DE102007017842A1 - Device for activating a polymerizable mass - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aktivierung (1) einer polymerisierbaren Masse (2) in einem Materialspalt (3), wobei der Materialspalt (3) von zwei parallel zueinander angeordneten strahlentransparenten Fenstern (4a, 4b) begrenzt wird und an jedem Fenster (4a, 4b) mindestens eine Strahlungseinheit (7a, 7b) angeordnet ist.The invention relates to a device for activating (1) a polymerizable mass (2) in a material gap (3), the material gap (3) being delimited by two radiopaque windows (4a, 4b) arranged parallel to one another and attached to each window (4a, 4a). 4b) at least one radiation unit (7a, 7b) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aktivierung einer polymerisierbaren Masse durch Strahlung sowie ein Verfahren zur Aktivierung einer polymerisierbaren Masse, insbesondere von Reaktionsharzen durch Strahlung.The The invention relates to a device for activating a polymerizable Mass by radiation and a method for activating a polymerizable mass, in particular reaction resins by Radiation.
Stand der TechnikState of the art
Die Polymerisationsreaktion von polymerisierbaren Massen, insbesondere von Reaktionsharzen, kann durch Strahlung aktiviert werden. Als Strahlung kann zum Beispiel UV-Strahlung verwendet werden. Zur Aktivierung wird eine materialspezifische Strahlendosis benötigt. Bei der Aktivierung ist es wesentlich, dass die gesamte polymerisierbare Masse homogen mit einer ausreichenden Strahlendosis bestrahlt wird. Inhomogenitäten in der Bestrahlung können sich beispielsweise durch Absorption über die Schichtstärke der Masse, durch eine gegebene Raumwinkelabhängigkeit der verwendeten Strahlenquelle oder durch Abschattungseffekte, insbesondere auch auf strukturierten Oberflächen, ergeben. Hierdurch können sich unterschiedlich oder sogar gar nicht polymerisierte Bereiche ergeben, die die Qualität und die Eigenschaften des Endprodukts, wie z. B. die Klebkraft, das E-Modul, die Standfestigkeit oder die Chemikalienbeständigkeit negativ beeinflussen.The Polymerization reaction of polymerizable compositions, in particular of reaction resins, can be activated by radiation. As radiation For example, UV radiation can be used. To activate a material-specific radiation dose is needed. at Activation it is essential that the entire polymerizable mass is irradiated homogeneously with a sufficient dose of radiation. inhomogeneities in the irradiation, for example, by absorption over the layer thickness of the mass, by a given solid angle dependence the radiation source used or by shading effects, in particular also on structured surfaces. hereby may polymerize differently or even not at all Areas that give the quality and characteristics of the final product, such. As the bond strength, the modulus of elasticity, the stability or negatively influence the chemical resistance.
Ein solches Problem tritt beispielsweise bei der Schutzbeschichtung von bestückten Leiterplatten auf. Elektronische Baugruppen mit montierten Bauteilen müssen für eine definierte Zeit eine sichere Funktion gewährleisten. Bei bestimmten Anwendungen kann eine dauerhafte Funktion nur sichergestellt werden, wenn eine bestückte Leiterplatte einen Schutzüberzug oder eine Schutzumhüllung erhält. Es ist bekannt, zu diesem Zweck strahlungshärtende Lack- und Beschichtungssysteme einzusetzen. Hierbei erfolgt die Filmbildung, indem die einge setzten Monomere oder Präpolymere unter Einwirkung von UV-Strahlen oder energiereicheren Elektronenstrahlen vollständig durchpolymerisieren und durchgehärtet werden. Ein entscheidender Nachteil herkömmlicher Systeme sind unterschiedlich polymerisierte Bereiche, die nach der Bestrahlung einer bestückten Leiterplatte durch die Schattenwirkung der Bauteile auftreten, und dass an diesen Schattenstellen die Beschichtung nicht ausgehärtet wird.One such a problem occurs, for example, in the protective coating of assembled printed circuit boards. Electronic assemblies with assembled components must be for a defined Ensure a safe function. For certain Applications can only be ensured a permanent function if a printed circuit board has a protective coating or getting a shelter serving. It is known, for this purpose, radiation-curing coating and coating systems use. Here, the film formation takes place by the monomers used or prepolymers under the action of UV rays or completely polymerize energetic electron beams and through-hardened. A major disadvantage of conventional Systems are differently polymerized areas, which after the Irradiation of a populated printed circuit board by the shadow effect the components occur, and that at these shadows the coating is not cured.
Es sind verschiedene Konzepte bekannt, eine homogene Bestrahlung bzw. eine ausreichende Aktivierung einer polymerisierbaren Masse durch Strahlung zu erreichen. Eine Möglichkeit die ausreichende Aktivierung durch die Strahlung sicherzustellen ist die Anpassung der Schichtstärke der polymerisierbaren Masse oder die Verlängerung der Expositionszeit. Eine weitere Möglichkeit, die Raumwinkelabhängigkeit durch die Bestrahlung von Punktquellen oder durch Abschattungseffekte zu verringern, ist der Einsatz von Flächenstrahlern in Durchlauftunneln. Eine andere Möglichkeit ist dem aufgebrachten polymerisierbaren Material die Strahlenquelle nach zu führen und/oder die Homogenität der Bestrahlung durch einen Lichtschacht mit reflektierenden Schachtwänden zu erhöhen.It Different concepts are known, a homogeneous irradiation or sufficient activation of a polymerizable mass by radiation to reach. One possibility is sufficient activation to ensure by the radiation is the adjustment of the layer thickness the polymerizable mass or the extension of the exposure time. Another possibility, the solid angle dependence by the irradiation of point sources or by shading effects reduce the use of area radiators in Pass tunnels. Another possibility is the polymerizable applied Material to trace the source and / or the Homogeneity of the irradiation through a light shaft with to increase reflecting shaft walls.
Weiterhin gibt es Konzepte, die eine Bestrahlung der polymerisierbaren Masse vor der Applikation vorsehen. Ein nachteiliger Abschattungseffekt, beispielsweise durch strukturierte Oberflächen, kann auf diese Weise ausgeschlossen werden. Wird die polymerisierbare Masse zum Beispiel durch einen Dispensautomaten appliziert, kann diese bestrahlt werden, bevor die Masse die Dispensnadel verlässt. Ein belichtetes, von der polymerisierbaren Masse durchströmtes Glasröhrchen stellt hierbei eine Ausführungsmöglichkeit dar. Bei dieser Variante kann die Strahlungsintensität, der die polymerisierbare Masse ausgesetzt ist, nicht gemessen werden. Es kann also nicht im Prozess festgestellt werden, ob die Strahlendosis zur Aktivierung der polymerisierbaren Masse ausreichend ist.Farther There are concepts that involve irradiation of the polymerizable mass prior to application. An adverse shading effect, For example, through structured surfaces, can on these Be excluded. If the polymerizable mass to Example applied by a Dispensautomaten, this can be irradiated before the mass leaves the dispensing needle. An illuminated, glass tube through which the polymerizable mass flows This represents an option for execution. In this variant, the radiation intensity, the the polymerizable mass is exposed, can not be measured. So it can not be determined in the process if the radiation dose is sufficient for activation of the polymerizable composition.
Ein
alternatives Konzept zur Aktivierung einer polymerisierbaren Masse
durch Bestrahlung ist in der
Aufgabenstellungtask
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfaches Konzept zur Aktivierung einer polymerisierbaren Masse bereitzustellen, das eine homogenere Bestrahlung und Aktivierung der polymerisierbaren Masse ermöglicht.task The invention is therefore a simple concept for activation to provide a polymerizable composition which is a more homogeneous Irradiation and activation of the polymerizable composition allows.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung entsprechend des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zur Aktivierung einer polymerisierbaren Masse gemäß Anspruch 7 unter Einsatz einer solchen Vorrichtung erreicht. Die Unteransprüche zeigen jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.This is according to the invention with a device accordingly of claim 1 and with a method of activation a polymerizable composition according to claim 7 achieved using such a device. The dependent claims show in each case preferred developments of the invention.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Vorrichtung zur Aktivierung einer polymerisierbaren Masse in einem Materialspalt bereitzustellen, wobei der Materialspalt von mindestens zwei parallel zueinander angeordneten strahlentransparenten Fenstern begrenzt wird und an jedem Fenster mindestens eine Strahlungseinheit angeordnet ist.According to the invention proposed a device for activating a polymerizable mass to provide in a material gap, wherein the material gap of at least two mutually parallel radiopacules Windows is limited and at each window at least one radiation unit is arranged.
Unter einer polymerisierbaren Masse werden erfindungsgemäß bevorzugt Reaktionsharze und Reaktionsharzsysteme wie Epoxidharze, Polyesterharze, Polyharnstoffe und Urethanharze verstanden, deren Polymerisation und/oder Härtung unter Einwirkung von Strahlung ausgelöst werden können. Die polymerisierbare Masse wird im Folgenden auch als Material bezeichnet. Das Material ist erfindungsgemäß mindestens vor und während der Aktivierung durch die Bestrahlung flüssig oder fließfähig.Under a polymerizable composition are preferred according to the invention Reaction resins and reaction resin systems such as epoxy resins, polyester resins, Polyureas and urethane resins understood their polymerization and / or curing under the action of radiation can be. The polymerizable composition will also be described below referred to as material. The material is at least according to the invention before and during activation by the irradiation liquid or flowable.
Unter Materialspalt wird erfindungsgemäß ein Spalt mit einer Länge l, einer Breite b und einer Dicke h verstanden durch den das zu bestrahlende und damit zu aktivierende Material transportiert wird. Das Material kann beispielsweise durch einen Materialtrichter in den Spalt eingespeist werden.Under Material gap according to the invention with a gap a length l, a width b and a thickness h understood through the material to be irradiated and thus activated is transported. The material can for example by a Material funnel to be fed into the gap.
Der Materialspalt wird mindestens durch zwei strahlentransparente, d. h. strahlendurchlässige Fenster begrenzt. Vorteilhafterweise kann durch diese Fenster die Bestrahlung des Materials von beiden Seiten einer Ebene und somit besonders homogen erfolgen. Die strahlentransparenten Fenster können sich über die gesamte Länge l des Materialspaltes erstrecken oder kürzer ausgestaltet sein. Durch die beidseitige Bestrahlung kann die Durchstrahlungsdicke des Materials und der Querschnitt des Materialspaltes variabler ausgestaltet werden.Of the Material gap is at least by two radiolucent, d. H. Radiolucent windows limited. advantageously, through these windows can irradiate the material from both sides one level and thus be particularly homogeneous. The radiolucent Windows can extend over the entire length L of the material gap extend or designed shorter be. Due to the two-sided radiation, the transmission thickness of the material and the cross section of the material gap variable be designed.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können die Strahlungseinheiten von einer oder verschiedenen Strahlenquellen gespeist und/oder gebildet werden.In a preferred embodiment of the invention, the Radiation units of one or several radiation sources be fed and / or formed.
Unter Strahlungseinheit wird erfindungsgemäß eine Einheit mit definiertem Strahlungsaustritt in Richtung des Materialspalts verstanden. Werden die Strahlungseinheiten von Strahlungs quellen direkt gebildet kann an jedem strahlentransparenten Fenster des Materialspalts eine Strahlenquelle, beispielsweise eine UV-Lampe, angeordnet sein.Under Radiation unit according to the invention is a unit with defined radiation exit in the direction of the material gap Understood. Are the radiation units of radiation sources can be formed directly on each radiolucent window of the Material gap a radiation source, such as a UV lamp, be arranged.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strahlung der Strahlenquelle über einen oder mehrere Lichtleiter an die strahlentransparenten Fenster geführt wird. Die Strahlungseinheiten also über Lichtleiter gespeist oder von den Lichtleitern gebildet werden. Die Lichtleiter können beispielsweise Flüssigleiter mit deionisiertem Wasser oder Glasfaserbündel sein. Durch den Strahlengang über Lichtleiter kann eine vibrationsempfindliche Strahlenquelle separat an nicht bewegten Teilen einer Gesamtvorrichtung, beispielsweise einem Dispensautomaten angebracht sein. Hierdurch erhöht sich die Lebensdauer der Strahlenquelle und die erfindungsgemäße Vorrichtung kann hinsichtlich des Einbauraums und ihrer Orientierung vorteilhaft in eine Gesamtvorrichtung integriert und befestigt werden.In A further embodiment of the invention provides that the radiation of the radiation source via one or more Light guide led to the radiolucent window becomes. The radiation units thus fed via optical fibers or be formed by the light guides. The light guides can For example, liquid with deionized water or Be glass fiber bundles. Through the beam path over Optical fiber can be a vibration-sensitive radiation source separately on non-moving parts of an overall device, for example be attached to a Dispensautomaten. This increases the life of the radiation source and the inventive Device may be advantageous in terms of installation space and its orientation be integrated and fastened in an overall device.
Die strahlentransparenten Fenster können in einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Prismen ausgestaltet sein, oder es können alternativ den Fenstern im Strahlengang Prismen vorgelagert sein. Als weitere Alternative können die strahlentransparenten Fenster als Linse ausgeführt sein. Vorteilhafterweise können die Prismen und/oder Linsen den Strahlengang und die Führung der Lichtleiter in den Materialspalt positiv beeinflussen, so dass die einstrahlenden vibrationsempfindlichen Strahlenquellen vorteilhaft in einer Gesamtvorrichtung angeordnet werden können. Aus der beschriebenen Verwendung von Prismen und/oder Linsen und dem verbesserten Strahlengang kann sich außerdem ein deutlich geringerer Platzbedarf der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben.The radiolucent windows may in another embodiment the device according to the invention as prisms be configured, or alternatively, the windows be in the beam path prisms upstream. As another alternative For example, the radiolucent windows can be designed as a lens be. Advantageously, the prisms and / or lenses the beam path and the guidance of the light guide in the Material gap positively influence, so that the radiating vibration-sensitive Radiation sources advantageously arranged in an overall device can be. From the described use of prisms and / or lenses and the improved optical path can also a significantly lower space requirement of the invention Device revealed.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mindestens einer Strahleneinheit auf der gegenüberliegenden parallelen Fensterseite ein Strahlensensor zugeordnet ist. Auf diese Weise kann im laufenden Prozess die Restintensität, die das Material durchdringt, gemessen und eine jeweils ausreichende Bestrahlung durch eine optimale Einstellung und/oder Regulierung der Bestrahlungsparameter sichergestellt werden. Hierdurch kann eine hohe Langzeitstabilität des Belichtungsprozesses erreicht werden. Durch die beidseitige Bestrahlung und die Kontrolle durch die Strahlungssensoren kann bei gegebener Strahlendosis und/oder gegebenem Transportquerschnitt des Materialspaltes der jeweils maximal mögliche Materialdurchsatz eingestellt werden.In A further advantageous embodiment provides that at least one beam unit on the opposite parallel window side is associated with a radiation sensor. In this way In the ongoing process, the residual intensity of the material can Penetrates, measures and in each case a sufficient irradiation by an optimal adjustment and / or regulation of the irradiation parameters be ensured. This allows a high long-term stability the exposure process can be achieved. By the two-sided Irradiation and control by the radiation sensors can at a given radiation dose and / or given transport cross section the material gap of the maximum possible material throughput be set.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Dispensautomaten, der eine vorher beschriebene Vorrichtung zur Aktivierung einer polymerisierbaren Masse enthält. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Ebenso ist es möglich, die Vorrichtung zur Aktivierung einer polymerisierbaren Masse in andere bekannte Apparaturen, beispielsweise Applikations- oder Beschichtungsapparaturen zu integrieren.The The invention also relates to a Dispensautomaten, the a previously described device for activating a polymerizable mass contains. However, the invention is not limited thereto. It is also possible to activate the device a polymerizable composition in other known apparatuses, for example To integrate application or coating equipment.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von zwei Ausführungsvarianten in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.The Invention will be described below by way of example with reference to two Variants in conjunction with the drawings explained. However, the invention is not limited thereto.
In diesen zeigen:In show this:
Zusammenfassend wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung bereitgestellt, mit der vorteilhafterweise zuverlässig die Aushärtung von polymerisierbaren Massen, beispielsweise von strahlenhärtenden Reaktionsharzen gewährleistet werden kann. Sol che Reaktionsharze werden zum Beispiel schon als Klebstoffe, Schutzschichten oder Vergussmassen im industriellen Maßstab eingesetzt. Durch die erfindungsgemäße beidseitige homogene Bestrahlung der polymerisierbaren Masse kann zudem mit geringem apparativem Aufwand der jeweils maximal mögliche Materialdurchsatz erfolgen. Die Erfindung ist daher besonders für den Einsatz in der Serienfertigung der Automotive-, Elektronik-, Optik-, Medizintechnik-Industrie geeignet.In summary According to the invention, a device is provided, with the advantageously reliable curing of polymerizable compositions, for example of radiation-curing Reaction resins can be guaranteed. Sol che reaction resins For example, they are already used as adhesives, protective coatings or potting compounds used in industrial scale. By the invention Both sides homogeneous irradiation of the polymerizable composition can In addition, with a minimum of equipment, the maximum possible Material throughput. The invention is therefore particularly for the use in series production of automotive, electronics, Optics, medical technology industry suitable.
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