam een optische component, zoals een spiegel of lens, en het andere lichaam een vatting is, is beschreven in het Europese octrooischrift EP 0090218. De vatting is voorzien van een boring waarin de optische component is geplaatst, waarbij tussen de binnenwand van de vatting en de buitenwand van de optische component een spleet aanwezig is. Deze spleet is geheel of gedeeltelijk gevuld met lijm.

Dergelijke optische samenstellen worden toegepast in bijvoorbeeld optische platenspelers. In deze apparaten is het belangrijk dat de optische onderdelen in de juiste positie ten opzichte van elkaar staan. Belangrijk is daarbij de positoneernauwkeurigheid in de richting van de optische as (Z-richting) van het optische samenstel, in de richtingen volgens twee loodrecht op de optische as en op elkaar staande assen (X- en Y-richting) en in de rotatierichtingen om de laatstgenoemde assen.

De bekende werkwijze heeft het bezwaar dat bij het uitharden van de lijm tussen optische component en vatting, relatief grote verplaatsingen van de optische component in de Z-richting kunnen ontstaan als gevolg van het onvermijdelijk optreden van krimp in de lijmlaag tijdens het uitharden. Bovendien is de kans op kantelingen van de optische component om de in X- en Y-richting lopende assen groot door het ontstaan van krimpspanningen in de lijmlaag. Bij de verlijming van dergelijke optische componenten worden meestal chemisch-verhardende lijmen toegepast waarin geen of weinig oplosmiddel aanwezig is en welke gebaseerd zijn op een polymerisatiereactie van reactieve monomeren of oligomeren. Tijdens deze polymerisatie- of uithardingsreactie, die door licht of verwarming kan worden geïnduceerd, treedt volume-afname van de lijmlaag op, hetgeen leidt tot krimp en krimpspanningen in de lijmlaag. Om toch nauwkeurige optische samenstellen te vervaardigen heeft men tot nu toe mechanische maatregelen voorgesteld, zoals die beschreven in de Europese octrooiaanvrage EP 25 25 62 (PHN 11.812), waarbij één van de te lijmen wanden ribben bevat waarop lijm wordt aangebracht. In de Europese octrooiaanvrage EP 27 41 53 (PHN 11.967) wordt een vatting met driehoekige doorsnede beschreven, waarvan de zijwanden vervormbaar zijn. In de niet-voorgepubliceerde octrooiaanvrage NL 8701211 (PHN 12.131) van Aanvraagster is beschreven dat in de te verlijmen vlakken profielen zijn aangebracht. Deze mechanische oplossingen lossen de oorzaak van het probleem, de krimp van de uithardende lijmlaag, niet op.

De uitvinding beoogt ondermeer een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen waarbij de twee onderling te verlijmen lichamen onderling in hoge mate nauwkeurig gepositioneerd zijn doordat de krimp en krimpspanning in de lijmlaag gering is.

Aan deze opgave wordt volgens de uitvinding voldaan door een werkwijze zoals in de aanhef is vermeld welke is gekenmerkt doordat de lijm vloeibaar kristallijne monomeren bevat. Het voordeel van de toepassing van vloeibaar kristallijne monomeren is dat de monomeren zich onderling ordenen waardoor zij vóór de polymerisatie een grotere dichtheid hebben dan gebruikelijke isotrope monomeren. Hierdoor is de overal1-volumekrimp van dit soort materialen geringer dan die van gepolymeriseerde isotrope monomeren.

Het aanbrengen van de lijm welke vloeibaar krijstallijne monomeren bevat geschiedt op de gebruikelijke wijzen door het aanbrengen van één of meer druppels lijm op een vlak van én of beide te verlijmen lichamen. Bij een nauwe spleet tussen de beide te verlijmen lichamen kan gebruik worden gemaakt van de capillaire werking van de spleet.

Een geschikte uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat als vloeibaar kristallijn monomeer een di-(meth)acrylaat wordt toegepast. Geschikte vloeibaar kristallijne di-acrylaten zijn weergegeven met de algemene formule 1 van het formuleblad. In de formule geldt: R is een waterstofatoom op een methylgroep,

R' is een waterstofatoom, een alkylgroep met 1-4 koolstofatomen of een halogeenatoom, A is een zuurstofatoom of de groep , B is de groep

m heeft de waarde 1-15 n is 0 of 1.

Een representant van deze di-(meth)acrylaten is weergegeven met formule 2 van het formuleblad. Andere vloeibaar kristallijne di-(meth)acrylaten welke geschikt zijn, zijn bijvoorbeeld vermeld in de Europese aanvrage EP 261712 (PHN 11.855), waarin tevens de bereidingsmethode is beschreven. Andere geschikte vloeibaar kristallijne monomeren zijn epoxiden welke zijn weergegeven met formule 3 van het formuleblad.

Hierin is X een groep weergegeven met één van de formules 4 tot en met 8 van het formuleblad, waarbij p de waarde heeft 0-20, en M is een mesogene groep, waarvan enkele voorbeelden zijn weergegeven met formules 9 tot en met 12 van het formuleblad. Andere geschikte vloeibaar kristallijne monomeren zijn vinyl ethers en thiol-een systemen welke zijn weergegeven met resp. de formules 13 en 14a en 14b van het formuleblad. Hierin hebben X en X' de reeds eerder genoemde betekenis van X en hebben H en M' de reeds eerder genoemde betekenis van M. p heeft de waarde 0-20. Voor de polymerisatie van de thiol-een systemen worden de monomeren met formules 14a en 14b in equimolaire hoeveelheden bij elkaar gemengd.

Voor de initiatie van de polymerisatiereactie van de (meth)acrylaten en thiol-een systemen worden de vloeibaar kristallijne monomeren gemengd met 1 a 2 gew.% van een radicaal-initiator, zoals bijvoorbeeld Darocur 1173 (Merck) en Irgacure 651 (Ciba-Geigy) welke beide fotoinitiatoren zijn of benzoylperoxide welke een thermische initiator is. Voor het uitharden van epoxiden en vinylethers worden kationische initiatoren toegepast, bijvoorbeeld Degacure K126 (Degussa).

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat de vloeibaar kristallijne monomeren worden georiënteerd door een uitwendig krachtveld alvorens de lijm te laten uitharden. Vanwege de grote beweeglijkheid van de relatief kleine moleculen van de vloeibaar kristallijne monomeren, kan door toepassing van een uitwendig krachtveld een zeer snelle, nagenoeg momentane verdere oriëntatie van de moleculen worden bewerkstelligd.

Het uitwendige krachtveld kan een elektrisch of magnetisch veld zijn waarvan de veldrichting gemakkelijk instelbaar is, zodat elke gewenste oriëntatie van de vloeibaar kristallijne monomeren kan worden verwezenlijkt. Ook kan het te verlijmen oppervlak van te voren in één richting gewreven worden, waarbij de vloeibaar kristallijne monomeren zich in de wrijfrichting zullen gaan oriënteren. Hierbij wordt het te verlijmen oppervlak eventueel eerst voorzien van een geschikte polymere oriëntatielaag, zoals polyimide. Ook het vooraf aanbrengen van microgroeven of een silaan op het te verlijmen oppervlak leidt tot oriëntatie van de vloeibaar kristallijne monomeren. Tijdens de polymerisatie wordt het veld gehandhaafd zodat geen kans bestaat op desoriëntatie van de moleculen. Door de extra ordening is de lineaire krimp loodrecht op de richting van de oriëntatie geringer dan die in de richting van de oriëntatie. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat in de richting loodrecht op de oriëntatierichting de pakking van de monomeermoleculen reeds dicht is en door de polymerisatie nauwelijks verandert. In veel toepassingen is het juist de lineaire krimp in één of twee richtingen die de onnauwkeurigheden of spanningen introduceert, zodat door het aanleggen van het juiste uitwendige krachtveld de oriëntatie van de monomeren zeer markante verbeteringen geeft.

Een praktische uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat de uitharding plaatsvindt door middel van bestraling met UV-licht. Hiertoe bevat de lijm met de vloeibaar kristallijne monomeren een reeds eerder genoemde radicaal- of kationische fotoinitiator. Als gevolg van de belichting ontleedt deze in radicalen of in een kation welke de polymerisatie van de monomeren initiëren. Voor de toepassing van UV-licht is het uiteraard noodzakelijk dat ten minste één van de te verlijmen lichamen transparant is voor UV-licht, of dat de lijmlaag anderszins bereikbaar is voor UV-licht. Bij toepassing in optische samenstellen is dit meestal het geval.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een samengesteld lichaam omvattende ten minste twee delen waarvan ten minste twee delen onderling zijn verbonden door middel van een lijmverbinding en is hierdoor gekenmerkt, dat de lijmverbinding een georiënteerd polymeer bevat. De oriëntatie van het polymeer is zodanig gekozen dat in richtingen loodrecht op de polymeeroriëntatie de minste krimp en krimpspanningen gewenst zijn. Voor de verkrijging van een georiënteerd polymeer kunnen de hierboven vermelde methoden toegepast worden. Door de zeer geringe krimp die is opgetreden tijdens het uithardingsproces in richtingen die voor de positionering van belang zijn vertonen de beide delen van het samengestelde lichaam een grote mate van onderlinge positioneringsnauwkeurigheid. Tevens is de krimpspanning in de lijmlaag zeer gering. Dergelijke nauwkeurigheden zijn van belang bij de reeds genoemde optische platenspelers, zoals Laser Vision en Compact-Disc spelers waar positionele nauwkeurigheden van enkele tienden van een micron en hoeknauwkeurigheden van 10“^ tot 10"® radialen vereist zijn. Hierbij gaat het om optische componenten zoals lenzen, spiegels, prisma's en lasers in een geschikte vatting.

Ofschoon de genoemde voorbeelden handelen over optische samenstellen, zal het de vakman duidelijk zijn dat de werkwijze volgens de uitvinding ook toepasbaar is bij alle lijmverbindingen waar een hoge mate van positioneringsnauwkeurigheid vereist is. Zoals reeds hierboven vermeld kunnen bij niet transparante lichamen de vloeibaar kristallijne monomeren worden uitgehard door toepassing van een thermische initiator zoals benzoylperoxide. Ter verbetering van de hechting kunnen hechting-verbeteraars (adhesion promotors) worden toegevoegd, bijvoorbeeld silanen.

De uitvinding wordt in onderstaande uitvoeringsvoorbeelden met behulp van tekeningen nader toegelicht, waarbij

Figuur 1 schematisch een doorsnede van een optisch samenstel weergeeft en

Figuur 2 schematisch een opstelling weergeeft voor de meting van de krimp van de uithardende lijm.

Uitvoerinasvoorbeeld 1.

In Figuur 1 is met verwijzingscijfer 1 een doorsnede weergegeven van een optisch samenstel 1 bestaande uit een kunststof vatting 3 (polypropyleenoxide) en een glazen lens 5 met optische as 6.

Er wordt een lijm samengesteld bestaande uit een verbinding met de formule 2 van het formuleblad en 2 gew.% Darocur 1173 (Merck). De lijm heeft vloeibaar kristallijne nematische eigenschappen in het temperatuurgebied van 78 to 161°C. De binnenwand 7 van de vatting wordt gewreven iet een niet-pluizende fluwelen doek in een richting z evenwijdig aan de optische as. Bij de figuur is een cartesiaans coördinatenstelsel weergegeven, waarin Z evenwijdig aan de optische asrichting 6 is. In plaats van fluweel kunnen ook andere materialen, zoals papiergaas of katoen worden toegepast. Na aanbrengen van de bovengenoemde lijm langs de buitenomtrek van de lens, wordt de lens op de gebruikelijke manier in de vatting gepositioneerd. De lijmlaag 9 bevindt zich tussen de buitenomtrek van de lens en de binnenwand van de vatting. Het samenstel 1 wordt op een temperatuur van 80°C gebracht.

De monomeren in de lijmlaag oriënteren zich dan in de wrijfrichting Z. Vervolgens wordt de lijmlaag belicht met UV-licht van 360 nm gedurende enkele minuten. Het vermogen van de hiervoor gebruikte o lagedrukkwiklamp bedraagt 5 mW/cm . Als gevolg van de belichting worden de in de wrijfrichting georiënteerde monomeermoleculen in de lijmlaag 9 gepolymeriseerd waardoor de oriëntatie wordt gefixeerd. De moleculaire assen van de polymeermoleculen zijn gericht in de wrijfrichting Z. Als gevolg van het feit dat de krimp loodrecht op de moleculaire as laag is, is de polymerisatiekrimp in twee van de drie hoofdrichtingen laag, namelijk in de X- en Y-richting. Door keuze van de oriëntatierichting van de moleculen kan men een vlak selecteren met lage krimp in beide richtingen.

Uitvoerinqsvoorbeeld 2.

De polymerisatiekrimp van uithardende monomeren wordt gemeten met een opstelling als weergegeven in Figuur 2. Op een verwarmingstafel 1 bevindt zich een glasplaat 3, Op de glasplaat is langs de omtrek een spacer 5 met een dikte van 450 pm geplaatst. Op de spacer wordt een dunne spiegelende gemetalliseerde glasplaat 7 aangebracht, nadat een druppel van de te meten lijm 9 op de glasplaat is aangebracht. De lijm is van de zelfde samenstelling als in uitvoeringsvoorbeeld 1. Het volume van de lijmdruppel bedraagt 0,002 cm. De druppel raakt zowel de glasplaat 3 als de gemetalliseerde glasplaat 7. Met behulp van de verwarmingstafel wordt de temperatuur van de druppel op 100°C gebracht. De gehele opstelling kan worden geplaatst tussen de polen van een magneet (niet getekend) met een veldsterkte van 10 kGauss. Uit metingen met een polarisatiemicroscoop blijkt deze veldsterkte voldoende om de vloeibaar kristallijne monomeren te oriënteren. De druppel wordt belicht met behulp van een lagedrukkwiklamp 11 welke UV-licht 13 uitstraalt met een golflengte van 360 nm. Het UV-licht bereikt de druppel via een opening 15 in de verwarmingstafel en via glasplaat 3. Als gevolg van de belichting worden de georiënteerde monomeermoleculen in de druppel gepolymeriseerd waardoor de oriëntatie wordt gefixeerd. Als gevolg van de polymerisatie treedt in de druppel krimp op waardoor de gemetalliseerde glasplaat 7 zal verbuigen. Deze verbuiging wordt geregistreerd met behulp van een interferometer 17. De verbuiging van de gemetalliseerde glasplaat is een maat voor de optredende krimp.

De tabel geeft de resultaten van de polymerisatiekrimpmetingen. Hierbij staat in kolom 2 de lineaire krimp vermeld zonder toepassing van een uitwendig magneetveld; in kolommen 3 en 4 de lineaire krimp respectievelijk evenwijdig en loodrecht op de moleculaire as onder toepassing van een uitwendig magneetveld en in kolom 5 de volumekrimp. De volumekrimp kan worden berekend uit de afzonderlijke bijdragen van de drie hoofdrichtingen. Als vergelijkingsvoorbeeld staan in de tabel de meetwaarden vermeld van een verwant niet-vloeibaar kristallijn monomeer, namelijk Diacryl 101 (AKZO). Dit monomeer heeft de formule 15 van het formuleblad.

Uit de metingen blijkt dat de lineaire krimp bij toepassing van vloeibaar kristallijne monomeren zonder uitwendig krachtveld laag is en dat na toepassing van een uitwendig krachtveld, waardoor extra oriëntatie optreedt, vooral de lineaire krimp loodrecht op de moleculaire as heel laag is. Door keuze van de oriëntatierichting kan men een vlak selecteren met lage krimp in beide richtingen. In dat vlak zal dan volgens de tabel bij polymerisatie bij 100°C de lineaire krimp niet 4% zijn, zoals bij Diacryl 101, maar slechts 1,2%.

Claims (5)

1. Werkwijze voor het onderling verbinden van twee lichamen met een lijm, waarbij tussen de twee lichamen lijm wordt aangebracht en deze ten opzichte van elkaar worden gepositioneerd, waarna de lijm wordt uitgehard, met het kenmerk, dat de lijm vloeibaar kristallijne monomeren bevat.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat als vloeibaar kristallijn monomeer een di-(meth)acrylaat wordt toegepast.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de vloeibaar kristallijne monomeren, worden georiënteerd door een uitwendig krachtveld alvorens de lijm te laten uitharden.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de uitharding plaatsvindt door middel van bestraling met UV-licht.

5. Samengesteld lichaam omvattende ten minste delen waarvan ten minste twee delen onderling zijn verbonden door middel van een lijmverbinding, met het kenmerk, dat de lijmverbinding een georiënteerd polymeer bevat.