等离子清洗机工艺技术在航空制造领域的应用
等离子清洗技术起源于20 世纪初，推动了半导体和光电工业的迅速开展，现已广泛运用于精细机械、轿车制造、航空航天以及污染防治等许多高科技领域。等离子体清洗技术的关键是低温等离子体的运用，它首要依赖于高温、高频、高能等外界条件发生，是一种电中性、高能量、全部或部分离子化的气态物质。低温等离子体的能量约为几十电子伏特，其间所包含的离子、电子、自由基等活性粒子以及紫外线等辐射线很简略与固体表面的污染物分子发生反应而使其脱离，然后可起到清洗的作用。一同由于低温等离子体的能量远低于高能射线，因此此技术只触及材料表面，对材料基体功用不发生影响。
等离子清洗是一种干式工艺，由于选用电能催化反应，可以提供一个低温环境，一同排除了湿式化学清洗所发生的危险和废液，安全、可靠、环保。简而言之，等离子体清洗技术结合了等离子体物理、等离子体化学和气固两相界面反应，可以有用铲除残留在材料表面的有机污染物，并保证材料的表面及本体特性不受影响，现在被考虑为传统湿法清洗的首要代替技术。
更重要的是，等离子清洗技术不分处理目标的基材类型，对半导体、金属和大多数高分子材料均有很好的处理作用，而且可以完结全体、部分以及杂乱结构的清洗。此工艺简略完结自动化与数字化流程，可装配高精度的控制设备，精准控制时间，具有记忆功用等。正是由于等离子体清洗工艺具有操作简略、精细可控等显着优势，现在已在电子电气、材料表面改性与活化等多个行业广泛运用。一同可以预见，这种优胜的技术也将被复合材料领域所认可并广泛选用。
等离子体清洗技术概述
1.1 机理剖析
等离子体首要是通过气体放电发生，其间包含电子、离子、自由基以及紫外线等高能量物质，具有活化材料表面的作用。例如，电子质量小、移动速度快，可以先一步抵达材料表面并使其带有负电荷，一同对材料表面发生碰击作用，可促进表面吸附的气体分子解吸或分解，也有利于引发化学反应；材料表面带有负电荷时，带正电荷的离子会加速向其冲击，所发生的溅射作用会将表面附着的颗粒性物质除去；等离子体中自由基的存在对清洗作用具有非常重要的意义，由于自由基易与物体表面发生化学连锁反应，发生新的自由基或进一步分解，zui终或许会分解成挥发性的小分子；而紫外线具有很强的光能和穿透才能，可透过材料表面深达数微米而发生作用，使表面附着物质的分子键开裂分解。
等离子体清洗技术在航空制造领域的四大优势！
图1 简略描绘了等离子清洗的作用原理。首要是通过等离子体作用于材料表面使其发生一系列的物理、化学变化，运用其间所包含的活性粒子和高能射线，与表面有机污染物分子发生反应、碰撞构成小分子挥发性物质，从表面移除，完结清洁作用。可见，等离子体清洗技术具有工艺简略、高效节能、安全环保等显着利益。
1.2 清洗类型
根据反应类型不同，等离子清洗技术可分为两类：等离子体物理清洗，即凭仗活性粒子和高能射线炮击而使污染物脱离；等离子体化学清洗，即通过活性粒子与杂质分子反应而使污染物挥发脱离。
（1）激起频率对等离子体的清洗类型具有必定影响。例如，超声等离子体（激起频率，40kHz）发生的反应多为物理反应；微波等离子体（激起频率，2.45GHz）发生的反应多为化学反应；而射频等离子体（激起频率，13.56MHz）则触及到物理、化学双重反应类型。
（2）作业气体种类对等离子清洗类型也具有必定影响。例如，慵懒气体Ar2、N2 等被激起发生的等离子体首要用于物理清洗，凭仗炮击作用使材料表面清洁；而反应性气体O2、H2 等被激起发生的等离子体则首要用于化学清洗，凭仗生动自由基与污染物（多为碳氢化合物）发生化学反应，发生一氧化碳、二氧化碳、水等小分子，从材料表面移除。
（3）等离子清洗类型对清洗作用具有必定的影响。等离子物理清洗可使材料表面的粗糙度增加，有助于前进材料表面的附着力；等离子体化学清洗可以显着增加材料表面的含氧、含氮以及其他类型的活性基团，有助于改善材料的表面润泽性。
1.3 作用与特征
与传统的溶剂清洗不同，等离子体是依托其间所包含高能物质的“活化作用”抵达清洗材料表面的意图，清洗作用彻底，是一种剥离式清洗。其清洗优势首要体现在以下几个方面：
（1）清洗后的材料表面根本没有残留物，而且可以通过选择、搭配不同的等离子体清洗类型，发生不同的清洗作用，满意后续处理工艺对材料表面特性的多种需求；
（2）由于等离子体的方向性不强，因此便当清洗带有洼陷、空泛、褶皱等杂乱结构的物件，适用性较强；
（3）可处理多种基材，对待清洗物件的要求较低，因此特别合适清洗不耐热和溶剂的基体材料；
（4）清洗往后无需单调或其他工序，无废液发生，一同其作业气体排放无毒害，安全环保；
（5）操作简练、易控、快捷，对真空度要求不高或可直接选用大气压等离子体清洗工艺，一同此工艺避免了许多溶剂的运用，因此本钱较低。
等离子体清洗设备及工艺
2.1 首要设备
等离子清洗技术在航空制造领域的四大优势！
用于等离子清洗的典型设备为低压等离子体清洗机，如图2 所示。由于等离子体的发生需求在低压条件下进行，需求真空设备和密闭系统，设备本钱较高，且操作空间和待清洗物件尺寸简略受到限制，不便于大规模工业运用。因此近年来常压等离子体及其清洗技术的开展受到了广泛重视。图3 所示为常压射流等离子体喷枪，是一种电容耦合射频放电设备，其等离子特性与辉光放电相似，用于清洗材料表面时可以根据被清洗污染物的特征选择作业气体。
等离子清洗技术在航空制造领域的四大优势！
还有一种常压空气介质阻遏放电等离子清洗设备，可以在常压条件下对连续纤维、织物及其他大型片材发生出色的表面清洗作用，如图4 所示。介质阻遏放电（DBD）可发生微观均匀、安稳的等离子体，放电强度相对较大，处理功率高。
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2.2 工艺参数
在等离子清洗工艺傍边，影响清洗功率的参数首要有以下几个方面：
（1）放电气压：关于低压等离子体，放电气压增加，等离子体密度越高，电子温度随之下降。而等离子体的清洗作用取决于其密度和电子温度两个方面，如密度越高清洗速率越快、电子温度越高清洗作用越好。因此，放电气压的选择对低压等离子清洗工艺至关重要。
（2）气体种类：待处理物件的基材及其表面污染物具有多样性，而不同气体放电所发生的等离子体清洗速度和清洗作用又相差甚远。因此应该有针对性地选择等离子体的作业气体，如可选用氧气等离子体去除物体表面的的油脂尘垢，选用氢氩混合气体等离子体去除氧化层。
（3）放电功率：放电功率增大，可以增加等离子体的密度和活性粒子能量，因此前进清洗作用。例如，氧气等离子体的密度受放电功率的影响较大。
（4）显露时间：待清洗材料在等离子中的显露时间对其表面清洗作用及等离子体作业功率有很大影响。显露时间越长清洗作用相对越好，但作业功率下降。而且，过长时间的清洗或许会对材料表面发生危害。
（5）传动速度：关于常压等离子清洗工艺，处理大物件时会触及连续传动问题。因此待清洗物件与电极的相对移动速度越慢，处理作用越好，但速度过慢一方面影响作业功率，另一方面也或许构成处理时间过长发生材料表面危害。
（6）其他：等离子清洗工艺中的气体分配、气体流量、电极设置等参数也会影响清洗作用。因此需求根据实际情况和清洗要求设定具体的、合适的工艺参数。
在复合材料领域中的运用剖析
自等离子清洗技术面世以来，其运用便跟着电子等工业的快速开展而逐渐增多。现在，等离子清洗已广泛运用于半导体与光电工业，并在轿车、航空航天、医学、装修等多个技术领域得到推广运用。近年来，等离子体清洗技术在聚合物表面活化、电子元器件制造、塑料胶接处理、前进生物相容性、避免生物污染、微波管制造、精细机械零件清洗等方面运用较多。下面偏重讨论复合材料领域中等离子清洗工艺的运用远景。
3.1 前进复合材料界面粘结功用
碳纤、芳纶等连续纤维具有质轻高强、热安稳性好、抗疲劳功用优异等显着特征，用于增强热固性、热塑性树脂基复合材料所得制成品已被广泛运用于飞行器、武器装备、轿车、体育、电器等多个领域。但是商业化的纤维材料表面通常会存在一层有机涂层，在复合材料制备
进程中将会成为弱界面层而严重影响到树脂与纤维之间的界面粘结作用。因此，在制备复合材料之前，需求凭仗必定的处理手段将其去除。
选用等离子清洗技术，可以有用避免化学溶剂对材料本体功用的危害，在清洗材料表面的一同可以引入多种活性官能团，并增大表面粗糙程度，改善纤维表面自由能，有用前进树脂与纤维两相界面之间的粘结作用，前进复合材料的综合功用。图5 所示为芳纶纤维经溶剂清洗和等离子体清洗之后增强热塑性聚芳醚砜酮树脂的层间剪切强度比照，标明在各自较佳条件下等离子体清洗对复合材料界面功用的前进作用更为显着。
3.2 前进复合材料制造工艺功用
复合材料液体模塑成型技术（LCM）首要有树脂传递模塑（RTM）、真空辅佐树脂传递模塑（VARTM）、真空辅佐树脂打针（VARI）和树脂膜浸透（RFI）等成型工艺。这类工艺的一同特征是将纤维预成型体放入模具腔体内，再在压力作用下注入液态树脂并使其充沛浸渍纤维，再经固化、脱模等工序得到所需制品，具有低投入、高功率、高品质等利益。但是需求解决的问题是，LCM技术多存在树脂对纤维浸渍不抱负，制品存在内部空隙和表面干斑等现象。由此可见，树脂对纤维表面的润泽功用会直接影响LCM 成型工艺进程及其产品功用。因此，可以考虑通过选用等离子体清洗技术改善纤维表面的物理和化学功用，前进预成型体中纤维的表面自由能，使树脂在平等工艺条件下（压力场、温度场等）可以更加充沛地浸渍纤维表面，前进浸渍均匀性，改善复合材料液体成型的工艺功用。
等离子体清洗技术在航空制造领域的四大优势！
3.3 前进复合材料表面涂装功用
复合材料的成型进程需选用脱模剂，以保证其固化成型后可以有用地与模具分离，但是脱模剂的运用不行避免地会使复合材料贴膜面残留剩余的脱模剂，构成待涂装表面的污染现象，发生弱界面层，使涂装后的涂层极易掉落。传统的清洗方法为选用丙酮等有机溶剂对表面进行擦拭或许选用打磨后清洗的方法，以除去残留在复合材料制件表面的脱模剂。但是，选用上述两种方法，不仅引入了有机溶剂的运用，而且由于打磨进程会构成许多粉尘污染，对环境构成严重影响而且危害操作人员的人身安全。而通过绿色环保的等离子体技术清洗后，复合材料待涂装面获得较佳可涂装状况，涂装可靠性前进，可以有用避免涂层掉落和缺陷等问题，涂装后表面平坦、连续、无流痕及气孔等缺陷，涂层附着力较惯例清洗有显着前进，通过GB/T 9286 试验结果分级1 级，满意工程运用标准。
3.4 前进复合材料多个制件间胶接功用
关于某些运用场合，需求将若干复合材料制件通过胶接进程连接成全体，在此进程中，假如复合材料表面存在污染，较为光滑或呈化学慵懒，则不易通过涂胶的方法完结复合材料制件间的胶接工序。传统的方法是选用物理打磨方法使复合材料制件的胶接面粗糙度增加，然后前进复合材料制件间的胶接功用。但此方法在发生粉尘污染环境的一同，不易抵达均匀增加制件表面粗糙度的意图，易导致复合材料制件表面发生变形、损坏然后影响制件胶接面的功用。因此可以考虑选用简略易控的等离子体技术，有用、精准地清洁复合材料制件表面污染物，并一同改善其表面物理化学功用，毕竟获得出色的胶接功用。
结束语
等离子清洗技术在复合材料领域中的运用，不论是用于改善复合材料的界面功用，前进液体成型工艺中树脂对纤维表面的潮湿功用，仍是用于铲除制件表面污染层以前进涂装功用，或是改善多个制件之间的胶接功用，其可靠性大多是依赖于低温等离子体对材料表面物理以及化学功用的改善作用，去除弱界面层，或是增加粗糙度、前进化学活性，然后增强两个表面之间的润泽与粘结功用。
跟着低温等离子体技术的日益成熟，以及清洗设备尤其是常压条件下在线连续等离子体设备的开发，清洗本钱不断下降，清洗功率可进一步前进；等离子清洗技术本身具有便于处理各种材料、绿色环保等利益。因此，在精细化生产认识逐渐前进的一同，先进的清洗技术在复合材料领域中的运用必然会更加广泛。
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