激光处理对CFRP与铝胶接性能的研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有轻质高强的特点,被广泛应用于汽车、航空航天、建筑等领域。但CFRP表面惰性高,使得CFRP与其他异质材料复合时的胶接强度低,不能满足使用。采用激光(光纤激光器)对CFRP进行表面处理后,再与铝进行胶接测试。利用SEM、接触角测试和光学轮廓仪测试对不同脉宽的激光处理后的CFRP表面形貌、表面能、表面粗糙度进行研究。结果表明,随脉宽增加,处理后的CFRP表面树脂残留量减少,表面粗糙度增加,表面自由能也相应增加。对比激光处理与机械打磨两种方式与铝的胶接性能发现,激光处理的CFRP与铝的胶接强度比未处理提高了1.95倍,比打磨处理提高了1.02倍。对其胶接断面进行分析可知,激光处理试样的断裂模式主要为纤维撕裂破坏。     

多异氰酸酯涂覆处理对聚乙烯木塑复合材胶接接头耐水性能的影响

采用多异氰酸酯对聚乙烯木塑复合材料进行表面涂覆处理以改善其胶接性能。利用接触角测试、表面形貌观测以及胶接强度和吸水量测试研究了涂覆表面处理对聚乙烯木塑复合材料胶接接头耐水性能的影响。结果表明,涂覆处理后复合材料的胶接强度和接头耐水性明显提高。水浸后聚乙烯木塑复合材料的表面性质发生了改变,随着水浸时间的延长,表面粗糙度增加,表面接触角下降。长时间水浸下胶接接头的吸水量增加,胶接强度下降。水环境下聚乙烯木塑复合材料中木质纤维的吸水膨胀是造成胶接性能下降的主要原因。     

硅烷偶联剂处理木塑复合材胶接接头的耐水性

利用硅烷偶联剂KH560对木粉/聚乙烯复合材料进行表面处理以改善其胶接性能。利用接触角、吸水量、表面形貌以及胶接强度测试等分析方法,研究了硅烷偶联剂处理聚乙烯木塑复合材料胶接接头在水环境中的胶接耐久性能。试验结果表明,机械打磨并偶联剂处理后,聚乙烯木塑复合材表面接触角增加,表面粗糙度增大,胶接强度和耐水性明显提高。偶联剂分子链上环氧基团的"架桥"作用以及甲氧基的憎水作用,是粘接强度和耐水性能提高的主要原因。浸水环境下,聚乙烯木塑复合材料表面粗糙度略有降低;随着浸水时间的延长,表面接触角下降,胶接接头的吸水量增加,胶接强度下降。水环境下聚乙烯木塑复合材料中木质纤维成分的吸水膨胀,是造成胶接强度下降的主要原因。     

多异氰酸酯表面处理对木塑复合材胶接耐水性的影响

采用多异氰酸酯对聚乙烯木塑复合材料进行表面处理以改善其胶接性能。利用胶接强度和接触角测试以及SEM、FTIR、XPS等分析方法研究了表面处理对木塑复合材料胶接接头耐水性能的影响。试验结果表明,经打磨并采用多异氰酸酯表面处理后,复合材料的胶接强度和耐水性明显提高。水浸环境下,短期内异氰酸酯处理的木塑复合材料表面变化不大;长期水浸下复合材料的表面逐渐出现微裂纹,表面性质发生改变,胶接强度下降。聚乙烯木塑复合材料中木质纤维的吸水膨胀,是造成水环境下胶接强度下降的主要原因。     

打磨对木粉/聚乙烯复合材料射流等离子体表面处理时效性的影响

采用空气气氛的射流等离子体对木粉/聚乙烯复合材料进行表面处理,以改善胶接性能。利用接触角和胶接强度测试以及红外光谱和X-射线光电子能谱分析等方法,研究了表面打磨对复合材料等离子体表面处理时效性的影响。研究结果表明,直接等离子体处理以及打磨后再等离子体处理都可以明显提高复合材料的胶接强度,相比之下,打磨后再等离子体处理可以在复合材料表面形成更多的含氧极性基团,有利于胶接性能的改善。木粉/聚乙烯复合材料的等离子体表面处理存在一定的时效性,与直接等离子体处理的复合材料相比,随着处理试样放置时间的延长,先打磨再等离子体处理的复合材料表面接触角、含氧极性基团以及胶接强度的变化幅度更小,表现出更小的处理时效性。尽管存在处理时效性,但等离子体处理后的胶接强度仍远好于未处理的试样。     

复合材料风扇叶片钛合金加强边胶接技术研究

本文以航空发动机复合材料风扇叶片钛合金加强边胶接为研究背景,开展钛合金/复合材料胶接技术研究,着重研究了基于AF191胶膜的钛合金/复合材料胶接工艺参数、不同结构复合材料与钛合金以及不同表面处理方式钛合金与复合材料胶接强度。结果显示:采用热压罐固化,并且在加压0.1 MPa后卸掉真空更有助于胶接;不同结构复合材料对胶接强度影响较大,刚度更高的复合材料表现为更好的胶接强度;采用酸洗和阳极化处理钛合金表面均能大幅提高胶接强度,并且配合表面预处理剂使用更佳。     

水对液相氧化处理聚乙烯木塑复合材胶接性能的影响

采用液相氧化方法对木粉/聚乙烯木塑复合材料进行表面处理以改善其胶接性能。研究了氧化处理后木塑复合材料胶接接头的耐水性,并利用接触角测试、SEM、FT-IR等分析手段,探讨了木塑复合材料胶接接头在水环境下的老化失效原因。结果表明,未处理的聚乙烯木塑复合材料难以胶接,经过液相氧化处理后,不但可以提高聚乙烯木塑复合材料的胶接强度,还可改善木塑复合材料胶接接头的耐水性。在水的作用下,液相氧化处理聚乙烯木塑复合材的表面结构会发生改变,复合材料中木质纤维的吸水膨胀也会导致材料表面出现裂纹,致使胶接接头失效。     

激光表面处理提高铝合金胶接接头强度的研究

粘接作为重要的汽车轻量化连接技术之一,胶接接头的强度和性能是我们关注的重点,胶接接头的强度和性能完全取决于胶粘剂接触的表面类型,因此在粘接之前对基材表面进行一定处理是粘接工艺中最重要的环节之一。金属的表面处理包括溶剂擦拭、机械打磨、化学清洗和酸蚀。激光表面处理是一种新型绿色环保的表面处理工艺,它可以高速有效的清洁材料表面附着物,并且改变材料表面微观结构及材料表面自由能及浸润性。从而提高粘接接头十字拉伸强度、单搭接拉伸剪切强度和接头耐水性能。通过激光处理,所有接头的破坏形式由界面破坏转为内聚破坏。对铝合金环氧结构胶2098G胶接接头而言,十字拉伸强度、剪切强度和水浴剪切强度,激光处理后比溶剂擦拭分别提高了17.8%,133.8%,88.1%。对铝合金聚氨酯结构胶TS6015胶接接头而言,十字拉伸强度、剪切强度和水浴剪切强度,激光处理后比溶剂擦拭分别提高了698%,225%,223%。激光表面处理有效的使铝合金胶接接头的强度达到胶的本体强度的94%~100%,是铝合金粘接的有效表面处理方法。     

氮气射流等离子体处理时间对PE-WPC表面性质的影响

为解决聚乙烯木塑复合材料制品之间的连接问题,采用氮气射流等离子体放电技术对复合材料表面进行处理,以改善其胶接性能。利用胶接强度测试、接触角测试以及表面红外分析和X-射线光电子能谱分析等手段对材料表面特性进行表征分析,研究氮气射流等离子体处理时间对聚乙烯木塑复合材料表面性质的影响。结果表明:经氮气射流等离子体处理,在材料表面产生大量含氧、含氮极性基团,表面接触角降低,N、O元素的相对含量增加,材料的润湿性能和胶接强度显著改善;且通过调整氮气射流等离子体处理时间,发现材料表面性能随处理时间的延长呈周期性的变化。表面性质的周期性变化主要源于氮气射流等离子体的物理刻蚀作用。     

等离子体处理工艺对聚乙烯木塑复合材料表面时效性的影响

利用射流等离子体放电对聚乙烯木塑复合材料进行表面处理以改善其胶接性能。采用接触角测试、FTIR和胶接强度测试等方法,研究了不同等离子体处理工艺对等离子体处理后材料表面时效性的影响。研究结果表明,等离子体处理后的聚乙烯木塑复合材料,随着放置时间的延长,表面接触角和表面极性基团会发生变化,表现出处理时效性。不同工艺的等离子体处理,其处理时效性各不相同;相比之下,机械打磨后再进行等离子体处理的试样处理时效性最小。尽管存在处理时效性,但经射流等离子体处理后的木塑复合材试样放置7d后,仍表现出远大于未处理试样的胶接强度。     

相容剂对木塑复合材料润湿性及力学性能的影响

采用不同的相容剂改善木塑复合材料界面相容性,通过接触角测定仪测定不同液体在复合材料表面的接触角,得知其表面润湿性,进而推导出其表面自由能。结果表明:相容剂均可有效提高木塑复合材料的界面结合性而,且相容剂5108的改性效果最好。     

偶联剂与等离子体协同表面处理对聚乙烯木塑复合材胶接性能的影响

采用硅烷偶联剂涂覆与等离子体协同处理的方法,对聚乙烯木塑复合材料进行表面处理以改善其胶接性能。研究了硅烷偶联剂浓度、等离子体处理时间、等离子体喷头距试件的处理距离对胶接强度的影响,优化了协同处理工艺。利用接触角测试、红外光谱分析研究了协同表面处理前后材料的表面性质变化,并对胶接接头的耐水性能进行了测试。结果表明:利用偶联剂涂覆和等离子体的协同处理,可以既提高胶接强度,又改善胶接接头的耐水性能。协同处理受偶联剂涂覆和等离子体处理的工艺因素影响较大,选取的优选处理工艺为偶联剂浓度为5%、等离子体处理时间为30s、处理距离为30mm。     

可剥布表面处理对复材胶接质量的影响

复合材料的胶接质量取决于多种物理和化学因素,主要与可剥布的成分、胶接面微观形态、环境湿度等因素息息相关。为研究可剥布处理后复材表面形貌特征和表面自由能对胶接质量的影响,通过扫描电子显微镜、表面张力仪等检测手段,建立了复合材料表面特性与断裂韧性之间的关系。结论表明表面清洁度对胶接质量有直接影响,而表面自由能对胶接质量的影响尚未得到证实。     

等离子体放电气氛对WPC协同表面处理效果的影响

采用打磨、偶联剂涂覆与射流等离子体放电的协同处理方法对聚乙烯木塑复合材料(PE-WPC)进行表面处理,以改善其胶接性能。利用胶接强度测试、接触角测试、红外光谱分析和X-射线光电子能谱分析等方法研究了氮气、氧气、空气三种等离子体放电气氛对WPC协同表面处理效果的影响。结果表明:不同等离子体放电气氛的协同处理,都能在材料表面引入大量含氮、含氧和含硅的极性基团,改善其胶接性能。不同的等离子体放电气氛对材料表面协同处理效果的影响不同,氧气气氛对材料表面的氧化刻蚀作用较为明显,能引入更多的硅氧官能团;而氮气气氛对材料表面的化学改性较为突出,在材料表面引入更多的含氮和含氧基团,改善材料表面的润湿性能和胶接性能。实际胶接时可以针对不同的处理气氛匹配不同的胶黏剂以获得更好的胶接性能。     

复合材料胶接表面的等离子处理技术

介绍了等离子的定义,简要描述了等离子处理技术的原理及其在纤维表面改性的应用,综述了近年来国内外等离子处理技术在处理复合材料待胶接表面的研究进展,阐述了等离子处理技术在处理过程中需要重点考虑的几个关键因素,如功率、时间、气体种类和气压等,同时阐述了表征处理结果的方法,如平均表面粗糙度、接触角(水),以及胶接完成后的剪切强度、破坏模式。最后,指出国内开展等离子体处理复合材料胶接表面研究存在的问题。     

贮存环境对PE-WPC等离子体处理时效性的影响(I)——表面结构及粘接性能

利用等离子体处理技术对聚乙烯木塑复合材料(PE-WPC)进行表面处理以改善其胶接性能,将处理后的WPC分别贮存在真空(室温)、空气(室温)和空气(低温)环境中,利用接触角、FT-IR和胶接强度测试等手段,研究了不同贮存环境对等离子体处理后材料表面时效性的影响。接触角测试结果表明,随着放置时间的延长,贮存在3种环境中的试样的表面接触角均逐渐增大,相比之下,处于真空和低温环境中的试样接触角变化较小;红外光谱分析表明,贮存于3种环境中的试样表面的-OH基团随着放置时间的延长几乎消失,-C-O和C=O基团也逐渐减少,处于真空和低温环境中的试样表面残留的极性基团较空气中的试样多。胶接强度测试结果表明,随着放置时间的延长,放置在3种环境中的试样表面粘接强度逐渐降低,其中放置于空气(室温)中的试样的粘接强度降低的幅度最大。等离子体处理尽管存在时效性,但贮存30d的试样的胶接性能仍优于未处理的试样。     

贮存环境对PE-WPC等离子体处理时效性的影响(Ⅰ)——表面结构及粘接性能

利用等离子体处理技术对聚乙烯木塑复合材料( PE-WPC)进行表面处理以改善其胶接性能,将处理后的WPC分别贮存在真空(室温)、空气(室温)和空气(低温)环境中,利用接触角、FT-IR和胶接强度测试等手段,研究了不同贮存环境对等离子体处理后材料表面时效性的影响.接触角测试结果表明,随着放置时间的延长,贮存在3种环境中的试样的表面接触角均逐渐增大,相比之下,处于真空和低温环境中的试样接触角变化较小;红外光谱分析表明,贮存于3种环境中的试样表面的-OH基团随着放置时间的延长几乎消失,-C-O和C=O基团也逐渐减少,处于真空和低温环境中的试样表面残留的极性基团较空气中的试样多.胶接强度测试结果表明,随着放置时间的延长,放置在3种环境中的试样表面粘接强度逐渐降低,其中放置于空气(室温)中的试样的粘接强度降低的幅度最大.等离子体处理尽管存在时效性,但贮存30 d的试样的胶接性能仍优于未处理的试样.     

基于分子动力学的氧化锌疏水性模拟研究

ZnO材料因其具有油水分离效率高、制备工艺简单、费用低廉等特点,在油水分离领域具有重要的作用。采用分子动力学方法研究了ZnO材料微观疏水机理。通过改变壁面分子与水分子之间的势能函数参数获得不同的固液作用强度与界面自由能的关系;模拟水滴在不同能量表面上的接触角,统计分析液滴在表面上的稳态接触特征,对比基于液滴润湿形态测得的接触角和基于界面能计算获得的接触角之间的差异;基于氧化锌最低表面能界面构造微纳结构,对不同微纳结构的润湿性进行分析。结果表明,ZnO材料气固界面自由能(γ_sv)和固液界面自由能(γ_sl)均随固液作用强度f的增大而增大,固液作用强度的大小可以用于区分ZnO材料的润湿性。随着固液作用强度的减少,改性后的氧化锌刚性表面的疏水性增强。在固液作用强度一定的条件下,微纳结构会使疏水性增强。     

微波辐射改性秸秆/HDPE复合材料的界面性能

利用微波接枝偶联剂处理秸秆纤维,采用光学法液滴形态分析系统测定3种不同方法处理的秸秆微粉的动态接触角及表面能变化,并制备相应的复合材料进行力学性能测试.研究结果表明:几种界面改性方法对秸秆微粉均有较好的改性效果,微波/KH550改性效果最佳,微波/钛酸丁酯次之,再次为直接微波处理.经微波处理后秸秆纤维的平衡接触角θe由40.26°上升到42.97°,经微波/钛酸丁酯处理后平衡接触角θe由40.26°上升到50.33°,而发现经微波/KH550处理后平衡接触角θe由40.26°上升到94.01°.而表面能则有不同程度减小,经微波/KH550处理后秸秆纤维表面能接近HDPE基体;经界面改性处理的秸秆纤维,其复合材料的拉伸强度提高0.40%～19.79%,冲击强度提高7.21%～15.29%.动态接触角法研究液体润湿微粉的动力学特性具有快速、准确、操作简单的特点,为研究植物纤维表面改性接枝等提供理论基础.     

直升机桨叶包片胶接前激光毛化处理的有效性研究

为提升直升机桨叶包片胶接质量,开展激光毛化技术在不同材料包片胶接前表面处理工艺中的有效性研究.分别对经酸洗、喷砂、激光毛化工艺处理后的钛合金、不锈钢、纯镍金属材料试件,进行外观、粗糙度、微观形貌检测,并在胶接后进行浮辊剥离试验、剪切强度试验,结果表明:激光毛化处理可在金属表面获得规则的微观形貌,且试件无变形现象,与喷砂表面同等级粗糙度下,浮辊剥离值及剪切强度明显高于喷砂或酸洗处理的表面,可有效提升胶接结合强度.