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等離子清洗技術在航空制造領域的四大優勢!

發布日期:2020-06-01 00:00 來源:http://www.historianr.com 點擊:

等離子體清洗技術在航空制造領域的四大優勢!


   等離子清洗技術起源于20 世紀初,推動了半導體和光電工業的迅速開展,現已廣泛運用于精細機械、轎車制造、航空航天以及污染防治等許多高科技領域。等離子體清洗技術的關鍵是低溫等離子體的運用,它首要依賴于高溫、高頻、高能等外界條件發生,是一種電中性、高能量、全部或部分離子化的氣態物質。低溫等離子體的能量約為幾十電子伏特,其間所包含的離子、電子、自由基等活性粒子以及紫外線等輻射線很簡略與固體表面的污染物分子發生反應而使其脫離,然后可起到清洗的作用。一同由于低溫等離子體的能量遠低于高能射線,因此此技術只觸及材料表面,對材料基體功用不發生影響。
    等離子清洗是一種干式工藝,由于選用電能催化反應,可以提供一個低溫環境,一同排除了濕式化學清洗所發生的危險和廢液,安全、可靠、環保。簡而言之,等離子體清洗技術結合了等離子體物理、等離子體化學和氣固兩相界面反應,可以有用鏟除殘留在材料表面的有機污染物,并保證材料的表面及本體特性不受影響,現在被考慮為傳統濕法清洗的首要代替技術。
    更重要的是,等離子清洗技術不分處理目標的基材類型,對半導體、金屬和大多數高分子材料均有很好的處理作用,而且可以完結全體、部分以及雜亂結構的清洗。此工藝簡略完結自動化與數字化流程,可裝配高精度的控制設備,精準控制時間,具有記憶功用等。正是由于等離子體清洗工藝具有操作簡略、精細可控等顯著優勢,現在已在電子電氣、材料表面改性與活化等多個行業廣泛運用。一同可以預見,這種優勝的技術也將被復合材料領域所認可并廣泛選用。
等離子體清洗技術概述
1.1 機理剖析
等離子體首要是通過氣體放電發生,其間包含電子、離子、自由基以及紫外線等高能量物質,具有活化材料表面的作用。例如,電子質量小、移動速度快,可以先一步抵達材料表面并使其帶有負電荷,一同對材料表面發生碰擊作用,可促進表面吸附的氣體分子解吸或分解,也有利于引發化學反應;材料表面帶有負電荷時,帶正電荷的離子會加速向其沖擊,所發生的濺射作用會將表面附著的顆粒性物質除去;等離子體中自由基的存在對清洗作用具有非常重要的意義,由于自由基易與物體表面發生化學連鎖反應,發生新的自由基或進一步分解,zui終或許會分解成揮發性的小分子;而紫外線具有很強的光能和穿透才能,可透過材料表面深達數微米而發生作用,使表面附著物質的分子鍵開裂分解。
等離子體清洗技術在航空制造領域的四大優勢!
圖1 簡略描繪了等離子清洗的作用原理。首要是通過等離子體作用于材料表面使其發生一系列的物理、化學變化,運用其間所包含的活性粒子和高能射線,與表面有機污染物分子發生反應、碰撞構成小分子揮發性物質,從表面移除,完結清潔作用??梢?,等離子體清洗技術具有工藝簡略、高效節能、安全環保等顯著利益。
1.2 清洗類型
根據反應類型不同,等離子清洗技術可分為兩類:等離子體物理清洗,即憑仗活性粒子和高能射線炮擊而使污染物脫離;等離子體化學清洗,即通過活性粒子與雜質分子反應而使污染物揮發脫離。
(1)激起頻率對等離子體的清洗類型具有必定影響。例如,超聲等離子體(激起頻率,40kHz)發生的反應多為物理反應;微波等離子體(激起頻率,2.45GHz)發生的反應多為化學反應;而射頻等離子體(激起頻率,13.56MHz)則觸及到物理、化學雙重反應類型。
(2)作業氣體種類對等離子清洗類型也具有必定影響。例如,慵懶氣體Ar2、N2 等被激起發生的等離子體首要用于物理清洗,憑仗炮擊作用使材料表面清潔;而反應性氣體O2、H2 等被激起發生的等離子體則首要用于化學清洗,憑仗生動自由基與污染物(多為碳氫化合物)發生化學反應,發生一氧化碳、二氧化碳、水等小分子,從材料表面移除。
(3)等離子清洗類型對清洗作用具有必定的影響。等離子物理清洗可使材料表面的粗糙度增加,有助于前進材料表面的附著力;等離子體化學清洗可以顯著增加材料表面的含氧、含氮以及其他類型的活性基團,有助于改善材料的表面潤澤性。
1.3 作用與特征
與傳統的溶劑清洗不同,等離子體是依托其間所包含高能物質的“活化作用”抵達清洗材料表面的意圖,清洗作用徹底,是一種剝離式清洗。其清洗優勢首要體現在以下幾個方面:
(1)清洗后的材料表面根本沒有殘留物,而且可以通過選擇、搭配不同的等離子體清洗類型,發生不同的清洗作用,滿意后續處理工藝對材料表面特性的多種需求;
(2)由于等離子體的方向性不強,因此便當清洗帶有洼陷、空泛、褶皺等雜亂結構的物件,適用性較強;
(3)可處理多種基材,對待清洗物件的要求較低,因此特別合適清洗不耐熱和溶劑的基體材料;
(4)清洗往后無需單調或其他工序,無廢液發生,一同其作業氣體排放無毒害,安全環保;
(5)操作簡練、易控、快捷,對真空度要求不高或可直接選用大氣壓等離子體清洗工藝,一同此工藝避免了許多溶劑的運用,因此本錢較低。
等離子體清洗設備及工藝
2.1 首要設備
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用于等離子清洗的典型設備為低壓等離子體清洗機,如圖2 所示。由于等離子體的發生需求在低壓條件下進行,需求真空設備和密閉系統,設備本錢較高,且操作空間和待清洗物件尺寸簡略受到限制,不便于大規模工業運用。因此近年來常壓等離子體及其清洗技術的開展受到了廣泛重視。圖3 所示為常壓射流等離子體噴槍,是一種電容耦合射頻放電設備,其等離子特性與輝光放電相似,用于清洗材料表面時可以根據被清洗污染物的特征選擇作業氣體。
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還有一種常壓空氣介質阻遏放電等離子清洗設備,可以在常壓條件下對連續纖維、織物及其他大型片材發生出色的表面清洗作用,如圖4 所示。介質阻遏放電(DBD)可發生微觀均勻、安穩的等離子體,放電強度相對較大,處理功率高。
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2.2 工藝參數
在等離子清洗工藝傍邊,影響清洗功率的參數首要有以下幾個方面:
(1)放電氣壓:關于低壓等離子體,放電氣壓增加,等離子體密度越高,電子溫度隨之下降。而等離子體的清洗作用取決于其密度和電子溫度兩個方面,如密度越高清洗速率越快、電子溫度越高清洗作用越好。因此,放電氣壓的選擇對低壓等離子清洗工藝至關重要。
(2)氣體種類:待處理物件的基材及其表面污染物具有多樣性,而不同氣體放電所發生的等離子體清洗速度和清洗作用又相差甚遠。因此應該有針對性地選擇等離子體的作業氣體,如可選用氧氣等離子體去除物體表面的的油脂塵垢,選用氫氬混合氣體等離子體去除氧化層。
(3)放電功率:放電功率增大,可以增加等離子體的密度和活性粒子能量,因此前進清洗作用。例如,氧氣等離子體的密度受放電功率的影響較大。
(4)顯露時間:待清洗材料在等離子中的顯露時間對其表面清洗作用及等離子體作業功率有很大影響。顯露時間越長清洗作用相對越好,但作業功率下降。而且,過長時間的清洗或許會對材料表面發生危害。
(5)傳動速度:關于常壓等離子清洗工藝,處理大物件時會觸及連續傳動問題。因此待清洗物件與電極的相對移動速度越慢,處理作用越好,但速度過慢一方面影響作業功率,另一方面也或許構成處理時間過長發生材料表面危害。
(6)其他:等離子清洗工藝中的氣體分配、氣體流量、電極設置等參數也會影響清洗作用。因此需求根據實際情況和清洗要求設定具體的、合適的工藝參數。
在復合材料領域中的運用剖析
自等離子清洗技術面世以來,其運用便跟著電子等工業的快速開展而逐漸增多?,F在,等離子清洗已廣泛運用于半導體與光電工業,并在轎車、航空航天、醫學、裝修等多個技術領域得到推廣運用。近年來,等離子體清洗技術在聚合物表面活化、電子元器件制造、塑料膠接處理、前進生物相容性、避免生物污染、微波管制造、精細機械零件清洗等方面運用較多。下面偏重討論復合材料領域中等離子清洗工藝的運用遠景。
3.1 前進復合材料界面粘結功用
碳纖、芳綸等連續纖維具有質輕高強、熱安穩性好、抗疲勞功用優異等顯著特征,用于增強熱固性、熱塑性樹脂基復合材料所得制成品已被廣泛運用于飛行器、武器裝備、轎車、體育、電器等多個領域。但是商業化的纖維材料表面通常會存在一層有機涂層,在復合材料制備
進程中將會成為弱界面層而嚴重影響到樹脂與纖維之間的界面粘結作用。因此,在制備復合材料之前,需求憑仗必定的處理手段將其去除。
選用等離子清洗技術,可以有用避免化學溶劑對材料本體功用的危害,在清洗材料表面的一同可以引入多種活性官能團,并增大表面粗糙程度,改善纖維表面自由能,有用前進樹脂與纖維兩相界面之間的粘結作用,前進復合材料的綜合功用。圖5 所示為芳綸纖維經溶劑清洗和等離子體清洗之后增強熱塑性聚芳醚砜酮樹脂的層間剪切強度比照,標明在各自較佳條件下等離子體清洗對復合材料界面功用的前進作用更為顯著。
3.2 前進復合材料制造工藝功用
復合材料液體模塑成型技術(LCM)首要有樹脂傳遞模塑(RTM)、真空輔佐樹脂傳遞模塑(VARTM)、真空輔佐樹脂打針(VARI)和樹脂膜浸透(RFI)等成型工藝。這類工藝的一同特征是將纖維預成型體放入模具腔體內,再在壓力作用下注入液態樹脂并使其充沛浸漬纖維,再經固化、脫模等工序得到所需制品,具有低投入、高功率、高品質等利益。但是需求解決的問題是,LCM技術多存在樹脂對纖維浸漬不抱負,制品存在內部空隙和表面干斑等現象。由此可見,樹脂對纖維表面的潤澤功用會直接影響LCM 成型工藝進程及其產品功用。因此,可以考慮通過選用等離子體清洗技術改善纖維表面的物理和化學功用,前進預成型體中纖維的表面自由能,使樹脂在平等工藝條件下(壓力場、溫度場等)可以更加充沛地浸漬纖維表面,前進浸漬均勻性,改善復合材料液體成型的工藝功用。
等離子體清洗技術在航空制造領域的四大優勢!
3.3 前進復合材料表面涂裝功用
復合材料的成型進程需選用脫模劑,以保證其固化成型后可以有用地與模具分離,但是脫模劑的運用不行避免地會使復合材料貼膜面殘留剩余的脫模劑,構成待涂裝表面的污染現象,發生弱界面層,使涂裝后的涂層極易掉落。傳統的清洗方法為選用丙酮等有機溶劑對表面進行擦拭或許選用打磨后清洗的方法,以除去殘留在復合材料制件表面的脫模劑。但是,選用上述兩種方法,不僅引入了有機溶劑的運用,而且由于打磨進程會構成許多粉塵污染,對環境構成嚴重影響而且危害操作人員的人身安全。而通過綠色環保的等離子體技術清洗后,復合材料待涂裝面獲得較佳可涂裝狀況,涂裝可靠性前進,可以有用避免涂層掉落和缺陷等問題,涂裝后表面平坦、連續、無流痕及氣孔等缺陷,涂層附著力較慣例清洗有顯著前進,通過GB/T 9286 試驗結果分級1 級,滿意工程運用標準。
3.4 前進復合材料多個制件間膠接功用
關于某些運用場合,需求將若干復合材料制件通過膠接進程連接成全體,在此進程中,假如復合材料表面存在污染,較為光滑或呈化學慵懶,則不易通過涂膠的方法完結復合材料制件間的膠接工序。傳統的方法是選用物理打磨方法使復合材料制件的膠接面粗糙度增加,然后前進復合材料制件間的膠接功用。但此方法在發生粉塵污染環境的一同,不易抵達均勻增加制件表面粗糙度的意圖,易導致復合材料制件表面發生變形、損壞然后影響制件膠接面的功用。因此可以考慮選用簡略易控的等離子體技術,有用、精準地清潔復合材料制件表面污染物,并一同改善其表面物理化學功用,畢竟獲得出色的膠接功用。
結束語
等離子清洗技術在復合材料領域中的運用,不論是用于改善復合材料的界面功用,前進液體成型工藝中樹脂對纖維表面的潮濕功用,仍是用于鏟除制件表面污染層以前進涂裝功用,或是改善多個制件之間的膠接功用,其可靠性大多是依賴于低溫等離子體對材料表面物理以及化學功用的改善作用,去除弱界面層,或是增加粗糙度、前進化學活性,然后增強兩個表面之間的潤澤與粘結功用。
跟著低溫等離子體技術的日益成熟,以及清洗設備尤其是常壓條件下在線連續等離子體設備的開發,清洗本錢不斷下降,清洗功率可進一步前進;等離子清洗技術本身具有便于處理各種材料、綠色環保等利益。因此,在精細化生產認識逐漸前進的一同,先進的清洗技術在復合材料領域中的運用必然會更加廣泛。
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