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等離子體清洗技能在航空制作范疇的四大優勢

發布日期:2021-08-17 00:00 來源:http://www.kfada.com 點擊:

等離子體清洗技能在航空制作范疇的四大優勢


等離子體清洗技能起源于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、轎車制作、航空航天以及污染防治等很多高科技范疇。等離子體清洗技能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、悉數或部別離子化的氣態物質。低溫等離子體的能量約為幾十電子伏特,其中所包括的離子、電子、自由基等活性粒子以及紫外線等輻射線很容易與固體外表的污染物分子發生反響而使其脫離,從而可起到清洗的效果。同時因為低溫等離子體的能量遠低于高能射線,因而此技術只觸及資料外表,對資料基體功能不發生影響。

等離子體清洗是一種干式工藝,因為選用電能催化反響,能夠提供一個低溫環境,一起排除了濕式化學清洗所發生的風險和廢液,安全、可靠、環保。簡而言之,等離子體清洗技能結合了等離子體物理、等離子體化學和氣固兩相界面反響,能夠有用鏟除殘留在資料外表的有機污染物,并確保資料的外表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能。

更重要的是,等離子體清洗技能不分處理目標的基材類型,對半導體、金屬和大多數高分子資料均有很好的處理效果,而且能夠完成全體、部分以及雜亂結構的清洗。此工藝容易完成自動化與數字化流程,可安裝高精度的操控設備操控時刻,具有記憶功用等。正是因為等離子體清洗工藝具有操作簡略、精細可控等明顯優勢,現在已在電子電氣、資料外表改性與活化等多個行業普遍運用。一起能夠預見,這種優越的技能也將被復合資料范疇所認可并廣泛選用。

 一、等離子體清洗技能概述

1.1 機理剖析
等離子體首要是經過氣體放電發生,其中包括電子、離子、自由基以及紫外線等高能量物質,具有活化資料外表的效果。例如,電子質量小、移動速度快,能夠先一步到達資料外表并使其帶有負電荷,一起對資料外表發生撞擊效果,可促使外表吸附的氣體分子解吸或分化,也有利于引發化學反響;資料外表帶有負電荷時,帶正電荷的離子會加速向其沖擊,所發生的濺射效果會將外表附著的顆粒性物質除去;等離子體中自由基的存在對清洗效果具有非常重要的意義,因為自由基易與物體外表發生化學連鎖反響,發生新的自由基或進一步分化,后可能會分化成蒸發性的小分子;而紫外線具有很強的光能和穿透才能,可透過資料外表深達數微米而發生效果,使外表附著物質的分子鍵斷裂分化。

圖1 簡略描繪了等離子體清洗的效果原理。首要是經過等離子體效果于資料外表使其發生一系列的物理、化學變化,利用其中所包括的活性粒子和高能射線,與外表有機污染物分子發生反響、磕碰形成小分子蒸發性物質,從外表移除,完成清潔效果??梢?,等離子體清洗技能具有工藝簡略、高效節能、安全環保等明顯長處。

1.2 清洗類型

依據反響類型不同,等離子體清洗技能可分為兩類:等離子體物理清洗,即憑借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,即經過活性粒子與雜質分子反響而使污染物蒸發脫離。

(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)發生的反響多為物理反響;微波等離子體(激起頻率,2.45GHz)發生的反響多為化學反響;而射頻等離子體(激起頻率,13.56MHz)則觸及到物理、化學雙重反響類型。

(2)作業氣體品種對等離子體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,憑借炮擊效果使資料外表清潔;而反響性氣體O2、H2 等被激起發生的等離子體則首要用于化學清洗,憑借活潑自由基與污染物(多為碳氫化合物)發生化學反響,發生一氧化碳、二氧化碳、水等小分子,從資料外表移除。

(3)等離子體清洗類型對清洗效果具有必定的影響。等離子體物理清洗可使資料外表的粗糙度添加,有助于進步資料外表的附著力;等離子體化學清洗能夠明顯添加資料外表的含氧、含氮以及其他類型的活性基團,有助于改進資料的外表滋潤性。

1.3 效果與特色
與傳統的溶劑清洗不同,等離子體是依托其中所包括高能物質的“活化效果”到達清洗資料外表的意圖,清洗效果徹底,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)清洗后的資料外表基本沒有殘留物,而且能夠經過挑選、搭配不同的等離子體清洗類型,發生不同的清洗效果,滿意后續處理工藝對資料外表特性的多種需求;

(2)因為等離子體的方向性不強,因而方便清洗帶有凹陷、空洞、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,因而特別適合清洗不耐熱和溶劑的基體資料;

(4)清洗過后無需干燥或其他工序,無廢液發生,一起其作業氣體排放無毒害,安全環保;

(5)操作簡潔、易控、方便,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,一起此工藝防止了很多溶劑的運用,因而成本較低。

二 等離子體清洗設備及工藝

2.1 首要設備

 

用于等離子體清洗的典型設備為低壓等離子體清洗機,如圖2 所示。因為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體系,設備成本較高,且操作空間和待清洗物件尺度容易受到限制,不便于大規模工業運用。因而近年來常壓等離子體及其清洗技能的開展受到了廣泛關注。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,用于清洗資料外表時能夠依據被清洗污染物的特色挑選作業氣體。 

另有一種常壓空氣介質阻擋放電等離子體清洗設備,能夠在常壓條件下對接連纖維、織物及其他大型片材發生杰出的外表清洗效果,如圖4 所示。介質阻擋放電(DBD)可發生宏觀均勻、安穩的等離子體,放電強度相對較大,處理效率高。

 

2.2 工藝參數
在等離子體清洗工藝當中,影響清洗效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,放電氣壓添加,等離子體密度越高,電子溫度隨之下降。而等離子體的清洗效果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、電子溫度越高清洗效果越好。因而,放電氣壓的挑選對低壓等離子體清洗工藝至關重要。

(2)氣體品種:待處理物件的基材及其外表污染物具有多樣性,而不同氣體放電所發生的等離子體清洗速度和清洗效果又相差甚遠。因而應該有針對性地挑選等離子體的作業氣體,如可選用氧氣等離子體去除物體外表的的油脂污垢,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,能夠添加等離子體的密度和活性粒子能量,因而進步清洗效果。例如,氧氣等離子體的密度受放電功率的影響較大。

(4)露出時刻:待清洗資料在等離子體中的露出時刻對其外表清洗效果及等離子體作業效率有很大影響。露出時刻越長清洗效果相對越好,但作業效率下降。而且,過長時刻的清洗可能會對資料外表發生損害。

(5)傳動速度:關于常壓等離子體清洗工藝,處理大物件時會觸及接連傳動問題。因而待清洗物件與電極的相對移動速度越慢,處理效果越好,但速度過慢一方面影響作業效率,另一方面也可能形成處理時刻過長發生資料外表損害。

(6)其他:等離子體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效果。因而需求根據實際情況和清洗要求設定詳細的、適合的工藝參數。 

三 在復合資料范疇中的運用剖析

自等離子體清洗技能面世以來,其運用便跟著電子等工業的快速開展而逐步增多?,F在,等離子體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、裝修等多個技能范疇得到推廣運用。近年來,等離子體清洗技能在聚合物外表活化、電子元器件制作、塑料膠接處理、進步生物相容性、防止生物污染、微波管制作、精細機械零件清洗等方面運用較多。下面著重討論復合資料范疇中等離子體清洗工藝的運用遠景。

3.1 進步復合資料外表粘接功能

碳纖、芳綸等接連纖維具有質輕高強、熱安穩性好、抗疲勞功能優異等明顯特色,用于增強熱固性、熱塑性樹脂基復合資料所得制成品已被廣泛運用于飛行器、武器裝備、轎車、體育、電器等多個范疇??墒巧虡I化的纖維資料外表通常會存在一層有機涂層,在復合資料制備

進程中將會成為弱界面層而嚴峻影響到樹脂與纖維之間的界面粘結效果。因而,在制備復合資料之前,需求憑借必定的處理手法將其去除。

選用等離子體清洗技能,能夠有用防止化學溶劑對資料本體功能的損害,在清洗資料外表的一起能夠引進多種活性官能團,并增大外表粗糙程度,改進纖維外表自由能,有用進步樹脂與纖維兩相界面之間的粘結效果,進步復合資料的歸納功能。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對比,表明在各自較佳條件下等離子體清洗對復合資料界面功能的進步效果更為明顯。

3.2 進步復合資料制作工藝功能
復合資料液體模塑成型技能(LCM)首要有樹脂傳遞模塑(RTM)、真空輔佐樹脂傳遞模塑(VARTM)、真空輔佐樹脂注射(VARI)和樹脂膜滲透(RFI)等成型工藝。這類工藝的一起特色是將纖維預成型體放入模具腔體內,再在壓力效果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、高效率、高品質等長處??墒切枨蠼鉀Q的問題是,LCM技能多存在樹脂對纖維浸漬不抱負,制品存在內部空隙和外表干斑等現象。由此可見,樹脂對纖維外表的滋潤功能會直接影響LCM 成型工藝進程及其產品功能。因而,能夠考慮經過選用等離子體清洗技能改進纖維外表的物理和化學功能,進步預成型體中纖維的外表自由能,使樹脂在同等工藝條件下(壓力場、溫度場等)能夠愈加充沛地浸漬纖維外表,進步浸漬均勻性,改進復合資料液體成型的工藝功能。


3.3 進步復合資料外表涂裝功能
復合資料的成型進程需選用脫模劑,以確保其固化成型后能夠有用地與模具別離,但是脫模劑的運用不可防止地會使復合資料貼膜面殘留多余的脫模劑,形成待涂裝外表的污染現象,發生弱界面層,使涂裝后的涂層極易掉落。傳統的清洗辦法為選用丙酮等有機溶劑對外表進行擦拭或者選用打磨后清洗的辦法,以除去殘留在復合資料制件外表的脫模劑。但是,選用上述兩種辦法,不只引進了有機溶劑的運用,而且因為打磨進程會形成很多粉塵污染,對環境形成嚴峻影響而且危害操作人員的人身安全。而經過綠色環保的等離子體技能清洗后,復合資料待涂裝面獲得較佳可涂裝狀況,涂裝可靠性進步,能夠有用防止涂層掉落和缺點等問題,涂裝后外表平坦、接連、無流痕及氣孔等缺點,涂層附著力較常規清洗有明顯進步,經過GB/T 9286 實驗成果分級1 級,滿意工程運用規范。

3.4 進步復合資料多個制件間膠接功能
關于某些運用場合,需求將若干復合資料制件經過膠接進程連接成全體,在此進程中,假如復合資料外表存在污染,較為光滑或呈化學慵懶,則不易經過涂膠的辦法完成復合資料制件間的膠接工序。傳統的辦法是選用物理打磨辦法使復合資料制件的膠接面粗糙度添加,從而進步復合資料制件間的膠接功能。但此辦法在發生粉塵污染環境的一起,不易到達均勻添加制件外表粗糙度的意圖,易導致復合資料制件外表發生變形、損壞從而影響制件膠接面的功能。因而能夠考慮選用簡略易控的等離子體技能,有用地清潔復合資料制件外表污染物,并一起改進其外表物理化學功能,終獲得杰出的膠接功能。

結束語

等離子體清洗技能在復合資料范疇中的運用,不論是用于改進復合資料的界面功能,進步液體成型工藝中樹脂對纖維外表的潤濕功能,還是用于鏟除制件外表污染層以進步涂裝功能,或是改進多個制件之間的膠接性能,其可靠性大多是依賴于低溫等離子體對資料外表物理以及化學功能的改進效果,去除弱界面層,或是添加粗糙度、進步化學活性,從而增強兩個外表之間的滋潤與粘結功能。

跟著低溫等離子體技能的日益老練,以及清洗設備尤其是常壓條件下在線接連等離子體設備的開發,清洗成本不斷下降,清洗效率可進一步進步;等離子體清洗技能本身具有便于處理各種資料、綠色環保等長處。因而,在精細化出產意識逐步進步的一起,先進的清洗技能在復合資料范疇中的運用必然會愈加普及。

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