于 海，沙春鵬，靳 軍，盧 野

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

引 言

橡膠是一種高聚物復合材料，具有高彈性、低阻抗等力學性能，在汽車、船舶、電子、建筑及機械工業(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)濟價值［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［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，精細化生產(chǎn)意識逐漸提高，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，同時可減少或避免溶劑揮發(fā)對人體的傷害。

1 等離子清洗技術的應用及特點

1.1 等離子清洗技術的原理及應用

等離子清洗技術是一種高精密清洗技術，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)生的高壓交變電場將工藝氣體震蕩，使其成為具有一定反應活性或高能量的離子，通過這些離子與工件表面的有機污染物或微顆粒污染物反應或碰撞形成了揮發(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，等離子清洗的機理是依靠處于“等離子態(tài)”的物質(zhì)的“活化作用”達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。

等離子清洗的應用開始于二十世紀初的電子發(fā)展，并逐漸擴展，目前已在眾多高科技領域中居于關鍵技術的地位。例如光學產(chǎn)業(yè)、航天與機械工業(yè)、高分子技術、污染防治和測量技術領域［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域中也得到廣泛使用，但未見采用等離子清洗處理膠轉移的應用及相關報道。

1.2 等離子清洗技術的特點

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 等離子清洗效果實驗

2.1 實驗設備

圖1 為等離子清洗設備結構示意圖，圖2為等離子清洗設備實物圖。

圖1 等離子清洗設備結構示意圖

圖2 等離子清洗設備實物照片

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 設備參數(shù)對清洗效率的影響

1)電極對清洗效率影響。電極越大，電極間距越小，清洗效率越高。

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

3)工作氣體對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，對清洗速度可相差幾倍或幾十倍［6］。

2.3 實驗研究內(nèi)容

1)研究等離子清洗硫化橡膠工藝后膠轉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移污染的清洗效果對比，驗證等離子清洗對膠轉移污染的清洗效果。

3)分析研究等離子清洗對制件表面硫酸陽極氧化膜層的耐蝕性影響。

2.4 技術要求

實驗主要解決硫化橡膠的膠轉移污染，提高聚氨酯防腐底漆的附著力，故主要指標為等離子清洗效果，采用接觸角測量儀測量，以涂層的最終附著力作為考核指標。同時，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難點的清洗指標要求(見表2)。

表2 等離子清洗技術要求

3 實驗結果與討論

3.1 等離子清洗工藝參數(shù)確定

實驗采用射頻等離子清洗機，預設定參數(shù):工作壓力0.4MPa，射頻頻率 13.56MHz，設定等離子體及清洗時間，對硫化丁腈橡膠后的口蓋進行清洗，在不同工藝條件下分別清洗5個試樣，利用接觸角測量儀測試清洗效果，結果見表3。

表3 等離子清洗工藝參數(shù)及測試數(shù)據(jù)

由表3可以看出，H2與Ar的混合氣體，清洗10min的零件接觸角測試結果平均值為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比

分別采用等離子清洗與溶劑清洗對丁腈橡膠硫化后的口蓋試件的待涂漆部位進行清洗。等離子清洗用H2與Ar的混合氣體，設定工藝參數(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兩種試件同時進行涂裝，待涂層干燥后按GB/T9286進行附著力測試，測試結果見圖5。

圖5 附著力測試結果

從圖5中可以看出，等離子清洗后涂漆的附著力為0級，普通溶劑清洗后涂層脫落嚴重。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 等離子清洗對陽極氧化膜層耐蝕性影響

按3.2設定的等離子清洗工藝參數(shù)對陽極氧化后的裸鋁試片進行清洗，清洗后按GB/T10125進行鹽霧試驗，336h后取出，檢查表面。試驗結果表明，陽極氧化的試片經(jīng)等離子清洗后耐蝕性無明顯變化，符合標準要求。

4 結論

通過實驗研究，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準要求。

［1］張偉，宋長江，張海波.硫化橡膠材料動力學性能試驗研究［J］.兵器材料科學與工程，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封裝工藝中的應用［J］.科技資訊，2009，(31):56-58.

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

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

［6］柳國光，苗俊芳，胡文平.射頻等離子清洗系統(tǒng)設計［J］.電子工業(yè)專用設備，2012，41(7):29-31.