复合材料学报

作者：王大伟, 李晔, 刘志浩, 邹田春,

关键词：CFRP, 低温等离子体, 粘接性能, 表面改性, 浸润性,

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<i>P</i>和处理时间<i>t</i>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<i>P</i>=800 W，<i>t</i>=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。

来源：2023年第4期

《复合材料学报》期刊编辑部

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