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(shí)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(guò)程中引入脫模劑，并且環(huán)氧樹脂成分在CFRP成型過(guò)程中會(huì)聚集在表面，使其表面潤(rùn)濕性差，對(duì)粘結(jié)劑親和性弱，導(dǎo)致低的粘接強(qiáng)度，會(huì)對(duì)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(wèn)題，解決上述和問(wèn)題的根本原理是如何提高表面能，進(jìn)行表面預(yù)處理對(duì)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(rùn)濕性或者改變表面形態(tài)。沒(méi)有適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚辰咏宇^的可靠性和有效性將無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此，如何提高碳纖維復(fù)合材料的潤(rùn)濕性和是目前亟待解決的問(wèn)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(rùn)滑劑等），或者可以改變表面狀態(tài)，例如提高潤(rùn)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(dòng)、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(duì)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(dòng)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(rùn)濕性和粘結(jié)性。等離子體由于其相對(duì)簡(jiǎn)單、環(huán)保、有效的處理過(guò)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(shì)：
（1）等離子體是一種表面改性過(guò)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(duì)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(duì)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(lái)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(rùn)濕性，進(jìn)而提高粘接強(qiáng)度，并且不會(huì)破壞CFRP本身的機(jī)械性能，對(duì)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(méi)有環(huán)境污染和健康危害，且處理效率高、成本低。