等离子清洗机对 CFRP-铝合金界面粘结性能影响研究2

CFRP表面经等离子体处理后，胶接强度得到显著提高，然而等离子体处理对胶接强度的影响机制尚不明确。CFRP界面粘结强度主要受表面润湿性、表面粗糙度以及粘结界面的表面化学反应等影响。本章通过对等离子体处理前后的CFRP表面特性进行表征，包括对CFRP表面润湿性、表面形貌、表面粗糙度以及表面化学组分进行表征，探究等离子体处理对CFRP表面特性的影响规律和影响机制。

1.CFRP表面润湿性分析

等离子体处理对CFRP表面水接触角的影响

等离子体处理前后CFRP表面自由能

CFRP在进行等离子体处理时，过远或过近的处理距离均会影响处理效果及胶接性能。

1.当处理距离较近时，等离子体产生的带电粒子与复合材料表面接触时间较长，导致复合材料表面瞬时温度升高，从而形成溶解、孔洞等缺陷，表面树脂与胶粘剂的界面粘结性能降低，给复合材料胶接性能产生不利影响。

2.当处理距离较远时，复合材料表面附着的带电粒子减少，表面活性及处理效果降低。因此，在确定合适的等离子体处理距离后，可以适当提高处理速度，以提高等离子体处理效率。

2.CFRP 表面形貌分析

等离子体处理前后CFRP表面SEM图

     等离子体处理后，CFRP粗糙的纤维表面轮廓有利于增大与胶粘剂的粘结面积，但是随着树脂逐渐被烧蚀熔化，CFRP表面树脂与碳纤维界面结合性能减弱，这是由于CFRP表面树脂容易在胶接过程中随胶粘剂被剥离，从而对胶接性能产生不利影响，因此，为保证等离子体处理的过程中不损伤CFRP表面树脂及纤维，最佳等离子体处理距离为h=10mm。

3.CFRP表面粗糙度分析

等离子体处理前后CFRP表面AFM图

等离子体处理距离从10mm/s降低至5mm/s 时，CFRP胶接强度有所降低，说明CFRP表面谷峰型粗糙轮廓不利于胶粘剂在其表面的结合，这是由于CFRP表面谷底的空气气泡及或及其他粘结缺陷的存在，反而使界面实际粘结面积降低，从而影响界面粘结强度。

4.CFRP 表面化学组分分析

等离子体处理前后 CFRP 表面 XPS 图谱

(a) 未处理

(b)等离子体处理

(a) 未处理

(b) 等离子体处理

           等离子体处理前后 CFRP 表面 C1S 峰图谱

胶接理论认为，胶粘剂与被胶接件之间化学键合所形成的分子间作用力（范德华力等）一般比机械互锁形成的作用力更为牢固，因此，等离子体处理对复合材料胶接性能的提升，其主要来源是基于等离子体中的活性粒子对复合材料表面化学基团的活化。

结论

       经等离子体处理后，CFRP表面润湿性及表面的吸附性能增加；CFRP与胶粘剂界面的机械互锁性能增加；CFRP表面活性明显改善。