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2.4 防护涂层涂装

2.4.1 电子装备涂装工艺

涂料是一种涂覆于产品表面后干燥成膜,并对基材具有保护、装饰作用或使之具备某种特殊功能的材料。

电子装备涂料指电子装备零部件及其他辅助器件的专用涂料。电子装备涂料的性能和使用特点是由其特殊的底材、特殊的使用环境和特殊的使用要求决定的。波导组件、天线伺服系统结构件、屏蔽盒、机箱机柜、印制电路板组件及其他电子装备部组件除大量采用铝、镁、钢、铜及各类合金以外,还采用了玻璃钢等复合材料,它们的物化特性和表面特性及具体功用均不相同。为适应其物理、化学性能和功能方面的要求,必须采用与之相适应的涂料。同时,由于电子装备材料的使用环境复杂多变,需要适应多种气候条件和局部微环境条件,所以对涂料的耐湿热、耐老化、耐霉菌、耐高低温交变性能等都有较高的要求。此外,一些电子装备部组件除了要求涂料具备一定的防护和装饰性能,还有特殊的功能要求,如导电,绝缘,隔热,防冰,防雨蚀,耐热,耐油,耐腐蚀,耐老化,对某种电磁波的吸收、辐射或透射等。随着电子装备相关技术的飞速发展,对涂料的要求越来越向功能化和多功能化的方向发展。因此电子装备涂料也不断走向高技术化。

目前,已经应用在电子装备材料表面的功能性涂料包括抗静电涂料、防水涂料、吸波涂料等,这些涂料以环氧树脂类和聚氨酯树脂类涂料居多。各类涂料都很少单独使用,而是由几种涂料配套组成复合结构层,即涂层体系,以获得最佳的使用效果。常见的复合结构层包括底漆-面漆配套、封闭漆-底漆-面漆配套、底漆-中间漆-面漆配套等。其中,底漆主要起防锈和增加涂层结合力的作用,底漆可单独使用,但多数情况下,均与面漆配套使用;面漆多为各种性能独特的磁漆,它们或是防腐性突出,或是装饰效果好,或是具备某种特殊功能,从而满足各种使用要求。

电子装备部组件经过表面预处理之后,可选择合适的涂料,进行相应的涂装。根据组件的具体功能及实际服役过程中所处的环境条件,可对涂装方法和具体工艺参数进行合理组合与调试。根据前期的预处理工艺也可将电子装备的涂装工艺分为针对金属基材涂装工艺、复合材料基材涂装工艺及印制电路板组件涂装工艺3个方面。

1.金属基材涂装工艺

电子装备中的金属基材主要应用于天线伺服系统结构件、屏蔽盒、机箱机柜等。前面介绍了金属基材表面的典型涂料主要有环氧漆、聚氨酯磁漆、氟碳漆、富锌漆等。涂装工艺流程可根据涂层配套方案、规定膜厚、涂装设备、涂装流水线特点、施工性能等确定。不锈钢机箱外表面涂装工艺流程设计如图2-2所示。

根据金属基材具体应用部位在实际服役过程中所处的环境特点,可选取合适的涂装工艺方法和步骤,以达到特定的屏蔽或防护效果。以应用于天线伺服系统和机箱机柜的材料及涂装工艺为例,列举了典型的涂装工艺,如表2-24和表2-25所示。

图2-2 不锈钢机箱外表面涂装工艺流程设计

表2-24 天线伺服系统涂装工艺

表2-25 机箱机柜涂装工艺

2.复合材料基材涂装工艺

电子装备中的复合材料常用于天线罩中,其使用环境为开放式环境,容易遭受外界严酷环境的影响,导致外表面涂层逐渐降解,因此其表面的涂料除了要满足特殊的功能(透波、抗静电、防雨、防冰等),还需要具备较好的耐热、防雨蚀、耐大气腐蚀、耐光老化、耐盐雾等性能。

抗静电涂料是涂覆于非导体表面,使之具有传导电流以排除静电的涂料,实质上是一种导电涂料,其表面电阻一般要求在10 12 Ω以下,以消散表面静电,避免电子干扰及防止雷击或产生火花。导电涂料按导电机理、组成可分为本征型和掺合型两类 [14] 。本征型导电涂料以导电聚合物成膜配制而成,其导电性有限,成本也较高,因而应用较少;掺合型导电涂料的性能容易受到掺杂粒子分布的影响,如粒子的形状、大小和用量,树脂的分子量和极性,涂层固化的速度和收缩率,涂料的加工方法和涂覆的工艺等。因此,在使用导电涂料时,要特别注意涂料的分散性、喷涂操作的均匀性和固化工艺的合理性。

防雨涂料也被称为防雨蚀涂料。防雨涂料实际是一种耐磨蚀涂料,多由高分子弹性体制成。当受到雨滴冲刷时,一部分冲击势能可转变为弹性体的弹性势能,从而降低或消除其冲蚀作用。例如,飞机穿越雨区时,与雨滴的相对速度可达到亚音速或超音速,机翼、旋翼或桨翼前缘及机头雷达罩等处往往采用防雨涂料以降低雨蚀的效果 [15]

根据复合材料具体应用部位在实际服役过程中所处的环境特点,可选取合适的涂装工艺方法和步骤,以达到特定的功效。以应用于波导组件雷达罩上的复合材料表面涂装工艺为例,列举了典型的表面涂装工艺过程,雷达罩涂装工艺如表2-26所示。

表2-26 雷达罩涂装工艺 [16]

续表

3.印制电路板组件涂装工艺

电子装备中的印制电路板的使用环境相对较为封闭,一般不会直接遭受光照、雨水等作用,但其表面组件众多,结构相对复杂,因此涂料除了要满足特殊的功能(导电等),还需要具备较好的防水、耐霉菌、耐盐雾等性能。三防(防霉菌、防潮湿、防盐雾)涂料在印制电路板上有较为广泛的应用 [17]

较为常见的三防涂料大多是在树脂中添加增塑剂、防霉剂等进行改性制备得到的。一种用于印制电路板的三防涂料配方如表2-27所示,应用于印制电路板的典型涂装工艺如表2-28所示。

表2-27 一种用于印制电路板的三防涂料配方 [18]

表2-28 应用于印制电路板的典型涂装工艺

用于印制电路板的涂料可采用刷涂、浸涂、喷涂或自动选择性涂覆等方法施工,涂料黏度大小可用混合溶剂进行调节。通常的工艺流程包括清洗、去湿、保护、预涂覆、涂覆、干燥和返修。

清洗过程一般是采用棉布蘸汽油或乙醇等溶剂进行擦洗,应尽量清洗掉表面的油脂、污物或其他外来物。凡是可见的焊剂堆积物都应刮削、铲除、擦拭或用适当溶剂除掉,清洗后表面必须立即擦干。禁止使用能使磁漆软化或引起绝缘材料膨胀的溶剂,如酮类、脂类、芳香烃类物质。清洗过程不允许采用超声波清洗,因为超声有可能损坏元器件的内部连线,同时产生的静电感应对CMOS电路也有一定程度的损害 [19]

根据电路板体积的大小,可采用不同的去湿过程。对于体积较大的电路板,可在相对湿度较小的厂房内晾干24h。对于体积较小的电路板,可用热风吹干或干燥箱烘干,烘干温度应低于能够损坏电路板的安全温度,而且应控制升温速度,以防引起设备收缩、破裂、变形或其他损坏。

预涂覆过程可用不掉毛的毛刷蘸清漆,对间距较窄的元器件管脚(元器件本体与绝缘子、绝缘子与引出线的结合部位)或者有遮挡的部位进行预涂覆。

涂覆过程一般采用喷涂或刷涂法,喷涂时先将清漆稀释到黏度为12~20s,空气压力为0.2~0.3MPa,运枪速度应均匀,喷涂房间的相对湿度不应超过70%。

在对印制电路板组件整体涂装时,需要对以下零件或器材进行保护:弯曲的套管、织物及塑料绝缘电缆,元器件(微调电容器、可调电感器、线绕电阻、波导管工作表面、插入式继电器、压力接触地线、观察窗、镜头、透明塑料件、已涂覆线路板组件),运转部件(电机、齿轮、合页、调节杆、弹片),耐霉塑料件,抗电弧材料,已用其他方法保护的有机材料,电接触部件(电气触头、接线柱、插头、连接器),工作温度超过130 o C的表面,以及其他不需要喷涂的部位 [20]

干燥过程一般为室温干燥,时间一般在1~12h,可调整。

2.4.2 涂装质量控制

电子装备表面涂层质量的优劣,将直接影响其抗静电、防霉菌、防潮湿、防盐雾、防光老化等功效的好坏,进而影响电子装备的使用寿命。因此,需要提高质量控制意识,制定相应的规范制度,从工艺设计、原材料、涂装设备、施工环境、表面预处理、涂装工艺、人员组织等方面进行合理且有效的控制,以达到控制电子装备涂层体系质量的目的。

1.工艺设计的质量控制

在电子装备涂料涂装车间,应具备相应的工艺文件作为涂装过程的指导。常见的工艺文件包括产品零部件涂装分类明细表、产品零部件涂装工艺卡、重要涂装设备操作规程等。按照成组技术原理,对材料相同、尺寸相近、工艺大致相同的工艺进行分类,以典型产品为依据编制工艺,安排工艺路线和设备,从避免不必要的重复劳动,可提高设备利用率,减少能力损失。涂装工艺卡可成为涂装质量问题的追溯文件,也是处理质量问题的依据。重要涂装设备的操作规程是涂层质量体系的重要保证,也是安全生产的需要 [21]

2.原材料的质量控制

原材料是指在涂装过程中应用到的化工原料及辅料,包括清洗剂、钝化液、磷化液、各类涂料、腻子、密封剂、纱布、砂纸、金属、纤维、树脂等。在涂装前,应对原材料的质量进行检查,包括一般性能检验(颜色、黏度、细度、酸值、贮存稳定性等)和施工性能检验(干燥时间、流平性、打磨性、漆膜厚度控制等) [22]

在涂装施工时需要对涂料原材料进行质量控制,特别是涂料的黏度。涂料在涂覆过程中的黏度是不断变化的,涂装时涂料黏度变大,则会雾化不良,涂面粗糙或出现橘皮;黏度变小,容易产生流挂和缩孔,影响涂层厚度,产生质量问题 [23]

3.涂装设备的质量控制

涂装设备是指在涂装过程中所使用的设备及工具,包括磨料设备、除油设备、清洗设备、磷化设备、喷漆室、干燥室、静电喷涂设备、涂料供给装置、涂装机器、涂料运输设备和试验仪器等。

设备使用效果不仅与设计、制造、安装质量有关,还与设备的维护保养有关。良好的设备依赖于良好的维护,涂装设备使用维护不规范会影响其应用效果,带来质量问题。编制关键设备的检修和保养计划,做好日常保养和定期维修,是保证涂装设备正常运行的一个重要环节。例如,在喷漆室实际使用过程中,静压箱及空调过滤段的过滤布因积尘导致阻力加大,送排风系统风量不匹配,影响系统平衡,喷漆室外灰尘侵入,进而影响涂层体系的表面质量。另外,室内不能形成气流或保持自上而下的层流,致使漆雾四处飘逸,当漆雾积累到一定程度时,就会形成二次污染,降落到涂层表面。又如,当烘干室电热元件损坏而不能及时修复时,烘干室温度达不到要求,涂层干燥缓慢,从而影响涂层的平滑度、光泽度和耐腐蚀等性能。当烘干室内进入的待烘干工件超过设计的容量时,设备加热能力不足,涂层就不能彻底烘干,从而降低涂层的性能。对于在涂装生产线上的烘干室,当生产任务加大而需要提高链反应速度时,需要增加烘干室的热量输入,否则又会引起涂层干燥不良的问题 [24]

4.施工环境的质量控制

涂装施工环境是指除涂装设备内部以外的空间环境。从空间上讲,包括涂装车间(厂房)内部和涂装车间外部的空间,而不仅仅是地面的部分。从技术参数上讲,包括涂装车间内的温度、湿度、洁净度、照度(采光和照明)、污染物的控制等。对于涂装车间外部的环境,厂区布置应尽量远离污染源,加强绿化和防尘,改善环境质量 [25] 。在施工过程中,应着重关注环境温度、湿度、露点、光照、洁净度等因素的影响,尽可能降低环境对涂层质量的负面影响。例如,施工环境的温度一般为10℃~30℃,温度过低会导致固化时间长,温度过高会导致溶剂挥发快,流平性差;相对湿度不应超过80%,湿度过高会影响涂层的附着力和外观;环境空气应干净无尘,涂层表面落入任何细小的灰尘,都会影响涂层的表观质量与防护效果,所以,施工最好在净化室内进行。

5.表面预处理的质量控制

涂漆前必须严格按要求进行表面预处理。表面的任何油污、水分、锈迹或其他杂质,都会影响涂层的附着力和底漆的防锈效果。所以,要求去污、除油处理必须达到水膜连续(当水滴到上面时,不得形成水珠,而是一个连续附着的水膜)的水平;经阳极化、化学氧化或磷化处理的零件必须在24h内涂漆,经喷砂处理的零件必须在6h内涂漆,以防水汽的附着或二次污染 [26] 。例如,对复合材料的预处理通常选择阳极氧化、磷化、偶联剂处理等方式进行。未进行表面处理的工件,采用砂布横竖交叉打磨,直至基材表面有明显的纹路。一般选用水基清洗剂或有机溶剂进行清洗操作。清洗剂应为中性或弱碱性,在基材表面停留3~5min后用洁净的水清洗干净;有机溶剂选用航空洗涤汽油或丙酮,在汽油或丙酮还未挥发时用无布毛的白布擦干,避免有机溶剂中的高沸点油状物再次污染基材。以水膜连续30s为合格判据,对水基清洗剂清洗后的表面还要用pH试纸检测其表面酸碱性,中性为合格。禁止赤手触摸预处理清洗后的表面。表2-29列举了一些常见的表面预处理质量控制方法及参考标准。

表2-29 表面预处理质量控制方法及参考标准

6.涂装工艺的质量控制

涂装工艺指在涂装生产过程中对需要的材料、设备、环境等要素的结合方式及运作状态的要求、设计和规定。涂层的性能除依赖于涂料的性能外,还依赖于涂装工艺的合理性。涂装工艺参数已在2.4.1节中列出,在实际操作过程中,要特别注意以下要点。

施工时必须使涂料处于良好的分散状态和合适的施工黏度。涂料要充分搅拌均匀并过滤。配制双组分涂料时,只能在搅拌的情况下,将固化剂缓慢地加入漆料中,并充分搅拌均匀,再静置10~30min,使之“熟化”后使用。

在喷涂前,要根据每道涂层设计干膜厚度,算出湿膜厚度,然后在一块光滑平整的板上进行喷漆试验,测算出湿膜厚度的准确数值。对于多层的涂层体系,要求总厚度达到涂层体系的设计要求,同时控制好每一层的厚度均达到涂层体系的设计要求,并控制涂层厚度的均匀性。许多涂层质量分析证明,腻子的质量好坏可直接影响涂层的质量好坏。腻子本身含有大量填料,附着力与涂料相比较差,固化后在使用中的冷热交替和振动作用下,会加速涂层的开裂和脱落,因此应尽量减少腻子的用量,并坚决杜绝大面积刮涂厚腻子层的现象。此外,应根据涂料的成膜机理及作用,并依据施工时的环境条件,对某些施工技术参数进行合理调整,以达到最优的涂覆效果。例如,对于封闭无机硅酸锌底漆涂层或电弧喷铝的孔隙,必须配套喷涂专用的环氧封闭漆。在气温高于30℃的季节,封闭漆容易出现“干喷”状态,使环氧中层漆和面漆的漆膜鼓泡。要解决上述漆膜弊病,可采取如下措施:在气温低于30℃的早、晚喷涂作业;适当调慢稀释剂的挥发速度,增加封闭漆的渗透能力。

严格执行干燥规范,确保层间结合力。层间结合力差是容易出现的涂层质量问题之一,它常与前一道漆的固化程度有关。前一道漆固化太浅,易被后一道漆咬起;固化太深,又影响与后一道漆的兼容性,导致结合力下降。有些涂层由于加工的需要,涂完底漆或中间层后,要经过很长的时间才能涂面漆,为确保其结合力,必须预先用细砂纸打磨漆层表面,使之粗化,再涂下一道漆,以增强层间结合力。粉末涂料的升温时间可短一些,溶剂型涂料的厚涂层升温时间可长一些,水性涂料需要在升温过程中增加中间保温区,然后再升温,才能保证涂层的干燥质量。为了提高产品的整体腐蚀防护性能,还需要对缝隙、易积水部位喷涂防锈蜡,应注意检查防锈蜡的型号、喷涂量及喷涂部位是否正确。

7.人员组织的质量控制

对从事涂料涂装的操作人员和质量检验人员应定期进行工艺标准、检测标准和操作要点等相关内容的培训及考核,考核合格后,由人力资源处颁发具有一定时效性的岗位资格证,持有效岗位资格证的人员才能从事相应的工作。操作人员及检验人员应造册登记,明确其岗位资格证编号和有效期等。同时,对岗位资格证即将到期的人员进行提前安排学习、培训及换发新证等工作,确保资格证始终在有效期内。

此外,还应注意科学地安排生产计划,增加临时人力资源,使生产连贯、流畅、合理,避免出现生产无序的情况,避免因单纯赶进度、赶发货时间无视工艺纪律和质量控制要求的现象。 pWIlTEeptKJV3WKtFxDW9YulNzANcbZrwUtaNf7/EpUTBOFF27I4Mo3wl/hXfMTe

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