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等離子清洗技術在航空製造領域的四大優勢!

發布日期:2020-06-01 00:00 來源: 點擊:

等離子體清洗技術在航空製造領域的四大優勢!


   等離子清洗技術起源於20 世紀初,推動了半導體和光電工業的迅速開展,現已廣泛運用於精細機械、轎車製造、航空航天以及汙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,它首要依賴於高溫、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麵的汙染物分子發生反應而使其脫離,然後可起到清洗的作用。一同由於低溫等離子體的能量遠低於高能射線,因此此技術隻觸及材料表麵,對材料基體功用不發生影響。
    等離子清洗是一種幹式工藝,由於選用電能催化反應,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麵反應,可以有用鏟除殘留在材料表麵的有機汙染物,並保證材料的表麵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,可裝配高精度的控製設備,精準控製時間,具有記憶功用等。正是由於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、材料表麵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複合材料領域所認可並廣泛選用。
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,具有活化材料表麵的作用。例如,電子質量小、移動速度快,可以先一步抵達材料表麵並使其帶有負電荷,一同對材料表麵發生碰擊作用,可促進表麵吸附的氣體分子解吸或分解,也有利於引發化學反應;材料表麵帶有負電荷時,帶正電荷的離子會加速向其衝擊,所發生的濺射作用會將表麵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,由於自由基易與物體表麵發生化學連鎖反應,發生新的自由基或進一步分解,最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,可透過材料表麵深達數微米而發生作用,使表麵附著物質的分子鍵開裂分解。
等離子體清洗技術在航空製造領域的四大優勢!
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於材料表麵使其發生一係列的物理、化學變化,運用其間所包含的活性粒子和高能射線,與表麵有機汙染物分子發生反應、碰撞構成小分子揮發性物質,從表麵移除,完結清潔作用。可見,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汙染物脫離;等離子體化學清洗,即通過活性粒子與雜質分子反應而使汙染物揮發脫離。
(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於物理清洗,憑仗炮擊作用使材料表麵清潔;而反應性氣體O2、H2 等被激起發生的等離子體則首要用於化學清洗,憑仗生動自由基與汙染物(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,從材料表麵移除。
(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麵的粗糙度增加,有助於前進材料表麵的附著力;等離子體化學清洗可以顯著增加材料表麵的含氧、含氮以及其他類型的活性基團,有助於改善材料的表麵潤澤性。
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”抵達清洗材料表麵的意圖,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麵:
(1)清洗後的材料表麵根本沒有殘留物,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,滿意後續處理工藝對材料表麵特性的多種需求;
(2)由於等離子體的方向性不強,因此便當清洗帶有窪陷、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)清洗往後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
等離子清洗技術在航空製造領域的四大優勢!
用於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。由於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係統,設備本錢較高,且操作空間和待清洗物件尺寸簡略受到限製,不便於大規模工業運用。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,用於清洗材料表麵時可以根據被清洗汙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麵清洗作用,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麵:
(1)放電氣壓:關於低壓等離子體,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於其密度和電子溫度兩個方麵,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麵汙染物具有多樣性,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麵的的油脂塵垢,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麵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麵發生危害。
(5)傳動速度:關於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,但速度過慢一方麵影響作業功率,另一方麵也或許構成處理時間過長發生材料表麵危害。
(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。
在複合材料領域中的運用剖析
自等離子清洗技術麵世以來,其運用便跟著電子等工業的快速開展而逐漸增多。現在,等離子清洗已廣泛運用於半導體與光電工業,並在轎車、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麵活化、電子元器件製造、塑料膠接處理、前進生物相容性、避免生物汙染、微波管製造、精細機械零件清洗等方麵運用較多。下麵偏重討論複合材料領域中等離子清洗工藝的運用遠景。
3.1 前進複合材料界麵粘結功用
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,用於增強熱固性、熱塑性樹脂基複合材料所得製成品已被廣泛運用於飛行器、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麵通常會存在一層有機塗層,在複合材料製備
進程中將會成為弱界麵層而嚴重影響到樹脂與纖維之間的界麵粘結作用。因此,在製備複合材料之前,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,在清洗材料表麵的一同可以引入多種活性官能團,並增大表麵粗糙程度,改善纖維表麵自由能,有用前進樹脂與纖維兩相界麵之間的粘結作用,前進複合材料的綜合功用。圖5 所示為芳綸纖維經溶劑清洗和等離子體清洗之後增強熱塑性聚芳醚碸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複合材料界麵功用的前進作用更為顯著。
3.2 前進複合材料製造工藝功用
複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並使其充沛浸漬纖維,再經固化、脫模等工序得到所需製品,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,製品存在內部空隙和表麵幹斑等現象。由此可見,樹脂對纖維表麵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麵的物理和化學功用,前進預成型體中纖維的表麵自由能,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麵,前進浸漬均勻性,改善複合材料液體成型的工藝功用。
等離子體清洗技術在航空製造領域的四大優勢!
3.3 前進複合材料表麵塗裝功用
複合材料的成型進程需選用脫模劑,以保證其固化成型後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複合材料貼膜麵殘留剩餘的脫模劑,構成待塗裝表麵的汙染現象,發生弱界麵層,使塗裝後的塗層極易掉落。傳統的清洗方法為選用丙酮等有機溶劑對表麵進行擦拭或許選用打磨後清洗的方法,以除去殘留在複合材料製件表麵的脫模劑。但是,選用上述兩種方法,不僅引入了有機溶劑的運用,而且由於打磨進程會構成許多粉塵汙染,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後,複合材料待塗裝麵獲得較佳可塗裝狀況,塗裝可靠性前進,可以有用避免塗層掉落和缺陷等問題,塗裝後表麵平坦、連續、無流痕及氣孔等缺陷,塗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 前進複合材料多個製件間膠接功用
關於某些運用場合,需求將若幹複合材料製件通過膠接進程連接成全體,在此進程中,假如複合材料表麵存在汙染,較為光滑或呈化學慵懶,則不易通過塗膠的方法完結複合材料製件間的膠接工序。傳統的方法是選用物理打磨方法使複合材料製件的膠接麵粗糙度增加,然後前進複合材料製件間的膠接功用。但此方法在發生粉塵汙染環境的一同,不易抵達均勻增加製件表麵粗糙度的意圖,易導致複合材料製件表麵發生變形、損壞然後影響製件膠接麵的功用。因此可以考慮選用簡略易控的等離子體技術,有用、精準地清潔複合材料製件表麵汙染物,並一同改善其表麵物理化學功用,畢竟獲得出色的膠接功用。
結束語
等離子清洗技術在複合材料領域中的運用,不論是用於改善複合材料的界麵功用,前進液體成型工藝中樹脂對纖維表麵的潮濕功用,仍是用於鏟除製件表麵汙染層以前進塗裝功用,或是改善多個製件之間的膠接功用,其可靠性大多是依賴於低溫等離子體對材料表麵物理以及化學功用的改善作用,去除弱界麵層,或是增加粗糙度、前進化學活性,然後增強兩個表麵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於處理各種材料、綠色環保等利益。因此,在精細化生產認識逐漸前進的一同,先進的清洗技術在複合材料領域中的運用必然會更加廣泛。
等離子清洗,等離子處理,等離子活化

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