專利名稱：一種航空有機(jī)玻璃的真空鍍膜制備方法及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成樹(shù)脂類真空鍍膜制備方法，尤其是一種航空有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)真空鍍膜的制備方法。
背景技術(shù)：
航空有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)和丙烯酸樹(shù)脂(PC)類材料的真空鍍膜應(yīng)用于飛機(jī)客艙上的觀察窗、汽車配件和車燈外罩上的材料越來(lái)越多。該類材料的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)輕、透明度好、受碰撞不炸裂，但缺點(diǎn)是表面硬度低、易劃痕不耐擦。通過(guò)表面真空鍍膜是改善其性能的有效處理方法。但傳統(tǒng)的真空鍍膜工藝往往導(dǎo)至航空有機(jī)玻璃表面與真空鍍膜的膜層附著強(qiáng)度低，膜層很易剝落。此難題一直困繞著人們，限制真空鍍膜技術(shù)在此類基材上應(yīng)用。近二十年來(lái)，丙烯酸樹(shù)脂基片制造的眼鏡片，采用真空鍍膜來(lái)提高其光學(xué)增透性和表面硬度，國(guó)內(nèi)外都有專利，尤其日本申請(qǐng)專利最多。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN1532563A采用真空鍍和離子鍍技術(shù)共鍍7層膜層，提高了眼鏡片的增透性。但增透膜與眼鏡片基體的附著力有待進(jìn)一步提聞。本發(fā)明以飛機(jī)客艙上的觀察窗用的航空有機(jī)玻璃板的真空鍍膜制備為例，采用在真空室內(nèi)連續(xù)鍍?nèi)龑硬煌?，即主膜層為真空電子束鍍光學(xué)增透膜，輔助薄膜為用有機(jī)樹(shù)脂類材料(聚四氟乙烯樹(shù)酯)加熱汽化在離子轟擊下沉積生成鍍層。本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)實(shí)現(xiàn)低溫真空鍍膜，獲得優(yōu)良的膜層綜合質(zhì)量的方法，尤其是提高比眼鏡片大得多的整塊飛機(jī)客艙上觀察窗的航空有機(jī)玻璃表面與真空鍍膜的膜層附著力、光透過(guò)率、霧度，耐摩擦和耐弱酸堿腐蝕等綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種航空有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)真空鍍膜的制備方法及其制備。它采用一套電子束蒸發(fā)和離子輔助的真空鍍膜裝置連續(xù)制備三層(輔-主-輔)沉積薄膜系結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)輔助膜層分別位于主膜層的底層和頂層，兩個(gè)輔助膜層是用有機(jī)樹(shù)脂類(采用聚四氟乙烯樹(shù)酯、氟碳樹(shù)脂、二甲基硅樹(shù)脂、聚硅氧烷樹(shù)脂中的中一種)液體經(jīng)加熱被蒸發(fā)汽化，噴入真空室內(nèi)在離子轟擊下電離而分別沉積在基片表面上形成底層膜備另一輔助膜層是沉積在主膜層之上形成頂層膜。而主膜層制備是用金屬氧化物，膜材(二氧化鋯或二氧化鉿中的一種)在電子束束班聚焦加熱下被蒸發(fā)并在真空室內(nèi)的輔助離子轟擊下迅速沉積在底層膜上形成光學(xué)增透膜。本發(fā)明制備的膜層結(jié)構(gòu)具有高附著力、光透過(guò)率高、霧度低、耐摩擦、耐候性、抗弱酸堿腐蝕等性能。本發(fā)明還適用于聚碳酸酯(PC)類樹(shù)脂真空鍍膜，在航空、汽車、車燈外罩等行業(yè)的鍍膜工藝中可廣泛應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案是I. 一種航空有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)真空鍍膜的制備方法及其制備，是在真空室內(nèi)連續(xù)完成三層"輔-主-輔"沉積薄膜結(jié)構(gòu)的制備。其制備工藝流程是第一步驟真空沉積輔助底層薄膜，第二步驟真空蒸鍍主薄膜光學(xué)增透膜，第三步驟真空沉積輔助頂層薄膜。2.真空鍍膜的總體膜系設(shè)計(jì)是在基材表面真空第一輔助沉積膜層為底層有機(jī)樹(shù)酯薄膜，第二層為真空制備核心主膜層一光學(xué)增透膜，第三層是真空第二輔助沉積膜層為頂層有機(jī)樹(shù)酯薄膜。3.采用一套真空鍍膜裝置包括一立式單開(kāi)門真空室、一真空泵組、一電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)、一帶轉(zhuǎn)位的內(nèi)置鍍膜材料的四穴坩堝、一可轉(zhuǎn)移位的坩堝擋板、一離子轟擊捧、真空室頂部有一垂直軸系帶動(dòng)一轉(zhuǎn)盤(pán)，其上均布有三組可公轉(zhuǎn)/自轉(zhuǎn)的基材夾具機(jī)架、一光電式膜厚監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、一數(shù)顯式主電控系統(tǒng)。在真空室外部有一裝有機(jī)樹(shù)脂液體的不銹鋼制的電阻式加熱容器和送氣管、一針閥開(kāi)關(guān)和一個(gè)與真空室箱體連通的噴嘴。該裝置一次可裝入三塊經(jīng)予凈化處理的被鍍制基材，實(shí)現(xiàn)按程序連續(xù)完成三層沉積簿膜結(jié)構(gòu)的制備。
4.輔助底層真空沉積薄膜的制備工藝是選用有機(jī)樹(shù)脂類液體材料(聚四氟乙烯樹(shù)脂、氟碳樹(shù)脂、二甲基硅油樹(shù)脂、聚硅氧烷樹(shù)脂)的其中一種，裝入一個(gè)不銹鋼容器內(nèi)，力口熱容器，樹(shù)脂類液體材料被蒸發(fā)汽化，當(dāng)真空室內(nèi)的真空度保持在8 IOPa時(shí)，打開(kāi)針閥調(diào)節(jié)噴入真空室內(nèi)的蒸汽流量，在真空室內(nèi)的離子轟擊棒產(chǎn)生的離子轟擊下有機(jī)樹(shù)脂材料分子被電離，高速飛向裝在夾具支架上的基材下表面，沉積生成底層簿膜。5.電子束真空蒸發(fā)鍍主膜層的制備工藝是選用金屬氧化物材料(二氧化鋯或二氧化鉿中的一種)做鍍膜膜材，將其放在真空室內(nèi)的四穴坩堝內(nèi)，當(dāng)真空室內(nèi)的極限真空度保持在6 X 10_3Pa 6. 2 X 10_3Pa時(shí)，打開(kāi)電子槍電子束發(fā)生器，將電子束聚焦在第N號(hào)坩堝穴內(nèi)的膜材上，膜材被高能加熱蒸發(fā)汽化，在輔助離子轟擊下，加速沉積在底層簿膜上生成主膜層(位于中間層)光學(xué)增透膜。6.輔助頂層真空沉積薄膜的制備工藝是重復(fù)
所述的工藝，在中間層光學(xué)增透膜之上，沉積生成頂層簿膜。7.本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
{1}本發(fā)明采用上述真空鍍膜的三層復(fù)合膜系設(shè)計(jì)和工藝解決了航空有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)、聚碳酸酯(PC)類樹(shù)脂等合成樹(shù)脂類材料的傳統(tǒng)真空鍍膜工藝的膜層附著力很低、不耐捺的難題。
{2}本發(fā)明采用真空電子槍電子束鍍膜裝置和輔助離子轟擊裝置相組合，采用二氧化錯(cuò)或二氧化鉿的膜材，實(shí)現(xiàn)總膜層的透光率高于92%、霧度低于3%、牢固度佳。
{3}本發(fā)明采用增加制備兩層輔助膜層的沉積方法，通過(guò)采用有機(jī)樹(shù)酯類材料的加熱汽化噴入真空室內(nèi)被離子轟擊的輔助沉積工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一次裝夾基材工件，在系統(tǒng)真空狀態(tài)連續(xù)完成三層復(fù)合薄膜的制備，總體膜層結(jié)構(gòu)具有高附著力、光透過(guò)率高、霧度低、耐摩擦、耐候性、抗弱酸堿腐蝕等綜合性能，并達(dá)到節(jié)能、提高工效、清除了對(duì)環(huán)境污染的有益效果。


圖I是本發(fā)明制備的真空鍍膜膜層結(jié)構(gòu)分布示意圖。圖中I-基材工件，2-底層是輔助有機(jī)樹(shù)脂薄膜層{1}，3_中間層是主膜層光學(xué)增透膜，4-頂層是輔助有機(jī)樹(shù)脂薄膜層⑵。圖2是本發(fā)明采用的一個(gè)真空鍍膜裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖中5-真空泵組，6-離子轟擊棒，7-基材工件，8-垂直軸系，9-具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)功能的基材夾具組，10-真空鍍膜機(jī)數(shù)控機(jī)柜(包括光電膜厚監(jiān)測(cè)儀、真空度數(shù)顯儀、高壓電源等系統(tǒng))，11-真空室箱體，12-可轉(zhuǎn)位電子束擋板，13-電子束，14-電子槍組件，15-真空室箱體基座，16-金屬氧化物膜材，17-四穴轉(zhuǎn)位水冷坩堝，18-裝有機(jī)樹(shù)脂的加熱容器，19-針閥噴嘴組件。
圖3是膜層制備工藝流程示意圖，圖中20_超聲波凈化予處理的基材工件，21-第一步驟真空沉積輔助底層薄膜，22-第二步驟真空蒸鍍主薄膜光學(xué)增透膜，23-第三步驟真空沉積輔助頂層薄膜。
具體實(shí)施例方式I.透明航空有機(jī)玻璃視窗板基材(聚甲基丙烯酸甲脂)鍍膜工件(7)，其規(guī)格為直徑0:211_ X厚度5_。2.采用一個(gè)立式真空鍍膜裝置實(shí)現(xiàn)連續(xù)完成基材工件三層簿膜的制備。真空鍍膜裝置的結(jié)構(gòu)組成如下立式單門真空室箱體(11)與真空泵組(5)相連接、箱體底板上安裝電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)(14)和帶轉(zhuǎn)位的裝膜材用的四穴坩堝(17)、坩堝穴中裝入金屬氧化物膜材(16)、可轉(zhuǎn)位擋板(12)位于i甘禍上方200mm、一離子轟擊捧(6)位于真空室中部、真空室頂板下表面裝有一垂直軸系(8)帶動(dòng)一轉(zhuǎn)盤(pán)，其上均布有三組可公轉(zhuǎn)/自轉(zhuǎn)的基材夾具機(jī)架(9)、裝有機(jī)樹(shù)脂液體的不銹鋼制電阻式加熱容器(18)位于真空室箱體機(jī)座(15)上，加熱容器上的針閥開(kāi)關(guān)和噴嘴(19)與真空箱體相通，用針閥調(diào)控有機(jī)樹(shù)脂材料汽化后的蒸氣噴入真空室的流量。光電式膜厚監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)的組合機(jī)柜(10)位于真空室箱體的右側(cè)，機(jī)柜的一組電纜與真空室相連接。該裝置最多一次可裝入三塊透明航空有機(jī)玻璃視窗板基材工件(7)。3.實(shí)施工藝流程將基材工件用超聲波淸洗凈化予處理(20)，烘干后將處理好的三塊備鍍基材分別裝入真空室的有公轉(zhuǎn)/自轉(zhuǎn)功能的夾具機(jī)架組件上，被鍍表面朝下。將金屬氧化物膜材(二氧化鋯和二氧化鉿)(16)分別放入真空室內(nèi)的四穴轉(zhuǎn)位坩堝中，關(guān)真空室門，啟動(dòng)真空泵組和勻速轉(zhuǎn)動(dòng)基材工件夾具機(jī)架(9)，選定第N號(hào)工位坩堝穴轉(zhuǎn)動(dòng)定位到聚焦電子束掃描的位置。擋板(12)轉(zhuǎn)到坩堝上方就位。4.實(shí)施第一步驟(21):將裝有有機(jī)樹(shù)酯類(本實(shí)施例采用聚四氟乙烯樹(shù)酯)的容器加熱，使其內(nèi)的有機(jī)樹(shù)酯液體達(dá)到蒸發(fā)汽化態(tài)，當(dāng)真空室內(nèi)的真空度保持在8 IOPa時(shí)，啟動(dòng)離子轟擊捧，同時(shí)打開(kāi)針閥噴嘴，將被蒸發(fā)的聚四氟乙烯樹(shù)酯汽化態(tài)材料噴射進(jìn)真空室內(nèi)，用離子轟擊它，產(chǎn)生輝光放電，在基材工件的下表面沉積形成底層簿膜層。膜厚的控制是用離子轟擊時(shí)間2分鐘±10秒進(jìn)行調(diào)節(jié)，關(guān)閉針閥噴嘴和停止離子轟擊，輔助底層薄膜制備完成。輔助底層膜的作用是增加膜層與基材的附著力。5.實(shí)施第二步驟(22):將坩堝上方的擋板(12)轉(zhuǎn)位，當(dāng)真空室內(nèi)的極限真空度提高并保持在6X 10_3Pa 6. 2 X 10 時(shí)，啟動(dòng)電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)(14)，電子束聚焦加熱第N位的坩堝槽內(nèi)的金屬氧化物膜材至蒸發(fā)汽化，同時(shí)輔助離子轟擊，膜材分子加速沉積在輔助底層簿膜上，形成主膜層光學(xué)增透膜。用光電式膜厚監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制主膜層厚度為可見(jiàn)光的2/4X或3/4X波長(zhǎng)的膜厚達(dá)300 450nm時(shí),關(guān)閉電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)(14)。主膜層的作用是增強(qiáng)光學(xué)增透率和降低霧度。6.實(shí)施第三步驟(23):將擋板(12)轉(zhuǎn)到坩堝上方就位，進(jìn)入降低真空室真空度程序，再次將裝有有機(jī)樹(shù)酯類材料的容器加熱，使其內(nèi)的有機(jī)樹(shù)酯液體達(dá)到蒸發(fā)汽化態(tài)，當(dāng)真空室內(nèi)的真空度保持在8 IOPa真空度時(shí)，啟動(dòng)離子轟擊，同時(shí)打開(kāi)針閥噴嘴，將被蒸發(fā)的聚四氟乙烯樹(shù)酯汽化態(tài)材料噴射進(jìn)真空室內(nèi)，用離子轟擊它，產(chǎn)生輝光放電，在主膜層光學(xué)增透膜上沉積形成頂層膜層。膜厚的控制是用離子轟擊時(shí)間2分鐘±10秒進(jìn)行調(diào)節(jié)，關(guān)閉針閥噴嘴和停止離子轟擊，輔助頂層薄膜制備完成，頂層薄膜的作用是形成保護(hù)層和增強(qiáng)與光學(xué)增透膜的黏合力。7.停止真空泵組運(yùn)行、放氣、打開(kāi)真空室、取出工件。便完成整個(gè)連續(xù)真空鍍膜工藝過(guò)程。在鍍膜的過(guò)程中基材工件的溫度保持在不高于80°C，實(shí)現(xiàn)了對(duì)基材工件的低溫表 面改性，增加了表面硬度、提高耐捺性。保證總鍍膜層與基材的牢固黏合，大大提高其附著力的同時(shí)，其膜層的高透光性和低霧度，耐候性和抗腐蝕作用保持十分良好。
權(quán)利要求
1.一種航空有機(jī)玻璃的真空鍍膜制備方法及其制備，其特征在于它采用一套電子束蒸發(fā)和離子輔助的真空鍍膜裝置連續(xù)制備"輔-主-輔"三層沉積薄膜結(jié)構(gòu)，其制備工藝流程是第一步驟真空沉積輔助底層薄膜，第二步驟真空蒸鍍主薄膜，第三步驟真空沉積輔助頂層薄膜，制備主膜用的膜材(二氧化鋯或二氧化鉿)被電子束聚焦能量加熱蒸發(fā)和在輔助離子轟擊下，在底層膜之上沉積形成的是光學(xué)增透膜，底層和頂層輔助薄膜的制備是用有機(jī)樹(shù)脂類(優(yōu)選聚四氟乙烯樹(shù)脂、氟碳樹(shù)脂、二甲基硅樹(shù)脂、聚硅氧烷樹(shù)脂中的其中一種)液體在真空室外被加熱后成汽態(tài)狀態(tài)，用一針型閥門調(diào)控輸入真空室的蒸汽流量，在離子轟擊下被電離成有機(jī)物分子而沉積在基片表面上形成輔助底層薄膜，而制備輔助頂層薄膜是在主層薄膜之上采用與上述制備輔助底層薄膜相同的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種航空有機(jī)玻璃真空鍍膜的制備方法及其制備，其特征在于所用的一個(gè)立式真空鍍膜裝置包括一立式單開(kāi)門真空室、一真空泵組、一電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)、一帶轉(zhuǎn)位的內(nèi)置鍍膜材料的四穴水冷坩堝、一可轉(zhuǎn)移位的擋板、一離子轟擊捧、真空室頂部有一垂直軸系帶動(dòng)一轉(zhuǎn)盤(pán)，其上均布有三組可公轉(zhuǎn)/自轉(zhuǎn)的基材夾具機(jī)架、一光電式膜厚監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、一數(shù)顯式主電控系統(tǒng)，在真空室外部有一裝有機(jī)樹(shù)脂液體的不銹鋼制的電阻式加熱容器和送氣管、一針閥開(kāi)關(guān)和一個(gè)與真空室箱體連通的噴嘴。該裝置一次可裝入三塊經(jīng)予凈化處理的被鍍制基材，實(shí)現(xiàn)按程序連續(xù)完成三層簿膜結(jié)構(gòu)的制備。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種航空有機(jī)玻璃真空鍍膜的制備方法及其制備，其特征在于制備輔助底層簿膜的工藝是，真空室運(yùn)行在普通真空狀態(tài)，當(dāng)真空度達(dá)8 IOPa時(shí)，將真空室外的有機(jī)樹(shù)脂類液體材料加熱汽化后的蒸汽用針閥開(kāi)關(guān)調(diào)控噴入真空室內(nèi)的汽體流量，用離子轟擊成分子態(tài)的有機(jī)樹(shù)脂類材料，產(chǎn)生輝光放電，加速沉積在所述的基材工件表面上，用離子轟擊2分鐘±10秒的時(shí)間實(shí)現(xiàn)底層簿膜厚度的控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種航空有機(jī)玻璃真空鍍膜的制備方法及其制備，其特征在于制備中間層的主簿膜(光學(xué)增透膜)的工藝是，真空室運(yùn)行在相對(duì)高真空狀態(tài)，當(dāng)極限真空達(dá)6 X 10_3 6. 2 X IO-3Pa時(shí)，打開(kāi)電子槍電子束發(fā)生器，將聚焦電子束班聚焦加熱坩堝內(nèi)第N穴位的一種金屬氧化物的鍍膜材料(二氧化鋯或二氧化鉿)，同時(shí)移開(kāi)坩堝上端的擋板，在電子束蒸發(fā)和輔助離子轟擊下蒸鍍膜材的分子沉積在底層膜上形成光學(xué)增透膜，用光電膜厚監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，主膜層厚度控制在300nm 450nm內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種航空有機(jī)玻璃真空鍍膜的制備方法及其制備，其特征在于制備輔助頂層簿膜的工藝是，真空室運(yùn)行在普通真空狀態(tài)，當(dāng)真空度達(dá)8 IOPa時(shí)，將真空室外的有機(jī)樹(shù)脂類液體材料加熱汽化后的蒸汽用針閥開(kāi)關(guān)調(diào)控噴入真空室內(nèi)的汽體流量，用離子轟擊成分子態(tài)的有機(jī)樹(shù)脂類材料，產(chǎn)生輝光放電，加速沉積在已按權(quán)利要求4制備好的主簿膜的表面上，用離子轟擊2分鐘土 10秒的時(shí)間實(shí)現(xiàn)頂層簿膜厚度的控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備中間層的主薄膜層的工藝，對(duì)于透明的或不透明的合成樹(shù)脂類的不同材料，蒸鍍膜材不限于二氧化鋯或二氧化鉿，還可采用二氧化鈦、氧化硅、二氧化硅、氟化鎂等組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求3和權(quán)利要求5所述的制備輔助底層或輔助頂層簿膜的工藝，對(duì)于透明的或不透明的合成樹(shù)脂類的材料真空鍍膜不同的要求，采用有機(jī)樹(shù)脂類成膜材料不限于權(quán)利要求I所述的聚四氟乙烯樹(shù)脂、氟碳樹(shù)脂等四種，還可采用6246硅樹(shù)酯、有機(jī)硅油樹(shù)脂等多種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種航空有機(jī)坡璃(聚甲基丙烯酸甲脂)真空鍍膜的制備方法。它采用一套電子束蒸發(fā)和離子輔助的真空鍍膜裝置連續(xù)制備三層(輔-主-輔)沉積薄膜系結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)輔助膜層分別位于主膜層的底層和上層。兩個(gè)輔助膜層是用聚四氟乙烯樹(shù)酯液體經(jīng)加熱后蒸發(fā)汽化，噴入真空室內(nèi)在離子轟擊下被電離而分別沉積在基片表面和主膜層之上。主膜層用膜材(二氧化鋯或二氧化鉿中一種)在電子束蒸發(fā)和輔助離子轟擊下沉積在底層膜上形成光學(xué)增透膜。本發(fā)明連續(xù)真空制備的三層膜結(jié)構(gòu)具有高附著力、高光透過(guò)率、霧度低、耐摩擦和耐弱酸堿腐蝕等性能。本發(fā)明還適用于聚碳酸酯(PC)類樹(shù)脂真空鍍膜。在航空、汽車、車燈外罩等行業(yè)可廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)C23C14/32GK102677002SQ20121017393
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者劉家興, 宮杰, 蔡中林, 許鏡明, 鄔紀(jì)澤 申請(qǐng)人:劉家興, 宮杰, 鄔紀(jì)澤