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)谋砻嫣幚恚辰咏宇^的可靠性和有效性將無法實現(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械互鎖；所有這些都有利于在粘合劑的分子與基底之間實現(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)而提高粘接強度，并且不會破壞CFRP本身的機械性能，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。