等离子清洗处理胶转移污染的工艺研究

于 海，沙春鹏，靳 军，卢 野

(1.中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司，辽宁沈阳 110850;2.北京嘉润通力科技有限公司，北京 100083)

引 言

橡胶是一种高聚物复合材料，具有高弹性、低阻抗等力学性能，在汽车、船舶、电子、建筑及机械工业等行业中常用作冲击吸能和抗震材料，具有重要的经济价值［1］。橡胶硫化的目的在于防止混炼胶因受热或变形引起的流动［2］。

航空制造业蒙皮口盖采用铝合金制造，口盖压合部位则采用丁腈橡胶硫化工艺制造胶圈，以增强其密封性能，橡胶硫化后在其余表面涂聚氨酯油箱底漆，以提高其抗腐蚀、耐油等性能。但橡胶硫化过程中常常会溢出多余的胶料，污染待涂装表面，降低涂装后涂层的附着力，常规清洗方式难以清除，造成涂层涂覆后极易脱落影响正常使用。

随着航空工业的发展，精细化生产意识逐渐提高，本文在航空器蒙皮口盖制造中开展等离子清洗技术研究工作以代替普通的溶剂清洗工艺，从而保证产品的涂层附着力，间接提高产品使用寿命及外观质量，同时可减少或避免溶剂挥发对人体的伤害。

1 等离子清洗技术的应用及特点

1.1 等离子清洗技术的原理及应用

等离子清洗技术是一种高精密清洗技术，其清洗原理是先产生真空，在真空状态下，由于压力的减小，增加了分子间间距，使得分子间力逐渐变小，再利用射频源产生的高压交变电场将工艺气体震荡，使其成为具有一定反应活性或高能量的离子，通过这些离子与工件表面的有机污染物或微颗粒污染物反应或碰撞形成了挥发性物质，然后由工作气体及真空泵将这些挥发性物质清除出去，从而达到表面清洁活化的目的［3］。与溶剂清洗不同，等离子清洗的机理是依靠处于“等离子态”的物质的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的。从清洗效果来说，等离子体清洗是所有清洗工艺中最为彻底的剥离式的清洗。

等离子清洗的应用开始于二十世纪初的电子发展，并逐渐扩展，目前已在众多高科技领域中居于关键技术的地位。例如光学产业、航天与机械工业、高分子技术、污染防治和测量技术领域［4］。近年来，在电子元器件、LED封装、IC封装、多层陶瓷外壳、ABS塑料及微波管制造等领域中也得到广泛使用，但未见采用等离子清洗处理胶转移的应用及相关报道。

1.2 等离子清洗技术的特点

等离子清洗与溶剂清洗的主要区别［5］见表1。

表1 等离子清洗与溶剂清洗的区别

2 等离子清洗效果实验

2.1 实验设备

图1 为等离子清洗设备结构示意图，图2为等离子清洗设备实物图。

图1 等离子清洗设备结构示意图

图2 等离子清洗设备实物照片

2.2 等离子清洗工艺

2.2.1 工艺流程介绍

航空器蒙皮口盖工艺流程见图3。

图3 口盖制件加工流程图

等离子体清洗流程见图4。

图4 等离子清洗流程图

2.2.2 设备参数对清洗效率的影响

1)电极对清洗效率影响。电极越大，电极间距越小，清洗效率越高。

2)压强对清洗效率的影响。工作压强是等离子清洗的重要参数之一，压强越大，等离子体密度越高，清洗速率越快。

3)工作气体对等离子清洗效率的影响。工件的基材及污染物具有多样性，有针对性的选择等离子工作气体十分重要。选择不同气体或混合气体，对清洗速度可相差几倍或几十倍［6］。

2.3 实验研究内容

1)研究等离子清洗硫化橡胶工艺后胶转移污染处理的工艺参数。

2)通过采用等离子清洗与常规清洗、打磨方式处理硫化橡胶胶转移污染的清洗效果对比，验证等离子清洗对胶转移污染的清洗效果。

3)分析研究等离子清洗对制件表面硫酸阳极氧化膜层的耐蚀性影响。

2.4 技术要求

实验主要解决硫化橡胶的胶转移污染，提高聚氨酯防腐底漆的附着力，故主要指标为等离子清洗效果，采用接触角测量仪测量，以涂层的最终附着力作为考核指标。同时，考虑到表面阳极氧化膜层具有一定的耐腐蚀性要求，提出适用于解决该技术难点的清洗指标要求(见表2)。

表2 等离子清洗技术要求

3 实验结果与讨论

3.1 等离子清洗工艺参数确定

实验采用射频等离子清洗机，预设定参数:工作压力0.4MPa，射频频率 13.56MHz，设定等离子体及清洗时间，对硫化丁腈橡胶后的口盖进行清洗，在不同工艺条件下分别清洗5个试样，利用接触角测量仪测试清洗效果，结果见表3。

表3 等离子清洗工艺参数及测试数据

由表3可以看出，H2与Ar的混合气体，清洗10min的零件接触角测试结果平均值为14.62，优于其他清洗方案，清洗效果最佳，接近未污染的阳极氧化膜层(接触角为12.98)的表面。

3.2 等离子清洗与溶剂清洗对比

分别采用等离子清洗与溶剂清洗对丁腈橡胶硫化后的口盖试件的待涂漆部位进行清洗。等离子清洗用H2与Ar的混合气体，设定工艺参数，工作压力 0.4MPa，射频功率 13.56MHz，清洗 t为10min;溶剂清洗采用脱脂棉蘸丙酮擦拭表面，清洗后用聚氨酯油箱防腐底漆对两种试件同时进行涂装，待涂层干燥后按GB/T9286进行附着力测试，测试结果见图5。

图5 附着力测试结果

从图5中可以看出，等离子清洗后涂漆的附着力为0级，普通溶剂清洗后涂层脱落严重。采用等离子清洗后再涂漆的附着力优于普通溶剂清洗。

3.3 等离子清洗对阳极氧化膜层耐蚀性影响

按3.2设定的等离子清洗工艺参数对阳极氧化后的裸铝试片进行清洗，清洗后按GB/T10125进行盐雾试验，336h后取出，检查表面。试验结果表明，阳极氧化的试片经等离子清洗后耐蚀性无明显变化，符合标准要求。

4 结论

通过实验研究，表明等离子清洗可有效去除硫化橡胶过程造成的胶转移污染，改善涂装前表面质量;采用等离子清洗，涂装质量有明显提高，加工的口盖制件达到了其使用要求;等离子清洗后，制件表面阳极氧化膜层耐蚀性符合标准要求。

［1］张伟，宋长江，张海波.硫化橡胶材料动力学性能试验研究［J］.兵器材料科学与工程，2010，33(6):17-18.

［2］于占昌.橡胶硫化与资源再生［J］.世界橡胶工业，2005，32(8):21-25.

［3］王大伟，贾娟芳，苗岱.等离子清洗在LED封装工艺中的应用［J］.科技资讯，2009，(31):56-58.

［4］张塍.等离子清洗的应用与技术研究［J］.电子工业专用设备，2006，35(6):21-27.

［5］孙祖琴.等离子清洗在电子元器件中的应用［J］.机电元件，2010，30(1):13-15.

［6］柳国光，苗俊芳，胡文平.射频等离子清洗系统设计［J］.电子工业专用设备，2012，41(7):29-31.