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等离子清洗技术在复合材料领域的应用分析

   日期:2023-04-04     来源:纳恩科技    浏览:483    评论:0    
核心提示:根据反应类型的不同,等离子体清洗技术可分为两大类:等离子体物理清洗,即通过活性粒子和高能射线的轰击分离污染物。等离子体化学清洗是通过活性粒子和杂质分子的反应来蒸发和去除污染物。
 根据反应类型的不同,等离子体清洗技术可分为两大类:等离子体物理清洗,即通过活性粒子和高能射线的轰击分离污染物。等离子体化学清洗是通过活性粒子和杂质分子的反应来蒸发和去除污染物。

(1)激发频率对等离子体的清洗方式有一定的影响。例如,超声波等离子体(激发频率,40kHz)主要产生物理反应。微波等离子体(激发频率为2.45GHz)产生的大部分反应是化学反应。射频等离子体(激发频率,13.56MHz)涉及物理和化学反应。


 

(2)工作气体的种类对等离子清洗的种类也有一定的影响。例如,惰性气体Ar2、N2等激发产生的等离子体主要用于物理清洗,通过轰击的方式清洁材料表面。O2、H2等反应性气体激发产生的等离子体,主要用于化学清洗。活性自由基和污染物(主要是碳氢化合物)之间的化学反应产生小分子,如一氧化碳、二氧化碳和水。从数据表面移除。

(3) 等离子清洗的种类对清洗效果有一定的影响。等离子体物理清洗可以增加材料表面的粗糙度,有助于提高材料表面的附着力。等离子体化学清洗可以显著增加材料表面的含氧、含氮等类型的活性基团,有助于提高材料表面的润湿性。

等离子清洗技术在复合材料领域的应用分析

等离子清洗技术自出现以来,随着电子等行业的快速发展,其应用逐渐增多。目前,等离子体清洗已广泛应用于半导体和光电行业,并在汽车、航空航天、医药、装饰等诸多技术领域得到推广和使用。近年来,等离子体清洗技术在聚合物表面的活化、电子元器件的制造、塑料粘接的处理、生物相容性的改善、生物污染的防止、微波管的制造、精密机械零件的清洗等方面得到了广泛的应用。面重点介绍等离子清洗工艺在复合材料领域的应用前景。


 

一、提高复合材料的表面粘结性能。

碳纤维、芳纶等连续纤维具有重量轻、强度高、热稳定性好、抗疲劳性能优异等明显特点。它们用于增强热固性和热塑性树脂基复合材料。成品已广泛应用于飞机、武器装备、汽车、体育、电器等领域。然而,商用纤维材料表面通常有一层有机涂层,这是在复合材料中制备的过程中,它会成为弱界面层,严重影响树脂与纤维的界面粘结效果。因此,在制备复合材料之前,需要通过一定的处理方法将其去除。

等离子清洗技术的使用,可以有效地防止化学溶剂对材料本体性能的损害。在清洗材料表面的同时,可引入多种活性官能团,增加表面粗糙度,提高纤维表面的自由能,有效提高树脂和纤维相界面间的粘结作用,提高了复合材料的综合性能。


 

二、提高复合材料制造工艺的性能。

复合材料液态成型技术(LCM)主要包括树脂传递模塑(RTM)、真空辅助树脂传递模塑(VARTM)、真空辅助树脂注射(VARI)和树脂膜渗透(RFI)等成型工艺。这类工艺的共同特点是将纤维预制棒放入模具型腔,然后在压力的作用下注入液态树脂,使纤维充分浸润,然后通过固化、脱模等工序得到所需产品,具有投资少、效率高、质量好等优点。然而,需要解决的问题是,大多数LCM技术对纤维的树脂浸渍效果不理想,产品存在内部空隙和表面干斑等现象。由此可见,树脂对纤维表面的保湿作用将直接影响LCM成型工艺和产品性能。因此,可以考虑利用等离子体清洗技术改善纤维表面的理化性能,提高纤维在预制件中的表面自由能,使树脂在相同的工艺条件下(压力场、温度场等)更充分地浸渍。纤维表面,提高浸渍的均匀性,并改善复合材料液态成型的工艺性能。


 

三、提高复合材料的表面涂层性能

复合材料的成型过程中需要使用脱模剂,以确保其在固化成型后能有效地与模具分离。然而,脱模剂的使用不可避免地会在复合材料的薄膜表面留下过量的脱模剂,造成污染,在表面产生一个弱界面层,使涂层在涂装后容易脱落。传统的清洗方法是用丙酮等有机溶剂擦拭表面或采用先研磨后清洗的方法去除残留在复合材料表面的脱模剂。然而,采用上述两种方法不仅引入了有机溶剂的使用,而且由于研磨过程造成大量粉尘污染,对环境造成严重影响,危及操作人员的人身安全。经绿色环保等离子体技术清洗后,待涂复合材料表面可获得更好的可涂装状态,提高了涂层的可靠性,可有效防止涂层脱落和缺陷等问题。涂层后表面平整连续,无流痕、气孔等缺陷,涂层附着力较常规清洗有显著提高,通过GB/T 9286检测结果为一级,符合工程应用标准。

四、提高复合材料多个零件之间的粘接性能

在某些应用中,需要将几个复合材料部件通过粘接工艺连接成一个整体。在此过程中,如果复合材料表面被污染、光滑或化学惰性,则不容易通过胶接完成复合。数据部分之间的绑定过程。传统的方法是利用物理磨削增加复合材料零件结合面的粗糙度,从而提高复合材料零件之间的结合性能。但这种方法在产生粉尘污染的同时,不容易达到均匀增加工件表面粗糙度的目的,而且容易造成复合材料工件表面变形和损伤,从而影响工件结合面的性能。因此,可以考虑采用简单易控制的等离子体技术,有效地清洗复合材料零件的表面污染物,同时改善表面的物理化学性能,最终获得良好的粘接性能。


 

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,进一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一步涂装功能,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,从而增强两个外表之间的湿润性与粘结功能。

随着低温等离子体技术的发展,特别是常压条件下在线连续等离子体设备的发展,清洗成本不断下降,清洗效率可以进一步提高。等离子清洗技术本身具有方便加工各种材料、绿色环保等优点。因此,在精细化生产意识逐步提高的同时,先进清洗技术在复合材料领域的应用必然会更加普及。

 
 
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