塑噴法復(fù)合材料零件噴漆前表面處理技術(shù)研究

毛英坤

【摘 要】針對復(fù)合材料零件噴漆前表面處理及不合格漆層的去除。采用噴射塑料介質(zhì)的干式處理方法，逐漸減少傳統(tǒng)的手工操作，提高自動化、機械化噴涂前處理技術(shù)的應(yīng)用比例，提高噴漆前表面處理效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，削弱噴漆環(huán)節(jié)的瓶頸效應(yīng)，適應(yīng)復(fù)合材料零件產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)需求。

【關(guān)鍵詞】復(fù)合材料；噴漆；表面準(zhǔn)備；塑料介質(zhì)；噴射 0.前言

在復(fù)合材料零件已從單件、小批量生產(chǎn)成功轉(zhuǎn)型為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的背景下，目前國內(nèi)對復(fù)合材料件噴漆前處理還停留在傳統(tǒng)的手工打磨方式上，致使噴漆成為制約復(fù)合材料零件產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的瓶頸。逐漸減少傳統(tǒng)的手工操作，提高自動化、機械化噴涂前處理技術(shù)的應(yīng)用比例，削弱噴漆環(huán)節(jié)的瓶頸效應(yīng)，適應(yīng)復(fù)合材料零件產(chǎn)業(yè)化需求，已成為提高復(fù)合材料涂裝效率和防護效果的必要途徑。

1.國內(nèi)外研究情況

1.1國外研究情況

作為先進的復(fù)合材料零件噴漆前表面處理及去漆技術(shù)，用塑噴機噴射非金屬丸粒方法去除脫模劑及漆膜在國外的航空領(lǐng)域中已應(yīng)用多年，已是成熟技術(shù)。國外著名的航空企業(yè)如空客、波音、貝爾等公司均已采用先進的塑噴機噴射非金屬丸粒進行噴漆前表面處理，甚至應(yīng)用于整機外表面脫漆。

1.2國內(nèi)研究情況

用塑噴機噴射非金屬丸粒方法去除脫模劑或舊的漆層等噴漆前表面處理技術(shù)在國內(nèi)仍屬空白。對于復(fù)合材料零件依舊采取手工打磨的方式去除表面脫模劑及陳舊的漆膜，使噴漆前表面準(zhǔn)備質(zhì)量無法保證，導(dǎo)致噴漆質(zhì)量下降。

1.3我國與國際先進水平的差距

復(fù)合材料屬敏感材料，嚴(yán)禁采用化學(xué)法去除脫模劑和漆膜。目前，由于沒有先進的脫漆設(shè)備和手段，國內(nèi)飛機復(fù)合材料零、部件噴漆前去除脫模劑及不合格漆層的去除只能用砂紙或打磨機手工打磨方法清除脫模劑和不合格漆層，不僅效率低，且打磨不均勻、效果差，一不小心便會傷及基材，造成零部件報廢；另外，飛揚的塵屑造成環(huán)境污染，影響操作者的身體健康。全套工藝方法與國外先進技術(shù)有很大差距。

2.塑噴法復(fù)合材料零件噴漆前表面處理技術(shù)原理

塑噴法復(fù)合材料零件噴漆前表面處理技術(shù)的出現(xiàn)，跳出了傳統(tǒng)的復(fù)合材料表面脫模劑去除及涂層剝離的思路，采用全新的固體干剝落的脫漆方法，利用經(jīng)過研磨制造的有摩擦力的塑料介質(zhì)來進行的一種氣體力學(xué)的過程。這些塑料介質(zhì)硬度要求比漆層硬些，以便能有效去除漆層，但又要比基體材料硬度稍低，從而不傷害基體表面，達到只去除表面脫模劑及涂層不損傷基材的目的。

2.1基本原理

使用專用的塑噴機，在壓縮空氣的作用下，將特制的一定形狀的塑料類顆粒以一定的角度和壓力噴射到工件表面，依靠顆粒對工件的沖擊和剪切作用而使覆蓋層破碎剝離。

2.2設(shè)備組成

塑噴法復(fù)合材料零件噴漆前表面處理技術(shù)設(shè)備由噴砂房、介質(zhì)回收系統(tǒng)、介質(zhì)分選系統(tǒng)、噴砂系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)及電氣控制組成。

2.3噴射介質(zhì)

塑料噴射介質(zhì)按照MILP-85891規(guī)定分為以下幾類：

Ⅰ類——聚酯

Ⅱ類——尿素甲醛

Ⅲ類——三聚氰胺甲醛

Ⅳ類——苯酚甲醛

Ⅴ類——丙烯酸甲醛

Ⅵ類——聚乙烯（烯丙基二甘醇碳酸鹽）

Ⅶ類——丙烯酸糊

3.工藝試驗

3.1試驗方案

工藝試驗分為兩個部分，即噴射工藝參數(shù)試驗和理化性能試驗兩部分。噴射工藝參數(shù)試驗主要確定不同基材表面去除脫模劑和涂層的合理噴射工藝參數(shù)，包括噴射壓力、介質(zhì)流量、噴射時間等；理化性能試驗主要考核在確定的噴射工藝參數(shù)下對復(fù)合材料制件性能的影響。

3.2噴射工藝參數(shù)試驗

3.2.1試片類型

試片分別選用碳纖維、玻璃纖維預(yù)浸料制造試板。其中玻璃纖維層壓件、夾層件，碳纖維層壓件、夾層件各12件，試片規(guī)格500×500。

3.2.2噴射工藝參數(shù)試驗要求

（1）上述各類試片編號后進行無損檢測，其中層壓件進行超聲波檢測，夾層件進行C掃描。對于層壓板，無損檢測人員在超聲波衰減最小處作出標(biāo)記，以此為基準(zhǔn)其他區(qū)域不允許超聲衰減大于9dB，不允許存在φ6以上分層。對于夾層板，采用C掃描檢測記錄超聲衰減平均值，無損檢測人員應(yīng)在超聲波衰減最小處作出標(biāo)記，以此為基準(zhǔn)其他區(qū)域不允許超聲衰減大于12dB，不允許存在φ12以上脫粘。車間在后續(xù)的處理中應(yīng)保護標(biāo)記的超聲衰減最小處區(qū)域，作為超聲對比區(qū)域。

（2）無損檢測后的試片送理化試驗室進行掃描電鏡檢測。每片試片選取至少3～5處進行檢查，并記錄檢查區(qū)域相對位置或標(biāo)記檢查區(qū)域。

（3）無損及掃描電鏡檢測后的各類試片中各取3片進行手工打磨，其余9片試片分別用表2中噴射工藝參數(shù)的上、中、下限值進行噴射，去除試片表面脫模劑，并進行相關(guān)記錄。之后送無損檢測及掃描電鏡檢查，以確定相關(guān)處理方式對試片表面狀態(tài)及內(nèi)部的影響。掃描電鏡僅對之前檢測過的部位進行對比檢測。

（4）各類試片中剩余3片噴射清理并同其他試片一起按規(guī)定噴漆后全部進行干膠帶法結(jié)合力測試，并將經(jīng)無損檢測及掃描電鏡檢測的試片送理化試驗室進行干式劃格法結(jié)合力測試。每類試片中不同噴射參數(shù)處理的試片均應(yīng)包含底漆+面漆涂層，并視試片表面狀態(tài)使用膩子。

（5）手工打磨后噴漆的試片使用手工打磨脫漆，其余使用噴射法脫漆，記錄噴射參數(shù)并將已進行檢測的試片送無損檢測及掃描電鏡檢測。掃描電鏡僅對之前檢測過的部位進行對比檢測。

3.2.3噴射工藝參數(shù)

根據(jù)試片涂層性質(zhì)、基體材料設(shè)置相應(yīng)的噴射工藝參數(shù)，包括噴射壓力、噴嘴直徑、介質(zhì)流量、噴嘴距零件的距離、噴嘴與零件的表面夾角等，并根據(jù)漆層厚度、硬度、面積控制噴射時間。

3.2.4噴射工藝參數(shù)試驗結(jié)果

（1）噴射去除脫模劑及漆層效率高。

（2）目視檢查已噴射表面，去除脫模劑后對零件纖維無損傷，噴漆后漆層結(jié)合力和外觀均良好，并且去除漆層效果良好。

（3）試片經(jīng)C掃描檢測無分層現(xiàn)象。

（4）顯微鏡檢測復(fù)合材料表面無纖維損傷。

3.2.5噴射工藝參數(shù)試驗結(jié)論

所選擇的工藝參數(shù)合理，對復(fù)合材料零件噴漆前表面清理效率高、效果好、涂層結(jié)合力好，且此工藝參數(shù)對復(fù)合材料制件沒有不良影響。

3.3理化性能試驗

3.3.1理化性能試驗項目

理化性能試驗分別對玻璃纖維及碳纖維試片的原始狀態(tài)、手工打磨、噴射無漆、噴射去漆狀態(tài)進行了剪切強度；對碳纖維試片的原始狀態(tài)、手工打磨、噴射無漆、噴射去漆狀態(tài)進行了滾筒剝離強度試驗。

3.3.2理化性能試驗結(jié)論

經(jīng)對照噴射前后復(fù)合材料試片性能，各項測試指標(biāo)沒有明顯變化，塑噴法復(fù)合材料表面處理方法對復(fù)合材料性能沒有不良影響。

4.結(jié)論

通過噴射工藝試驗及理化性能試驗，證明塑噴法復(fù)合材料零件噴漆前表面處理技術(shù)在快速去除復(fù)合材料表面脫模劑、陳舊漆層時安全可靠、綠色環(huán)保，且對復(fù)合材料零件自身性能沒有不良影響.

5.塑噴法復(fù)合材料零件噴漆前表面處理技術(shù)應(yīng)用意義

利用塑噴法復(fù)合材料零件噴漆前表面處理技術(shù)技術(shù)，可以極大地提高復(fù)合材料零件噴漆前表面處理工作效率，改善操作環(huán)境，同時提高零件表面質(zhì)量，降低廢品率。采用此技術(shù)在清潔生產(chǎn)的基礎(chǔ)上可極大的提高勞動生產(chǎn)率，降低成本、降低能源消耗，提升產(chǎn)品質(zhì)量，使我國復(fù)合材料噴漆前表面準(zhǔn)備技術(shù)向國際先進技術(shù)靠攏，進一步增強國內(nèi)復(fù)合材料產(chǎn)品在國際市場上的競爭力。