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等离子体清洗技能在航空制作范畴的四大优势

发布日期:2021-08-17 00:00 来源:http://www.atv-corp.com 点击:

等离子体清洗技能在航空制作范畴的四大优势


等离子体清洗技能起源于20 世纪初,推动了半导体和光电工业的迅速开展,现已广泛运用于精细机械、轿车制作、航空航天以及污染防治等很多高科技范畴。等离子体清洗技能的关键是低温等离子体的运用,它首要依赖于高温、高频、高能等外界条件发生,是一种电中性、高能量、悉数或部别离子化的气态物质。低温等离子体的能量约为几十电子伏特,其中所包括的离子、电子、自由基等活性粒子以及紫外线等辐射线很容易与固体外表的污染物分子发生反响而使其脱离,从而可起到清洗的效果。同时因为低温等离子体的能量远低于高能射线,因而此技术只触及资料外表,对资料基体功能不发生影响。

等离子体清洗是一种干式工艺,因为选用电能催化反响,能够提供一个低温环境,一起排除了湿式化学清洗所发生的风险和废液,安全、可靠、环保。简而言之,等离子体清洗技能结合了等离子体物理、等离子体化学和气固两相界面反响,能够有用铲除残留在资料外表的有机污染物,并确保资料的外表及本体特性不受影响,现在被考虑为传统湿法清洗的首要代替技能。

更重要的是,等离子体清洗技能不分处理目标的基材类型,对半导体、金属和大多数高分子资料均有很好的处理效果,而且能够完成全体、部分以及杂乱结构的清洗。此工艺容易完成自动化与数字化流程,可安装高精度的操控设备操控时刻,具有记忆功用等。正是因为等离子体清洗工艺具有操作简略、精细可控等明显优势,现在已在电子电气、资料外表改性与活化等多个行业普遍运用。一起能够预见,这种优越的技能也将被复合资料范畴所认可并广泛选用。

 一、等离子体清洗技能概述

1.1 机理剖析
等离子体首要是经过气体放电发生,其中包括电子、离子、自由基以及紫外线等高能量物质,具有活化资料外表的效果。例如,电子质量小、移动速度快,能够先一步到达资料外表并使其带有负电荷,一起对资料外表发生撞击效果,可促使外表吸附的气体分子解吸或分化,也有利于引发化学反响;资料外表带有负电荷时,带正电荷的离子会加速向其冲击,所发生的溅射效果会将外表附着的颗粒性物质除去;等离子体中自由基的存在对清洗效果具有非常重要的意义,因为自由基易与物体外表发生化学连锁反响,发生新的自由基或进一步分化,后可能会分化成蒸发性的小分子;而紫外线具有很强的光能和穿透才能,可透过资料外表深达数微米而发生效果,使外表附着物质的分子键断裂分化。

图1 简略描绘了等离子体清洗的效果原理。首要是经过等离子体效果于资料外表使其发生一系列的物理、化学变化,利用其中所包括的活性粒子和高能射线,与外表有机污染物分子发生反响、磕碰形成小分子蒸发性物质,从外表移除,完成清洁效果。可见,等离子体清洗技能具有工艺简略、高效节能、安全环保等明显长处。

1.2 清洗类型

依据反响类型不同,等离子体清洗技能可分为两类:等离子体物理清洗,即凭借活性粒子和高能射线炮击而使污染物脱离;等离子体化学清洗,即经过活性粒子与杂质分子反响而使污染物蒸发脱离。

(1)激起频率对等离子体的清洗类型具有必定影响。例如,超声等离子体(激起频率,40kHz)发生的反响多为物理反响;微波等离子体(激起频率,2.45GHz)发生的反响多为化学反响;而射频等离子体(激起频率,13.56MHz)则触及到物理、化学双重反响类型。

(2)作业气体品种对等离子体清洗类型也具有必定影响。例如,慵懒气体Ar2、N2 等被激起发生的等离子体首要用于物理清洗,凭借炮击效果使资料外表清洁;而反响性气体O2、H2 等被激起发生的等离子体则首要用于化学清洗,凭借活泼自由基与污染物(多为碳氢化合物)发生化学反响,发生一氧化碳、二氧化碳、水等小分子,从资料外表移除。

(3)等离子体清洗类型对清洗效果具有必定的影响。等离子体物理清洗可使资料外表的粗糙度添加,有助于进步资料外表的附着力;等离子体化学清洗能够明显添加资料外表的含氧、含氮以及其他类型的活性基团,有助于改进资料的外表滋润性。

1.3 效果与特色
与传统的溶剂清洗不同,等离子体是依托其中所包括高能物质的“活化效果”到达清洗资料外表的意图,清洗效果彻底,是一种剥离式清洗。其清洗优势首要体现在以下几个方面:

(1)清洗后的资料外表基本没有残留物,而且能够经过挑选、搭配不同的等离子体清洗类型,发生不同的清洗效果,满意后续处理工艺对资料外表特性的多种需求;

(2)因为等离子体的方向性不强,因而方便清洗带有凹陷、空洞、褶皱等杂乱结构的物件,适用性较强;

(3)可处理多种基材,对待清洗物件的要求较低,因而特别适合清洗不耐热和溶剂的基体资料;

(4)清洗过后无需干燥或其他工序,无废液发生,一起其作业气体排放无毒害,安全环保;

(5)操作简洁、易控、方便,对真空度要求不高或可直接选用大气压等离子体清洗工艺,一起此工艺防止了很多溶剂的运用,因而成本较低。

二 等离子体清洗设备及工艺

2.1 首要设备

 

用于等离子体清洗的典型设备为低压等离子体清洗机,如图2 所示。因为等离子体的发生需求在低压条件下进行,需求真空设备和密闭体系,设备成本较高,且操作空间和待清洗物件尺度容易受到限制,不便于大规模工业运用。因而近年来常压等离子体及其清洗技能的开展受到了广泛关注。图3 所示为常压射流等离子体喷枪,是一种电容耦合射频放电设备,其等离子特性与辉光放电相似,用于清洗资料外表时能够依据被清洗污染物的特色挑选作业气体。 

另有一种常压空气介质阻挡放电等离子体清洗设备,能够在常压条件下对接连纤维、织物及其他大型片材发生杰出的外表清洗效果,如图4 所示。介质阻挡放电(DBD)可发生宏观均匀、安稳的等离子体,放电强度相对较大,处理效率高。

 

2.2 工艺参数
在等离子体清洗工艺当中,影响清洗效率的参数首要有以下几个方面:

(1)放电气压:关于低压等离子体,放电气压添加,等离子体密度越高,电子温度随之下降。而等离子体的清洗效果取决于其密度和电子温度两个方面,如密度越高清洗速率越快、电子温度越高清洗效果越好。因而,放电气压的挑选对低压等离子体清洗工艺至关重要。

(2)气体品种:待处理物件的基材及其外表污染物具有多样性,而不同气体放电所发生的等离子体清洗速度和清洗效果又相差甚远。因而应该有针对性地挑选等离子体的作业气体,如可选用氧气等离子体去除物体外表的的油脂污垢,选用氢氩混合气体等离子体去除氧化层。

(3)放电功率:放电功率增大,能够添加等离子体的密度和活性粒子能量,因而进步清洗效果。例如,氧气等离子体的密度受放电功率的影响较大。

(4)露出时刻:待清洗资料在等离子体中的露出时刻对其外表清洗效果及等离子体作业效率有很大影响。露出时刻越长清洗效果相对越好,但作业效率下降。而且,过长时刻的清洗可能会对资料外表发生损害。

(5)传动速度:关于常压等离子体清洗工艺,处理大物件时会触及接连传动问题。因而待清洗物件与电极的相对移动速度越慢,处理效果越好,但速度过慢一方面影响作业效率,另一方面也可能形成处理时刻过长发生资料外表损害。

(6)其他:等离子体清洗工艺中的气体分配、气体流量、电极设置等参数也会影响清洗效果。因而需求根据实际情况和清洗要求设定详细的、适合的工艺参数。 

三 在复合资料范畴中的运用剖析

自等离子体清洗技能面世以来,其运用便跟着电子等工业的快速开展而逐步增多。现在,等离子体清洗已广泛运用于半导体与光电工业,并在轿车、航空航天、医学、装修等多个技能范畴得到推广运用。近年来,等离子体清洗技能在聚合物外表活化、电子元器件制作、塑料胶接处理、进步生物相容性、防止生物污染、微波管制作、精细机械零件清洗等方面运用较多。下面着重讨论复合资料范畴中等离子体清洗工艺的运用远景。

3.1 进步复合资料外表粘接功能

碳纤、芳纶等接连纤维具有质轻高强、热安稳性好、抗疲劳功能优异等明显特色,用于增强热固性、热塑性树脂基复合资料所得制成品已被广泛运用于飞行器、武器装备、轿车、体育、电器等多个范畴。可是商业化的纤维资料外表通常会存在一层有机涂层,在复合资料制备

进程中将会成为弱界面层而严峻影响到树脂与纤维之间的界面粘结效果。因而,在制备复合资料之前,需求凭借必定的处理手法将其去除。

选用等离子体清洗技能,能够有用防止化学溶剂对资料本体功能的损害,在清洗资料外表的一起能够引进多种活性官能团,并增大外表粗糙程度,改进纤维外表自由能,有用进步树脂与纤维两相界面之间的粘结效果,进步复合资料的归纳功能。图5 所示为芳纶纤维经溶剂清洗和等离子体清洗之后增强热塑性聚芳醚砜酮树脂的层间剪切强度对比,表明在各自较佳条件下等离子体清洗对复合资料界面功能的进步效果更为明显。

3.2 进步复合资料制作工艺功能
复合资料液体模塑成型技能(LCM)首要有树脂传递模塑(RTM)、真空辅佐树脂传递模塑(VARTM)、真空辅佐树脂注射(VARI)和树脂膜渗透(RFI)等成型工艺。这类工艺的一起特色是将纤维预成型体放入模具腔体内,再在压力效果下注入液态树脂并使其充沛浸渍纤维,再经固化、脱模等工序得到所需制品,具有低投入、高效率、高品质等长处。可是需求解决的问题是,LCM技能多存在树脂对纤维浸渍不抱负,制品存在内部空隙和外表干斑等现象。由此可见,树脂对纤维外表的滋润功能会直接影响LCM 成型工艺进程及其产品功能。因而,能够考虑经过选用等离子体清洗技能改进纤维外表的物理和化学功能,进步预成型体中纤维的外表自由能,使树脂在同等工艺条件下(压力场、温度场等)能够愈加充沛地浸渍纤维外表,进步浸渍均匀性,改进复合资料液体成型的工艺功能。


3.3 进步复合资料外表涂装功能
复合资料的成型进程需选用脱模剂,以确保其固化成型后能够有用地与模具别离,但是脱模剂的运用不可防止地会使复合资料贴膜面残留多余的脱模剂,形成待涂装外表的污染现象,发生弱界面层,使涂装后的涂层极易掉落。传统的清洗办法为选用丙酮等有机溶剂对外表进行擦拭或者选用打磨后清洗的办法,以除去残留在复合资料制件外表的脱模剂。但是,选用上述两种办法,不只引进了有机溶剂的运用,而且因为打磨进程会形成很多粉尘污染,对环境形成严峻影响而且危害操作人员的人身安全。而经过绿色环保的等离子体技能清洗后,复合资料待涂装面获得较佳可涂装状况,涂装可靠性进步,能够有用防止涂层掉落和缺点等问题,涂装后外表平坦、接连、无流痕及气孔等缺点,涂层附着力较常规清洗有明显进步,经过GB/T 9286 实验成果分级1 级,满意工程运用规范。

3.4 进步复合资料多个制件间胶接功能
关于某些运用场合,需求将若干复合资料制件经过胶接进程连接成全体,在此进程中,假如复合资料外表存在污染,较为光滑或呈化学慵懒,则不易经过涂胶的办法完成复合资料制件间的胶接工序。传统的办法是选用物理打磨办法使复合资料制件的胶接面粗糙度添加,从而进步复合资料制件间的胶接功能。但此办法在发生粉尘污染环境的一起,不易到达均匀添加制件外表粗糙度的意图,易导致复合资料制件外表发生变形、损坏从而影响制件胶接面的功能。因而能够考虑选用简略易控的等离子体技能,有用地清洁复合资料制件外表污染物,并一起改进其外表物理化学功能,终获得杰出的胶接功能。

结束语

等离子体清洗技能在复合资料范畴中的运用,不论是用于改进复合资料的界面功能,进步液体成型工艺中树脂对纤维外表的润湿功能,还是用于铲除制件外表污染层以进步涂装功能,或是改进多个制件之间的胶接性能,其可靠性大多是依赖于低温等离子体对资料外表物理以及化学功能的改进效果,去除弱界面层,或是添加粗糙度、进步化学活性,从而增强两个外表之间的滋润与粘结功能。

跟着低温等离子体技能的日益老练,以及清洗设备尤其是常压条件下在线接连等离子体设备的开发,清洗成本不断下降,清洗效率可进一步进步;等离子体清洗技能本身具有便于处理各种资料、绿色环保等长处。因而,在精细化出产意识逐步进步的一起,先进的清洗技能在复合资料范畴中的运用必然会愈加普及。

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