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    技術交流

    等離子粘接進入膠層與被粘物的滲透作用

    發布時間:2021-7-30 8:48:54 | 信息來源:
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    等離子粘接影響設備強度的物理因素

    1.
    表面粗糙度:

       
    當膠粘劑良好地浸潤被粘材料表面時(接觸角θ<90°),表面的粗糙化有利于提高膠粘劑液體對表面的浸潤程度,增加膠粘劑與被粘材料的接觸點密度,從而有利于提高粘接強度。反之,當膠粘劑對被粘材料浸潤不良時(θ>90°),表面的粗糙化就不利于粘接強度的提高。

    2.
    表面處理:

       
    粘接前的表面處理是粘接成功的關鍵,其目的是能獲得牢固耐久的接頭。由于被粘材料存在氧化層(如銹蝕)、鍍鉻層、磷化層、脫模劑等形成的“弱邊界層”,被粘物的表面處理將影響粘接強度。例如,聚乙烯表面可用熱鉻酸氧化處理而改善粘接強度,加熱到70-80時處理1-5分鐘,就會得到良好的可粘接表面,這種方法適用于聚乙烯板、厚壁管等。而聚乙烯薄膜用鉻酸處理時,只能在常溫下進行。如在上述溫度下進行,則薄膜的表面處理,采用等離子或微火焰處理。

    對天然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠和氯丁橡膠表面用濃硫酸處理時,希望橡膠表面輕度氧化,故在涂酸后較短的時間,就要將硫酸徹底洗掉。過度的氧化反而在橡膠表面留下更多的脆弱結構,不利于粘接。

       
    對硫化橡膠表面局部粘接時,表面處理除去脫膜劑,不宜采用大量溶劑洗滌,以免不脫膜劑擴散到處理面上妨礙粘接。

    鋁及鋁合金的表面處理,希望鋁表面生成氧化鋁結晶,而自然氧化的鋁表面是十分不規則的、相當疏松的氧化鋁層,不利于粘接。所以,需要除去自然氧化鋁層。但過度的氧化會在粘接接頭中留下薄弱層。

    3.
    滲透:

       
    已粘接的接頭,受環境氣氛的作用,常常被滲進一些其他低分子。例如,接頭在潮濕環境或水下,水分子滲透入膠層;聚合物膠層在有機溶劑中,溶劑分子滲透入聚合物中。低分子的透入首先使膠層變形,然后進入膠層與被粘物界面。使膠層強度降低,從而導致粘接的破壞。

       
    滲透不僅從膠層邊沿開始,對于多孔性被粘物,低分子物還可以從被粘物的空隙、毛細管或裂縫中滲透到被粘物中,進而侵入到界面上,使接頭出現缺陷乃至破壞。滲透不僅會導致接頭的物理性能下降,而且由于低分子物的滲透使界面發生化學變化,生成不利于粘接的銹蝕區,使粘接完全失效。

    4.
    遷移:

       
    含有增塑劑被粘材料,由于這些小分子物與聚合物大分子的相容性較差,容易從聚合物表層或界面上遷移出來。遷移出的小分子若聚集在界面上就會妨礙膠粘劑與被粘材料的粘接,造成粘接失效。

    5.
    壓力:

       
    在粘接時,向粘接面施以壓力,使膠粘劑更容易充滿被粘體表面上的坑洞,甚至流入深孔和毛細管中,減少粘接缺陷。對于粘度較小的膠粘劑,加壓時會過度地流淌,造成缺膠。因此,應待粘度較大時再施加壓力,也促使被粘體表面上的氣體逸出,減少粘接區的氣孔。

       
    對于較稠的或固體的膠粘劑,在粘接時施加壓力是必不可少的手段。在這種情況下,常常需要適當地升高溫度,以降低膠粘劑的稠度或使膠粘劑液化。例如,絕緣層壓板的制造、飛機旋翼的成型都是在加熱加壓下進行。

    為了獲得較高的粘接強度,對不同的膠粘劑應考慮施以不同的壓力。一般對固體或高粘度的膠粘劑施高的壓力,而對低粘度的膠粘劑施低的壓力。

    6.
    膠層厚度:

       
    較厚的膠層易產生氣泡、缺陷和早期斷裂,因此應使膠層盡可能薄一些,以獲得較高的粘接強度。另外,厚膠層在受熱后的熱膨脹在界面區所造成的熱應力也較大,更容易引起接頭破壞。

    7.
    負荷應力:

       
    在實際的接頭上作用的應力是復雜的,包括剪切應力、剝離應力和交變應力。

      
    1) 切應力:由于偏心的張力作用,在粘接端頭出現應力集中,除剪切力外,還存在著與界面方向一致的拉伸力和與界面方向垂直的撕裂力。此時,接頭在剪切應力作用下,被粘物的厚度越大,接頭的強度則越大。

      
    2) 剝離應力:被粘物為軟質材料時,將發生剝離應力的作用。這時,在界面上有拉伸應力和剪切應力作用,力集中于膠粘劑與被粘物的粘接界面上,因此接頭很容易破壞。由于剝離應力的破壞性很大,在設計時盡量避免采用會產生剝離應力的接頭方式。等離子噴涂工藝流程

    在等離子噴涂過程中,影響涂層質量的工藝參數很多,主要有:
    ①等離子氣體:氣體的選擇原則主要根據是可用性和經濟性,N2氣便宜,且離子焰熱焓高,傳熱快,利于粉末的加熱和熔化,但對于易發生氮化反應的粉末或基體則不可采用。Ar氣電離電位較低,等離子弧穩定且易于引燃,弧焰較短,適于小件或薄件的噴涂,此外Ar氣還有很好的保護作用,但Ar氣的熱焓低,價格昂貴。
    氣體流量大小直接影響等離子焰流的熱焓和流速,從而影響噴涂效率,涂層氣孔率和結合力等。流量過高,則氣體會從等離子射流中帶走有用的熱,并使噴涂粒子的速度升高,減少了噴涂粒子在等離子火焰中的“滯留”時間,導致粒子達不到變形所必要的半熔化或塑性狀態,結果是涂層粘接強度、密度和硬度都較差,沉積速率也會顯著降低;相反,則會使電弧電壓值不適當,并大大降低噴射粒子的速度。極端情況下,會引起噴涂材料過熱,造成噴涂材料過度熔化或汽化,引起熔融的粉末粒子在噴嘴或粉末噴口聚集,然后以較大球狀沉積到涂層中,形成大的空穴。
    ②電弧的功率:電弧功率太高,電弧溫度升高,更多的氣體將轉變成為等離子體,在大功率、低工作氣體流量的情況下,幾乎全部工作氣體都轉變為活性等粒子流,等粒子火焰溫度也很高,這可能使一些噴涂材料氣化并引起涂層成分改變,噴涂材料的蒸汽在基體與涂層之間或涂層的疊層之間凝聚引起粘接不良。此外還可能使噴嘴和電極燒蝕。
    而電弧功率太低,則得到部分離子氣體和溫度較低的等離子火焰,又會引起粒子加熱不足,涂層的粘結強度,硬度和沉積效率較低。
    ③供粉:供粉速度必須與輸入功率相適應,過大,會出現生粉(未熔化),導致噴涂效率降低;過低,粉末氧化嚴重,并造成基體過熱。
    送料位置也會影響涂層結構和噴涂效率,一般來說,粉末必須送至焰心才能使粉末獲得好的加熱和高的速度。
    ④噴涂距離和噴涂角:噴槍到工件的距離影響噴涂粒子和基體撞擊時的速度和溫度,涂層的特征和噴涂材料對噴涂距離很敏感。
    噴涂距離過大,粉粒的溫度和速度均將下降,結合力、氣孔、噴涂效率都會明顯下降;過小,會使基體溫升過高,基體和涂層氧化,影響涂層的結合。在機體溫升允許的情況下,噴距適當小些為好。
    噴涂角:指的是焰流軸線與被噴涂工件表面之間的角度。該角小于45度時,由于“陰影效應”的影響,涂層結構會惡化形成空穴,導致涂層疏松。
    ⑤噴槍與工件的相對運動速度
    噴槍的移動速度應保證涂層平坦,不出線噴涂脊背的痕跡。也就是說,每個行程的寬度之間應充分搭疊,在滿足上述要求前提下,噴涂操作時,一般采用較高的噴槍移動速度,這樣可防止產生局部熱點和表面氧化。
    ⑥基體溫度控制
    較理想的噴涂工件是在噴涂前把工件預熱到噴涂過程要達到的溫度,然后在噴涂過程中對工件采用噴氣冷卻的措施,使其保持原來的溫度。等離子噴涂機使用注意事項

    1
    、等離子系統內部有高頻高壓,禁止打開機箱后蓋,進行調試與維修并可靠接地,為防觸電,不可濕手操作。

    2
    、等離子焰溫度很高,請不要在有易燃易爆物料場所使用。

    3
    、請不要用手觸摸等離子火焰,避免被電與燒傷。

    4
    、等離子機移動運行時,嚴禁將身體及其它物體伸進護機箱內,以免造成不必要損失。

    5
    、未經設備技術員允許不得隨意更改特定系統參數;

    6
    、當機器操作不當,導致緊急情況發生時,立即按下斷電;

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