塑喷法复合材料零件喷漆前表面处理技术研究

0.前言
　　在复合材料零件已从单件、小批量生产成功转型为产业化发展的背景下，目前国内对复合材料件喷漆前处理还停留在传统的手工打磨方式上，致使喷漆成为制约复合材料零件产业化生产的瓶颈。逐渐减少传统的手工操作，提高自动化、机械化喷涂前处理技术的应用比例，削弱喷漆环节的瓶颈效应，适应复合材料零件产业化需求，已成为提高复合材料涂装效率和防护效果的必要途径。
　　1.国内外研究情况
　　1.1国外研究情况
　　作为先进的复合材料零件喷漆前表面处理及去漆技术，用塑喷机喷射非金属丸粒方法去除脱模剂及漆膜在国外的航空领域中已应用多年，已是成熟技术。国外著名的航空企业如空客、波音、贝尔等公司均已采用先进的塑喷机喷射非金属丸粒进行喷漆前表面处理，甚至应用于整机外表面脱漆。
　　1.2国内研究情况
　　用塑喷机喷射非金属丸粒方法去除脱模剂或旧的漆层等喷漆前表面处理技术在国内仍属空白。对于复合材料零件依旧采取手工打磨的方式去除表面脱模剂及陈旧的漆膜，使喷漆前表面准备质量无法保证，导致喷漆质量下降。
　　1.3我国与国际先进水平的差距
　　复合材料属敏感材料，严禁采用化学法去除脱模剂和漆膜。目前，由于没有先进的脱漆设备和手段，国内飞机复合材料零、部件喷漆前去除脱模剂及不合格漆层的去除只能用砂纸或打磨机手工打磨方法清除脱模剂和不合格漆层，不仅效率低，且打磨不均匀、效果差，一不小心便会伤及基材，造成零部件报废；另外，飞扬的尘屑造成环境污染，影响操作者的身体健康。全套工艺方法与国外先进技术有很大差距。
　　2.塑喷法复合材料零件喷漆前表面处理技术原理
　　塑喷法复合材料零件喷漆前表面处理技术的出现，跳出了传统的复合材料表面脱模剂去除及涂层剥离的思路，采用全新的固体干剥落的脱漆方法，利用经过研磨制造的有摩擦力的塑料介质来进行的一种气体力学的过程。这些塑料介质硬度要求比漆层硬些，以便能有效去除漆层，但又要比基体材料硬度稍低，从而不伤害基体表面，达到只去除表面脱模剂及涂层不损伤基材的目的。
　　2.1基本原理
　　使用专用的塑喷机，在压缩空气的作用下，将特制的一定形状的塑料类颗粒以一定的角度和压力喷射到工件表面，依靠颗粒对工件的冲击和剪切作用而使覆盖层破碎剥离。
　　2.2设备组成
　　塑喷法复合材料零件喷漆前表面处理技术设备由喷砂房、介质回收系统、介质分选系统、喷砂系统、通风系统及电气控制组成。
　　2.3喷射介质
　　塑料喷射介质按照MILP-85891规定分为以下几类：
　　Ⅰ类——聚酯
　　Ⅱ类——尿素甲醛
　　Ⅲ类——三聚氰胺甲醛
　　Ⅳ类——苯酚甲醛
　　Ⅴ类——丙烯酸甲醛
　　Ⅵ类——聚乙烯（烯丙基二甘醇碳酸盐）
　　Ⅶ类——丙烯酸糊
　　3.工艺试验
　　3.1试验方案
　　工艺试验分为两个部分，即喷射工艺参数试验和理化性能试验两部分。喷射工艺参数试验主要确定不同基材表面去除脱模剂和涂层的合理喷射工艺参数，包括喷射压力、介质流量、喷射时间等；理化性能试验主要考核在确定的喷射工艺参数下对复合材料制件性能的影响。
　　3.2喷射工艺参数试验
　　3.2.1试片类型
　　试片分别选用碳纤维、玻璃纤维预浸料制造试板。其中玻璃纤维层压件、夹层件，碳纤维层压件、夹层件各12件，试片规格500×500。
　　3.2.2喷射工艺参数试验要求
　　（1）上述各类试片编号后进行无损检测，其中层压件进行超声波检测，夹层件进行C扫描。对于层压板，无损检测人员在超声波衰减最小处作出标记，以此为基准其他区域不允许超声衰减大于9dB，不允许存在φ6以上分层。对于夹层板，采用C扫描检测记录超声衰减平均值，无损检测人员应在超声波衰减最小处作出标记，以此为基准其他区域不允许超声衰减大于12dB，不允许存在φ12以上脱粘。车间在后续的处理中应保护标记的超声衰减最小处区域，作为超声对比区域。
　　（2）无损检测后的试片送理化试验室进行扫描电镜检测。每片试片选取至少3～5处进行检查，并记录检查区域相对位置或标记检查区域。
　　（3）无损及扫描电镜检测后的各类试片中各取3片进行手工打磨，其余9片试片分别用表2中喷射工艺参数的上、中、下限值进行喷射，去除试片表面脱模剂，并进行相关记录。之后送无损检测及扫描电镜检查，以确定相关处理方式对试片表面状态及内部的影响。扫描电镜仅对之前检测过的部位进行对比检测。
　　（4）各类试片中剩余3片喷射清理并同其他试片一起按规定喷漆后全部进行干胶带法结合力测试，并将经无损检测及扫描电镜检测的试片送理化试验室进行干式划格法结合力测试。每类试片中不同喷射参数处理的试片均应包含底漆+面漆涂层，并视试片表面状态使用腻子。
　　（5）手工打磨后喷漆的试片使用手工打磨脱漆，其余使用喷射法脱漆，记录喷射参数并将已进行检测的试片送无损检测及扫描电镜检测。扫描电镜仅对之前检测过的部位进行对比检测。
　　3.2.3喷射工艺参数
　　根据试片涂层性质、基体材料设置相应的喷射工艺参数，包括喷射压力、喷嘴直径、介质流量、喷嘴距零件的距离、喷嘴与零件的表面夹角等，并根据漆层厚度、硬度、面积控制喷射时间。
　　3.2.4喷射工艺参数试验结果
　　（1）喷射去除脱模剂及漆层效率高。
　　（2）目视检查已喷射表面，去除脱模剂后对零件纤维无损伤，喷漆后漆层结合力和外观均良好，并且去除漆层效果良好。
　　（3）试片经C扫描检测无分层现象。
　　（4）显微镜检测复合材料表面无纤维损伤。
　　3.2.5喷射工艺参数试验结论
　　所选择的工艺参数合理，对复合材料零件喷漆前表面清理效率高、效果好、涂层结合力好，且此工艺参数对复合材料制件没有不良影响。
　　3.3理化性能试验
　　3.3.1理化性能试验项目
　　理化性能试验分别对玻璃纤维及碳纤维试片的原始状态、手工打磨、喷射无漆、喷射去漆状态进行了剪切强度；对碳纤维试片的原始状态、手工打磨、喷射无漆、喷射去漆状态进行了滚筒剥离强度试验。
　　3.3.2理化性能试验结论
　　经对照喷射前后复合材料试片性能，各项测试指标没有明显变化，塑喷法复合材料表面处理方法对复合材料性能没有不良影响。
　　4.结论
　　通过喷射工艺试验及理化性能试验，证明塑喷法复合材料零件喷漆前表面处理技术在快速去除复合材料表面脱模剂、陈旧漆层时安全可靠、绿色环保，且对复合材料零件自身性能没有不良影响.
　　5.塑喷法复合材料零件喷漆前表面处理技术应用意义
　　利用塑喷法复合材料零件喷漆前表面处理技术技术，可以极大地提高复合材料零件喷漆前表面处理工作效率，改善操作环境，同时提高零件表面质量，降低废品率。采用此技术在清洁生产的基础上可极大的提高劳动生产率，降低成本、降低能源消耗，提升产品质量，使我国复合材料喷漆前表面准备技术向国际先进技术靠拢，进一步增强国内复合材料产品在国际市场上的竞争力。