低温等离子体表面改性对CFRP胶接性能的影响

摘要：

采用低温等离子体处理技术对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)表面进行处理,以氩气(Ar)、N2和O2作为等离子体激发气体,通过接触角测量仪、AFM、SEM和XPS等测试分析手段,对CFRP表面的润湿性、粗糙度、微观形貌和化学组分进行表征,并结合拉伸剪切试验测试和失效形貌分析,研究了等离子体气体类型、放电功率P和处理时间t对CFRP表面理化特性和胶接性能的影响.结果表明:Ar、N2和O2等离子体处理可以显著改善CFRP胶接性能,当P=800 W,t=20 s时,与未处理相比,CFRP胶接强度分别提高了138％、172％和253％.表面测试分析可知,Ar等离子体处理后,CFRP胶接强度的增加主要是通过提高表面清洁度和增大界面粘接表面积,试样失效模式由界面失效转变为内聚失效为主的混合失效模式.与Ar相比,N2等离子体处理后,CFRP表面生成了较多?NH2极性基团,表面活性增加,进一步提高了CFRP和胶粘剂之间界面的结合力.与以上两种气体相比,O2等离子体刻蚀CFRP表面更为剧烈,并对表层基团进行重组,形成了极性较强?COOH官能团,试样胶接强度提高效果最佳,试样失效模式由界面失效转变为基板失效.此外,当活性粒子的密度和能量过高时,较大的等离子体刻蚀孔隙,在一定程度上会降低胶接性能.

关键词：CFRP、低温等离子体、粘接性能、表面改性、浸润性

所属期刊栏目：40

分类号：TB332(工程材料学)

资助基金：国家自然科学基金52071069

在线出版日期：2023-04-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：2026-2037