CN1029599C - 一种从敏感基层去除涂层的改进方法及其有效的喷丸介质 - Google Patents

Abstract

用于从敏感金属和合成材料表面上去除涂层的喷丸介质及其方法。喷丸介质中包括有平均颗粒尺寸为100-500微米并带有以疏水二氧化硅作流动/防结块附加剂的，能溶于水的晶状碳酸氢钠混合物。

Description

本发明是1989年3月14日提出申请的美国专利申请号为07/323，412和1990年4月6日提出申请的美国专利申请号为07/506，447的部分继续。

本发明涉及从敏感金属和合成材料表面或类似的基层上去除涂层的方法及其有效的喷丸介质。

从各种建筑物到工业装置的结构和设备需要经常对其表面进行清理和去除涂层。

为了上述目的，用于清理和去除表面涂层的从机械磨蚀到化学制品应用的许多技术是公知的，如涂料、密封层、喷添及类似物。硬的耐用的表面如花岗岩墙壁或大型钢铁金属镀层，可以采用强有力的磨蚀技术如喷砂清理或剥除。较精细的表面需要较小侵蚀的加工以防止损坏基层。

民用航空及军事部门需定期地从现代飞机的外表面上剥掉或磨蚀大量的涂料和其他涂层。这些表面包括重量轻的铝或其他金属合金或一些合成材料，这些表面是相当软的，从其上面必须小心地去除涂料或其他涂层以防止过度的磨损和化学损坏。这种损坏在极端情况下将导致机械失效。

许多被改进的剥除技术，类似喷丸，被提出用于从敏感金属和合成材料的飞机或类似表面上去除涂层。用于上述目的喷丸介质最好满足以下规范：

1、它们应是相对韧性的（莫氏硬度约2.0-3.0）;

2、它们应以用于加工不同基层有多种不同颗粒尺寸分级的形式存在;

3在高湿度情况下和全部相当宽的气压和介质流动速率的范围内，它们应是能自由流动的;并且

4、它们应可溶于水且没有污染，以使能容易地与被剥下的不可溶涂料和树脂中分离，便于废物处理。

1988年3月15日授权卡罗（Carr）的美国专利4，731，125中叙述了用于喷砂清理敏感金属和合成材料表面的塑料介质。然而上述材料的价格较高，而且它们的使用会产生废物处理的问题。

碳酸氢钠也被用作从敏感基层、如飞机零件上去除涂层的喷丸介质。对于上述介质，碳酸氢盐是一种理想的选择，因为它很容易满足上述的规范中的1、2和4。这样，它是相对韧性的（莫氏硬度约为2.5），可制成各种不同尺寸的颗粒，它既可溶于水，也可通常地用于处理控制碱性和pH值的污水处理设备。碳酸氢钠的软磨材料特性已被用于如牙齿的抛光介质中，如见美国专利：3，882，638;3，972，123;4，174，571;4，412，402;4，214，871;4，462，803;4，482，322;4，487，582;4，492，575;4，494，932和4，522，597。

把碳酸氢钠作为喷丸介质的主要缺点是由于压实或特别是由于暴露在高湿度条件下有结块的倾向。这问题在大批量生产的喷丸操作中尤为突出。 用于这种操作的压缩气流实际上是饱含水份的，也就是说它具有90%、甚或更高的相对湿度，并含有来自空气压缩机的含油杂质。另外，作为商品的碳酸氢钠由于通常的颗粒尺寸的分级和晶体形状，其流动性本来就差。

向碳酸氢钠中加入流动辅助剂，以促进其流动并防止结块这是公知的。因此，在先已有提出将磷酸三钙（TCP）与干燥的碳酸氢钠和牙科空气喷砂预防介质相混合。加入上述材料，基本上改善了碳酸氢钠的流动和结块特性。然而由于在饱和之前，TCP吸收水份，一旦饱和之后该产品就会结块，故磷酸三钙处理的碳酸氢钠在通常条件下其存放期为3至6个月。

因此，本发明的任务中包括了提供一种含有喷丸介质的碳酸氢盐，以及利用上述介质从敏感金属和合成物表面去除涂层的一种工艺。所采用的碳酸氢盐喷丸介质可自由流动，在不利的大批生产的喷丸条件下可以具有较长有存放时间，并且可以在高湿度和一个广范围内的精确控制的高流速及气压状态下作为喷丸介质使用。本发明的其它任务和优点可以从下述的最佳实施例中看出。

本发明提出了一种用于从敏感基层去除涂料的方法，它包括以高速流体喷射上述表面，该流体最好是其压力为10至150磅/寸²的充满水汽的压缩空气，其中含有作为喷丸介质的晶状、能溶于水的，其平均颗粒尺寸范围为100至500微米，最好是250至300微米的碳酸氢盐颗粒。最好在碳酸氢盐的颗粒中至少渗入碳酸氢盐重量的0.2%、最好为0.2-3%的疏水二氧化硅作为流动/防结块附加剂。

业已发现，相对大颗粒的碳酸氢盐在没有损坏基层的情况下，从产品上去除腐蚀和从基层上去除其它涂料是相当有效的。这违背了一般常识、即具有更多有用表面积的小颗粒喷丸介质比大颗粒的喷丸介质是更有效的清洁剂。而且在大多数现有的喷丸应用中，喷丸材料的较高给进速率使生产速率较高，也就是说能很快地去除涂层。然而，使用喷嘴尺寸为0.5寸的一般喷丸设备，在所指明的颗粒尺寸范围内，采用晶状的碳酸氢钠介质，有可能达到其给进速率为3-4磅/分的经济生产速率。超过此速率，获得很小的生产率的增加却要采用显著增高的碳酸氢盐喷丸给进速率。

本发明的进一步特征是向喷丸介质加入疏水二氧化硅比可与比较的介质具有较好的流动特性，这些可比较介质可以是无流动辅助剂的，也可以是含有其他一般流动辅助剂如TCP或亲水二氧化硅的。另外，加有疏水二氧化硅流动辅助剂的碳酸氢盐喷丸介质具有较长的，实质上是无限期的存放时间，显示出对一般压缩空气流中的高的相对湿度具有良好的耐受能力。

最好在本发明的喷丸介质中使用晶状的碳酸氢钠作为磨蚀材料。然而也可采用其他的晶状、能溶于水的碳酸氢盐，如碱金属的碳酸氢盐、诸如碳酸氢钾或碳酸氢氨。因此当下面所述主要涉及到含有晶状碳酸氢钠最佳喷丸介质时，不言而喻，本发明同样也可包括有其他能溶于水的晶状碳酸盐磨料的喷丸介质。

疏水二氧化硅已经被用于作牙齿预防抛光介质的流动辅助剂而混合进亲水二氧化硅中。上述介质在与一般喷丸介质明显不同的条件下使用。牙齿预防介质包含了颗粒尺寸约为65-70微米的碳酸盐颗粒，并在约50-100磅/英寸²压力下的清洁的实验室用压缩空气源，使之通过一个1/16-1/32英寸的喷嘴以大约每分钟3克的速率状态下使用。很重要的是上述气源中基本不含水汽，且显示不出在含有饱和水汽的压缩空气喷丸流中、以很高通过速度送进喷丸介质的大批量生产实用中那些固有的流动和结块难题。

根据本发明的喷丸介质基本上由晶状、能溶于水的碳酸氢盐，例如碳酸氢钠组成，并混合有疏水二氧化硅颗粒。不同于已知的亲水二氧化硅，疏水二氧化硅实质上是没有非氢键连接的硅醇基团及吸附的水。

可以在喷丸介质中使用的一种好的疏水二氧化硅是烟雾剂R972（Aerosil R972），这是一种可从戴古萨AG.（Degussa AG.）那里得到的产品。这种材料是一种纯的凝聚的二氧化硅悬浮微粒，其中表面上的约75%的硅醇基团与二甲基二氯硅烷起化学反应，所得到的产物在每100平方米的表面积上具有约0.7毫摩尔的化学结合的甲基团，并含有约1%的碳。其颗粒直径约在10-40毫微米间变化，并具有约110米²/克的特殊表面积。它可以通过对亲水二氧化硅的火熖水解方式制备。如由安基（Angew.chem.72 744（1960）;F-PSI，368， 765;DT-ASI，163，784）及有关专利中有着更完全地描述的那样。关于上述材料的进一步细节被记载在名为“悬浮颗粒的基本特性和应用”的技术公报中，（“Basic    Characteristic    and    Applicatinus    AEROSIL”，Degussa    AG，August    1986。）

疏水二氧化硅颗粒按该喷丸剂的晶状碳酸氢钠重量的至少约0.2%、上至约3%的比份与之混合。该晶状碳酸氢钠颗粒的平均颗粒尺寸可在100-500微米范围内任何一种。当利用此种喷丸介质从飞机外表面上去除涂料时，最好优先使用平均颗粒尺寸约为250-300微米的晶状碳酸氢盐颗粒。

这样构成的喷丸介质可以在不磨损或伤害基层的情况下用于清理和清整，用作飞机外表面的如铝、铝合金或复合材料基层上涂层的敏感金属。可以用喷丸介质加工的合成材料包括如环氧树脂，这种材料中可能含有纤维，例如玻璃丝、石墨或类似的加固物。

这样构成的喷丸介质最好用在大批生产的压缩空气流中。这种气流基本上是浸在水汽之中（90%或更高的相对湿度）并含有来自气压机的油污。一股水流可以附加到介质/空气流中，用以冷却工件和控制粉末的形成，尽管附加水可能会稍微降低去除涂层的速率。碳酸氢盐/疏水二氧化硅喷丸介质在气压约为10-150磅/英寸²条件下以约1-10磅/分，最好为3-4磅/分的流通速度，从1/4寸或更大一些的喷丸喷嘴中喷出。

如上所述及以下所述表明的，按照本发明所构成的没有结块的喷丸介质具有较长的存入时间并能自由流动。这样，它们可以很容易地在一般的用于去除敏感金属和合成材料表面上涂层的喷砂操作中使用。

图1为一种涂层试验铝板的电子扫描显微照片，喷丸之前，在板的表面上有穿过覆层的可见的腐蚀;

图2为一种涂层的试验铝板的电子扫描显微照片，该板已经按照本发明的方法进行过处理。很明显，副产品材料腐蚀的表面已被除去，而没有伤害金属表面;以及

图3为在各种给进速率情况采用具有不同平均颗粒尺寸的碳酸氢盐喷丸介质所得到的生产速率的比较曲线。

下述例子说明本发明的喷丸介质的自由流动特性（例1）和所得到的高生产速率（例2和例3）。在这些例子中，所有部分和百分比、除了另外说明外，均按重量比和°F给出。

例1

两种晶状碳酸氢钠试样，每种平均颗粒尺寸约为250-300微米，其中一种混有0.5%的Aerosil R-972疏水二氧化硅，它们在标准喷丸装置中作介质使用。这种装置是由得克萨斯州休斯敦的Schmidt Manufacturing Inc.制造的Schmidt Accustrip System，它的喷嘴直径为0.5寸，一个汤姆逊阀（Thompson Valve）与一个6立方尺的喷丸罐连接，及一个800尺³/分的气压机。喷丸罐装有一个流量表以便测定介质流动速率。

各种不同配方的碳酸氢盐利用周围的压缩空气以60磅/寸²的压力经由喷嘴喷出，当压缩空气经过喷丸罐中的喷丸介质时，它被水汽所浸没。

未加疏水二氧化硅流动辅助剂的晶状碳酸氢钠颗粒间断地流经该系统，使喷嘴迅速阻塞并阻止了进一步地流动。使不能维持稳定的流动。

不同配方的晶状碳酸氢盐-疏水二氧化硅，以每分钟1-5磅的各种可控的速率连续地通过该系统达65小时以上，没有碰到任何流动的问题。

例2

用水清洗处理过的2尺长2尺宽0.032寸厚的铝质试验板，用磷酸溶液清洗后用水洗净，使用Alodyne防腐剂，最后用水清洗，使用环氧树脂底漆，该板在空气中经过8小时晾干。再使用聚氨基甲酸乙酯涂料，该板经过7天晾干。然后该板放置在210°F的空气烘箱中进行96小时烘干处理。最后涂料和底漆的厚度为2密耳。

各种碳酸氢钠喷丸介质被装入一个喷丸罐中，它装有一个用于调节喷丸介质流动速率的适当的孔板。该喷丸介质由99.5%的碳酸氢钠（不同颗粒尺寸）和0.5%的Aerosil R971疏水二氧化硅组成。喷嘴的压力调到60磅/寸²，介质被放置在能达到所要求给进速率的足够压差下。该水的压力调到200磅/寸²，产生一个0.5加仑/分流量的流体。工件与喷丸喷嘴所构成的角度安装成60°。该介质送进速率的变化范围为1-4磅/分。

记录下除尽试验板上涂层的所需时间。

生产速率和各种介质中碳酸氢钠的平均颗粒尺寸如下：

颗粒尺寸    微米    65    90    150    250

生产速率（去除涂层的时间）

给进速率    2磅/分    0.75    1.3    1.4    1.6

给进速率    3磅/分    1.0    1.7    1.8    2.0

给进速率    4磅/分    1.2    1.9    2.0    2.2

这些数据被概括表示在图3中，其中曲线1为2磅/分;曲线2为3磅/分;曲线3为4磅/分。

这些数据表明包括有较大平均颗粒尺寸的（150和250微米）碳酸氢钠介质在所有的给进速率情况下都比含有较小颗粒的介质更有效。

这还表明介质流动速率为约3磅/分时达到一种经济的生产状态，而更高的给进速率只对生产速率产生小的改进。

例3

在例1中所述的含有平均颗粒尺寸约为250-300微米，并与0.5%    Aerosil    R-972疏水二氧化硅混合的晶状碳酸氢钠的喷丸介质，与一种含有其颗粒为-20-+40号范围内，并与相似数量（5%）的同种疏水二氧化硅流动辅助剂混合的压实的碳酸氢盐的喷丸介质相比较。各种介质以例2中所述的方法，去除试验铝板的涂层。各种介质的最佳生产速率被确定，如下表示。该表表明利用含有晶状碳酸氢钠喷丸介质所得到的改进的生产速率，比含有压实的碳酸氢钠的介质的生产速率大。

平均值

喷丸介质磨料    颗粒尺寸    生产速率

（微米） （尺²/分）

晶状NaHCO₃275 2.2

压实状NaHCO₃390 1.0

从以上所述可以看出，本发明提供了一种用于敏感基层表面清理和去除涂料和其他涂层的改进方法，及其所采用的含有晶状碳酸氢钠的喷丸介质。应当指出，上述以最佳实施例为例说明的喷丸方法和喷丸介质可以进行各种变化，而这并未超出本发明范围。因此，上述说明只作为实例解释，并非是一种限制。

Claims (8)

1、一种从敏感金属和复合材料表面去除涂层的方法，它包括在10-150psi压力下用高速流体料流喷射所述表面，所述料流含有选自碱金属碳酸氢盐和碳酸氢铵的水溶性晶状碳酸氢盐颗粒的喷丸介质和占碳酸氢盐0.2-3%(重量)的疏水二氧化硅流动/防结块剂，所述的碳酸氢盐的平均粒度为250-500微米。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是该喷丸流体以每分钟1-10磅的碳酸氢钠微粒的速率，作用于该被处理表面。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征为该碳酸氢盐颗粒的平均粒度为250-300微米。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征为所述的碳酸氢盐为碳酸氢钠。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征为所述疏水二氧化硅实质上是没有非氢键连接的硅醇基团和吸附的水。

6、一种用于从敏感金属和复合材料表面去除涂层的喷丸介质，它实质上含有选自碱金属和铵的碳酸氢盐的，能溶于水的碳酸氢盐颗粒，所述的碳酸氢盐颗粒的平均粒径为250-500微米，并混以占碳酸氢盐重量的0.2-3%的疏水二氧化硅流动/防结块剂。

7、根据权利要求8所述的喷丸介质，其特征为该碳酸氢盐为碳酸氢钠，该疏水二氧化硅实质上是没有非氢键连接的硅酸醇基团和吸附的水。

8、根据权利要求8所述的喷丸介质，其特征为该碳酸氢盐颗粒的平均粒径尺寸为250-300微米。

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