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更干净更快更环保,等离子体清洗技术造福航空制造

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  • 发布日期:2016-12-16 10:53
  • 有效期至:长期有效
  • 技术区域:全国
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详细说明
大家还记得电影《星河舰队3》吗?里面有一种叫做电浆蝎子的敌人,拥有漆黑的外壳,其坚硬程度和钢板接近,尾部可以喷射浓稠的电浆进行攻击,轻松击穿混凝土及钢板,可谓威力十足。

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《星河舰队》剧照


那么问题来了,电浆究竟是一种什么物质?听着像液体,其实不然。实际上,它属于物质的第四种状态,也叫等离子体,下面就跟小编一起来了解一下等离子体的知识吧,同时看看它强大的清洗能力。

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极具艺术感的电浆
 

等离子体清洗的概念和原理


等离子体是物质的一种状态,也叫做物质的第四态,并不属于常见的固液气三态。对气体施加足够的能量使之离化便成为等离子状态。等离子体的“活性”组分包括:离子、电子、原子、活性基团、激发态的核素(亚稳态)、光子等。等离子清洁机就是通过利用这些活性组分的性质来处理样品表面,从而实现清洁、涂覆等目的。

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物质的四种形态

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物质的第四态——等离子体


例如,电子质量小、移动速度快,可以先一步到达材料表面并使其带有负电荷,同时对材料表面产生撞击作用,可促使表面吸附的气体分子解吸或分解,也有利于引发化学反应;材料表面带有负电荷时,带正电荷的离子会加速向其冲击,所产生的溅射作用会将表面附着的颗粒性物质除去;等离子体中自由基的存在对清洗作用具有非常重要的意义,由于自由基易与物体表面发生化学连锁反应,产生新的自由基或进一步分解,最后可能会分解成挥发性的小分子;而紫外线具有很强的光能和穿透能力,可透过材料表面深达数微米而产生作用,使表面附着物质的分子键断裂分解。

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等离子体清洗原理

等离子体清洗的优势


等离子体清洗可以不分处理对象,它可以处理各种各样的材质,无论是金属、半导体、氧化物,还是高分子材料(如聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚酯、环氧树脂等高聚物)都可以使用等离子体来处理,因此特别适合于不耐热以及不耐溶剂的材质;在完成清洗去污的同时,还可以改善材料本身的表面性能,如提高表面的润湿性能、改善膜的黏着力等。

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等离子体清洗用于改善材料表面性能


等离子体的方向性不强,这使得它可以深入到物体的微细孔眼和凹陷的内部完成清洗任务,因此不需要过多考虑被清洗物体的形状,而且对这些难清洗部位的清洗效果与氟利昂清洗的效果相似甚至更好。

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等离子体清洗过程


等离子清洗避免使用三氯乙烷等有害溶剂,这样清洗后不会产生有害污染物,同时用户可以远离有害溶剂对人体的伤害,同时也避免了湿法清洗中容易洗坏清洗对象的问题,因此这种清洗方法属于环保的绿色清洗方法。

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等离子体清洗绿色环保无污染


整个清洗工艺流程几分钟内即可完成,产率较高;另外清洗对象经等离子清洗之后是干燥的,不需要再经干燥处理即可送往下一道工序,可以提高整个工艺流水线的处理效率;整个过程避免了对清洗液的运输、存储、排放等处理措施,所以生产场地很容易保持清洁卫生。

等离子清洗需要控制的真空度约为100Pa,这种清洗条件很容易达到,因此这种装置的设备成本不高,加上清洗过程不需要使用价格较为昂贵的有机溶剂,这使得整体成本要低于传统的湿法清洗工艺。

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等离子体清洗的真空环境
 
等离子体清洗设备

用于等离子体清洗的典型设备为低压等离子体清洗机,结构主要分为三个大的部分组成,分别是控制单元、真空腔体以及真空泵。等离子清洗机采用高自动化程度的数控技术,采用高精度的控制装置以保证时间的精确控制,同时在真空中清洗,不会在表面产生损伤层,保证清洗表面不被二次污染,表面质量得到保证。

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等离子体清洗机

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等离子体清洗机原理构造


由于等离子体的产生需要在低压条件下进行,需要真空设备和密闭系统,设备成本较高,且操作空间和待清洗物件尺寸容易受到限制,不便于大规模工业应用,因此常压射流等离子体喷枪应运而生。常压射流等离子体喷枪是一种电容耦合射频放电装置,其等离子特性与辉光放电相似,用于清洗材料表面时可以根据被清洗污染物的特点选择工作气体。

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手持等离子体喷枪

常压空气介质阻挡放电等离子体清洗设备,可以在常压条件下对连续纤维、织物及其他大型片材产生良好的表面清洗效果。介质阻挡放电可产生宏观均匀、稳定的等离子体,放电强度相对较大,处理效率高。

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等离子体清洗机用于片材清洗
 

等离子体清洗在航空制造领域的应用

自等离子体清洗技术问世以来,其应用便随着电子等工业的快速发展而逐渐增多。目前,等离子体清洗已广泛应用于半导体与光电工业,并在汽车航空航天、医学、装饰等多个技术领域得到推广应用。近年来,等离子体清洗技术在聚合物表面活化、电子元器件制造、塑料胶接处理、提高生物相容性、防止生物污染、微波管制造、精密机械零件清洗等方面应用较多,在航空制造领域有着重要作用。

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等离子体清洗技术

01.飞机电连接器

电连接器中的绝缘体与封线体之间的粘接效果一直影响着国产电连接器的发展,尤其在航空中对电连接器的要求更苛刻,未经表面处理的绝缘体与封线体之间的粘接效果非常差,即使使用专用配方的胶,其粘接效果也达不到要求;另外,如果绝缘体和封线体之间粘接不紧密,就可能会产生漏电,使得电连接器的耐压值提不上去。

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常见的电连接器


通过等离子清洗,不仅能去除表面油污,而且可增强其表面活性,这样在粘接时,在连接件上涂胶非常容易且非常的均匀,使得粘接效果明显改善。经国内多个生产大厂使用测试,用等离子处理后的电连接器,其抗拉能力成数倍增加,耐压值有显著提高。

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等离子体清洗用于电连接器

02.复合材料的制造

高性能连续纤维(如碳纤维、芳纶纤维、PBO纤维等)增强热固性、热塑性树脂基复合材料具有质轻高强、性能稳定等优点,已被广泛应用于航空、航天、军事等领域,成为必不可少的材料。但是这些增强纤维通常存在表面光滑、化学活性低的缺点,使纤维与树脂基体间不易建立物理锚合及化学键合等作用,造成复合材料的界面结合力较差,从而影响了复合材料的综合性能。此外,商业化的纤维材料表面会存在一层有机涂层以及微尘等污染物,主要来源于纤维制备、上浆、运输及储藏等过程,会影响到复合材料的界面粘结性能。

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碳纤维材料


因此,纤维材料在增强树脂基体制备复合材料之前,需要采用等离子体等处理手段对其表面进行清洗、刻蚀,去除有机涂层和污染物的同时在纤维表面引入极性或活性基团,并形成一些活性中心,可以进一步引发接枝、交联等反应,利用清洗、刻蚀、活化、接枝、交联等的综合作用改善纤维表面的物理和化学状态,进而实现加强纤维与树脂基体之间相互作用的目的。

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等离子体清洗用于表面改性

03.铝合金蒙皮口盖的处理

飞机的蒙皮口盖使用铝合金制造,为了增强其密封性能,口盖压合部位采用丁腈橡胶硫化工艺制造胶圈。但橡胶硫化后常会溢出多余的胶料,污染待涂装表面,造成涂装后涂层附着力降低,涂层涂覆后极易脱落。而常规的清洗方式无法彻底清除胶料产生的污染,因而会影响口盖的正常使用。采用等离子体清洗后再进行涂装,图层附着力较常规清洗有明显提高,并且符合航空涂装的标准要求。

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飞机的蒙皮连接

04.芳纶制件的表面清理

芳纶材料密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型,在航空制造业中有十分广泛的应用。对于某些应用场合,芳纶在成型之后还需与其他部件进行粘接,但该材料表面光滑且呈化学惰性,其制件表面不易涂胶。因此需对其进行表面处理以获得良好的粘接效果,目前主要运用的表面活化处理手段为等离子体改性技术。经过处理的凯夫拉表面活性增强,粘接效果有明显的改善,通过等离子体处理工艺参数的不断优化,其效果会进一步提高,应用的范围也越来越广。

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芳纶材料

另外,芳纶纤维复合材料在制造后其表面需涂覆环氧清漆及底漆封闭,防止材料因吸潮而引起失效。在复合材料制造加工中,其表面需涂抹脱模剂以使制件与模具顺利分离,然而加工后脱模剂会残留在制件表面,无法采用常规的清洗方式经济、有效地去除,导致涂装后涂层附着力差,涂层极易脱落,影响制件的使用。因此可考虑采用等离子体清洗技术经济、有效地去除脱模剂污染物。

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等离子体清洗用于新型材料

 来源作者:​凌飞 航空制造网
 
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