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等離子體表面處理改善CFRP碳纖維復(fù)合材料粘接性能

文章出處:等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間:2023-07-05
CFRP是以碳纖維織物作為增強(qiáng)體,環(huán)氧樹脂作為基體的復(fù)合材料,由于表層的環(huán)氧樹脂以及成型過程中引入脫模劑,并且環(huán)氧樹脂成分在CFRP成型過程中會聚集在表面,使其表面潤濕性差,對粘結(jié)劑親和性弱,導(dǎo)致低的粘接強(qiáng)度,會對一系列工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)生不利影響,成為限制粘接廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問題,解決上述和問題的根本原理是如何提高表面能,進(jìn)行表面預(yù)處理對于建立可靠的粘結(jié)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要,有效的表面處理,應(yīng)該增加表面潤濕性或者改變表面形態(tài)。沒有適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?,粘接接頭的可靠性和有效性將無法實(shí)現(xiàn),因此,如何提高碳纖維復(fù)合材料的潤濕性和是目前亟待解決的問題。

粘接接頭的成功與否很大程度上取決于被粘物的表面處理,有效的表面預(yù)處理方式應(yīng)該可以去除表面上的所有污染物(例如灰塵,微生物,潤滑劑等),或者可以改變表面狀態(tài),例如提高潤濕性,提高表面能并在表面引入官能團(tuán),使膠粘劑充分流動、徹底鋪展;或者增加表面粗糙度,進(jìn)而增加粘接面積和機(jī)械互鎖;所有這些都有利于在粘合劑的分子與基底之間實(shí)現(xiàn)牢固的結(jié)合。借助某些表面預(yù)處理,例如噴丸處理、硅烷偶聯(lián)劑、酸化、等離子表面處理、可有效的提高粘接強(qiáng)度。

大氣等離子體處理即對通入的氣體施加高電壓使其發(fā)生電離,包括激發(fā)的電子和原子、分子、自由基,在氣體的壓力作用下沿著噴嘴流動形成射流用于表面改性。這種氣體電離產(chǎn)生大量的活性粒子,撞擊在聚合物表面發(fā)生一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng),例如刻蝕、清潔、表面活化或交聯(lián)等,可以在基材表面產(chǎn)生高能極性基團(tuán),顯著改善基材的潤濕性和粘結(jié)性。等離子體由于其相對簡單、環(huán)保、有效的處理過程而獲得廣泛的應(yīng)用,目前在粘結(jié)表面預(yù)處理有著廣泛的應(yīng)用,是最有效的方法之一。

等離子體處理具有以下優(yōu)勢:
(1)等離子體是一種表面改性過程,僅影響材料表面性質(zhì)而不改變其本體的特性。這種低損傷改性對于CFRP保持其優(yōu)異的機(jī)械性能至關(guān)重要。
(2)大氣壓等離子體在空氣中產(chǎn)生,是一種環(huán)境友好的方法,且產(chǎn)生的大氣壓等離子體射流可以均勻高效對CFRP表面進(jìn)行改性。
(3)等離子體易于控制,可以根據(jù)不同的需求選擇不同的氣體和放電參數(shù)來獲得所需要的效果。
(4)該方法不受材料的種類限制,任何聚合物、金屬、陶瓷等均可以進(jìn)行表面處理。

碳纖維復(fù)合材料由于表面層環(huán)氧樹脂或表面脫模劑而表現(xiàn)出粘接性差,等離子體處理能與材料表面發(fā)生一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng),可有效改善CFRP表面潤濕性,進(jìn)而提高粘接強(qiáng)度,并且不會破壞CFRP本身的機(jī)械性能,對擴(kuò)展CFRP材料的應(yīng)用范圍具有積極意義。等離子體中含有活性粒子以及親水性基團(tuán)有助于提高材料的表面能,幾乎沒有環(huán)境污染和健康危害,且處理效率高、成本低。

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