DE102007017842A1

DE102007017842A1 - Vorrichtung zum Aktivieren einer polymerisierbaren Masse

Info

Publication number: DE102007017842A1
Application number: DE200710017842
Authority: DE
Inventors: Hubert Amann; Akin Özdemir; Michael Decker; Walther Seiwerth; Sorin Andrei
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2027-04-17
Also published as: DE102007017842B4; WO2008125375A1

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.

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.
Stand der Technik
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.
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.
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.
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.
Ein alternatives Konzept zur Aktivierung einer polymerisierbaren Masse durch Bestrahlung ist in der DE 10 2005 012 403 A1 beschrieben. Hierbei ist auf einem apparativ sehr aufwändig ausgestalteten Strahlentisch auf einer der Strahlenquelle zugewandten Bestrahlungsseite eine Transportnut für eine polymerisierbare Flüssigkeit ausgebildet. Diese Transportnut ist breit und flach ausgestaltet, um eine definierte Dicke der zu polymerisierenden Flüssigkeit vorzugeben. Auch bei einer mäanderförmigen Ausgestaltung der Transportnut hat der Strahlentisch einen großen Platzbedarf. Der Strahlentisch kann Strahlungsmesselemente aufweisen. Wesentlicher Nachteil bei diesem Konzept ist, dass die Intensität der Bestrahlung zwar gemessen werden kann, jedoch eine Inhomogenität der Strahlendosis über die Schichtdicke der polymerisierbaren Masse auftritt, da diese nur von einer Seite bestrahlt werden kann. In der Folge kann es daher zur Applikation von nicht ausreichend bestrahlter polymerisierbarer Flüssigkeit kommen. Eine dünnere Schichtdicke der zu bestrahlenden Flüssigkeit in der Transportnut hat neben einem noch erhöhten Platzbedarf gleichzeitig eine Reduktion des Materialdurchsatzes im Prozess zur Folge.
Aufgabenstellung
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.
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.
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.
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.
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.
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.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können die Strahlungseinheiten von einer oder verschiedenen Strahlenquellen gespeist und/oder gebildet werden.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von zwei Ausführungsvarianten in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
In diesen zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung zur Aktivierung einer polymerisierbaren Masse in einem Materialspalt.
2 eine Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung zur Aktivierung einer polymerisierbaren Masse mit Prismen als strahlentransparente Fenster.
3 einen Schnitt entlang der Linie AA' in 2.
1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung zur Aktivierung 1 einer polymerisierbaren Masse 2 in einem Materialspalt 3. Der Materialspalt 3 wird durch zwei parallel zueinander angeordnete strahlentransparente Fenster 4a, 4b begrenzt. Die Fenster 4a, 4b sind undurchdringlich für das Material. Die Bestrahlung der polymerisierbaren Masse 2 erfolgt mittels einer Strahlenquelle 5 durch die beiden strahlentransparenten Fenster 4a, 4b. Die Strahlung wird in dieser Ausgestaltung von der Strahlenquelle 5 über die Lichtleiter 6a, 6b an die beiden Fenster 4a, 4b geleitet. Die Lichtleiter bilden in dieser Ausführungsform die Strahlungseinheiten 7a, 7b. Der Materialspalt 3 kann durch einen Materialtrichter 6 mit der polymerisierbaren Masse 2 gespeist werden. Jeder Strahleneinheit 7a, 7b ist auf der gegenüberliegenden parallelen Fensterseite ein Strahlensensor 8a, 8b zugeordnet. 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. Das bestrahlte und aktivierte Material 2 kann zur weiteren Prozessführung beispielsweise einem Ventil oder einer Dispensnadel zugeführt und weiterverarbeitet werden.
2 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung 1 zur Aktivierung einer polymerisierbaren Masse 2 in einem Materialspalt 3, wobei die strahlentransparenten Fenster 4a, 4b als Prismen ausgestaltet sind. Der weitere Aufbau entspricht dem der Vorrichtung 1 in 1. Durch den Einsatz von Prismen als strahlentransparente Fenster 4a, 4b können die Lichtleiter 6a, 6b und damit auch der Strahlengang variabler geführt und fixiert werden. Vorteilhaft ist ebenfalls, dass sich durch diese Maßnahme der Platzbedarf der Vorrichtung 1 deutlich verringern kann.
3 ist ein Schnitt durch die 2 entlang der Linie AA'.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005012403 A1 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Aktivierung (1) einer polymerisierbaren Masse (2) in einem Materialspalt dadurch gekennzeichnet, dass 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.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungseinheiten (7) von einer oder verschiedenen Strahlenquellen (5) gespeist und/oder gebildet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungseinheiten (7a, 7b) über einen oder mehrere Lichtleiter (6a, 6b) gespeist werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer Strahlungseinheit (7a, 7b) auf der gegenüberliegenden parallelen Fensterseite ein Strahlensensor (8a, 8b) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die strahlentransparenten Fenster (4) als Prismen und/oder Linsen ausgestaltet sind.
Dispensautomat enthaltend eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5.
Verfahren zur Aktivierung einer polymerisierbaren Masse, dadurch gekennzeichnet, dass die polymerisierbare Masse (2) durch einen Materialspalt (3) geleitet wird und in diesem Materialspalt (3) von mindestens zwei Seiten bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung mit UV-Licht erfolgt.