等離子清洗處理膠轉(zhuǎn)移污染的工藝研究

于 海，沙春鵬，靳 軍，盧 野

(1.中航工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司，遼寧沈陽 110850;2.北京嘉潤(rùn)通力科技有限公司，北京 100083)

引 言

橡膠是一種高聚物復(fù)合材料，具有高彈性、低阻抗等力學(xué)性能，在汽車、船舶、電子、建筑及機(jī)械工業(yè)等行業(yè)中常用作沖擊吸能和抗震材料，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值［1］。橡膠硫化的目的在于防止混煉膠因受熱或變形引起的流動(dòng)［2］。

航空制造業(yè)蒙皮口蓋采用鋁合金制造，口蓋壓合部位則采用丁腈橡膠硫化工藝制造膠圈，以增強(qiáng)其密封性能，橡膠硫化后在其余表面涂聚氨酯油箱底漆，以提高其抗腐蝕、耐油等性能。但橡膠硫化過程中常常會(huì)溢出多余的膠料，污染待涂裝表面，降低涂裝后涂層的附著力，常規(guī)清洗方式難以清除，造成涂層涂覆后極易脫落影響正常使用。

隨著航空工業(yè)的發(fā)展，精細(xì)化生產(chǎn)意識(shí)逐漸提高，本文在航空器蒙皮口蓋制造中開展等離子清洗技術(shù)研究工作以代替普通的溶劑清洗工藝，從而保證產(chǎn)品的涂層附著力，間接提高產(chǎn)品使用壽命及外觀質(zhì)量，同時(shí)可減少或避免溶劑揮發(fā)對(duì)人體的傷害。

1 等離子清洗技術(shù)的應(yīng)用及特點(diǎn)

1.1 等離子清洗技術(shù)的原理及應(yīng)用

等離子清洗技術(shù)是一種高精密清洗技術(shù)，其清洗原理是先產(chǎn)生真空，在真空狀態(tài)下，由于壓力的減小，增加了分子間間距，使得分子間力逐漸變小，再利用射頻源產(chǎn)生的高壓交變電場(chǎng)將工藝氣體震蕩，使其成為具有一定反應(yīng)活性或高能量的離子，通過這些離子與工件表面的有機(jī)污染物或微顆粒污染物反應(yīng)或碰撞形成了揮發(fā)性物質(zhì)，然后由工作氣體及真空泵將這些揮發(fā)性物質(zhì)清除出去，從而達(dá)到表面清潔活化的目的［3］。與溶劑清洗不同，等離子清洗的機(jī)理是依靠處于“等離子態(tài)”的物質(zhì)的“活化作用”達(dá)到去除物體表面污漬的目的。從清洗效果來說，等離子體清洗是所有清洗工藝中最為徹底的剝離式的清洗。

等離子清洗的應(yīng)用開始于二十世紀(jì)初的電子發(fā)展，并逐漸擴(kuò)展，目前已在眾多高科技領(lǐng)域中居于關(guān)鍵技術(shù)的地位。例如光學(xué)產(chǎn)業(yè)、航天與機(jī)械工業(yè)、高分子技術(shù)、污染防治和測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域［4］。近年來，在電子元器件、LED封裝、IC封裝、多層陶瓷外殼、ABS塑料及微波管制造等領(lǐng)域中也得到廣泛使用，但未見采用等離子清洗處理膠轉(zhuǎn)移的應(yīng)用及相關(guān)報(bào)道。

1.2 等離子清洗技術(shù)的特點(diǎn)

等離子清洗與溶劑清洗的主要區(qū)別［5］見表1。

表1 等離子清洗與溶劑清洗的區(qū)別

2 等離子清洗效果實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

圖1 為等離子清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為等離子清洗設(shè)備實(shí)物圖。

圖1 等離子清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 等離子清洗設(shè)備實(shí)物照片

2.2 等離子清洗工藝

2.2.1 工藝流程介紹

航空器蒙皮口蓋工藝流程見圖3。

圖3 口蓋制件加工流程圖

等離子體清洗流程見圖4。

圖4 等離子清洗流程圖

2.2.2 設(shè)備參數(shù)對(duì)清洗效率的影響

1)電極對(duì)清洗效率影響。電極越大，電極間距越小，清洗效率越高。

2)壓強(qiáng)對(duì)清洗效率的影響。工作壓強(qiáng)是等離子清洗的重要參數(shù)之一，壓強(qiáng)越大，等離子體密度越高，清洗速率越快。

3)工作氣體對(duì)等離子清洗效率的影響。工件的基材及污染物具有多樣性，有針對(duì)性的選擇等離子工作氣體十分重要。選擇不同氣體或混合氣體，對(duì)清洗速度可相差幾倍或幾十倍［6］。

2.3 實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容

1)研究等離子清洗硫化橡膠工藝后膠轉(zhuǎn)移污染處理的工藝參數(shù)。

2)通過采用等離子清洗與常規(guī)清洗、打磨方式處理硫化橡膠膠轉(zhuǎn)移污染的清洗效果對(duì)比，驗(yàn)證等離子清洗對(duì)膠轉(zhuǎn)移污染的清洗效果。

3)分析研究等離子清洗對(duì)制件表面硫酸陽極氧化膜層的耐蝕性影響。

2.4 技術(shù)要求

實(shí)驗(yàn)主要解決硫化橡膠的膠轉(zhuǎn)移污染，提高聚氨酯防腐底漆的附著力，故主要指標(biāo)為等離子清洗效果，采用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量，以涂層的最終附著力作為考核指標(biāo)。同時(shí)，考慮到表面陽極氧化膜層具有一定的耐腐蝕性要求，提出適用于解決該技術(shù)難點(diǎn)的清洗指標(biāo)要求(見表2)。

表2 等離子清洗技術(shù)要求

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 等離子清洗工藝參數(shù)確定

實(shí)驗(yàn)采用射頻等離子清洗機(jī)，預(yù)設(shè)定參數(shù):工作壓力0.4MPa，射頻頻率 13.56MHz，設(shè)定等離子體及清洗時(shí)間，對(duì)硫化丁腈橡膠后的口蓋進(jìn)行清洗，在不同工藝條件下分別清洗5個(gè)試樣，利用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試清洗效果，結(jié)果見表3。

表3 等離子清洗工藝參數(shù)及測(cè)試數(shù)據(jù)

由表3可以看出，H2與Ar的混合氣體，清洗10min的零件接觸角測(cè)試結(jié)果平均值為14.62，優(yōu)于其他清洗方案，清洗效果最佳，接近未污染的陽極氧化膜層(接觸角為12.98)的表面。

3.2 等離子清洗與溶劑清洗對(duì)比

分別采用等離子清洗與溶劑清洗對(duì)丁腈橡膠硫化后的口蓋試件的待涂漆部位進(jìn)行清洗。等離子清洗用H2與Ar的混合氣體，設(shè)定工藝參數(shù)，工作壓力 0.4MPa，射頻功率 13.56MHz，清洗 t為10min;溶劑清洗采用脫脂棉蘸丙酮擦拭表面，清洗后用聚氨酯油箱防腐底漆對(duì)兩種試件同時(shí)進(jìn)行涂裝，待涂層干燥后按GB/T9286進(jìn)行附著力測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖5。

圖5 附著力測(cè)試結(jié)果

從圖5中可以看出，等離子清洗后涂漆的附著力為0級(jí)，普通溶劑清洗后涂層脫落嚴(yán)重。采用等離子清洗后再涂漆的附著力優(yōu)于普通溶劑清洗。

3.3 等離子清洗對(duì)陽極氧化膜層耐蝕性影響

按3.2設(shè)定的等離子清洗工藝參數(shù)對(duì)陽極氧化后的裸鋁試片進(jìn)行清洗，清洗后按GB/T10125進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，336h后取出，檢查表面。試驗(yàn)結(jié)果表明，陽極氧化的試片經(jīng)等離子清洗后耐蝕性無明顯變化，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)研究，表明等離子清洗可有效去除硫化橡膠過程造成的膠轉(zhuǎn)移污染，改善涂裝前表面質(zhì)量;采用等離子清洗，涂裝質(zhì)量有明顯提高，加工的口蓋制件達(dá)到了其使用要求;等離子清洗后，制件表面陽極氧化膜層耐蝕性符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

［1］張偉，宋長(zhǎng)江，張海波.硫化橡膠材料動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)研究［J］.兵器材料科學(xué)與工程，2010，33(6):17-18.

［2］于占昌.橡膠硫化與資源再生［J］.世界橡膠工業(yè)，2005，32(8):21-25.

［3］王大偉，賈娟芳，苗岱.等離子清洗在LED封裝工藝中的應(yīng)用［J］.科技資訊，2009，(31):56-58.

［4］張塍.等離子清洗的應(yīng)用與技術(shù)研究［J］.電子工業(yè)專用設(shè)備，2006，35(6):21-27.

［5］孫祖琴.等離子清洗在電子元器件中的應(yīng)用［J］.機(jī)電元件，2010，30(1):13-15.

［6］柳國(guó)光，苗俊芳，胡文平.射頻等離子清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電子工業(yè)專用設(shè)備，2012，41(7):29-31.