低温等离子体表面改性对CFRP胶接性能的影响

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     

纳秒激光调控CFRP复合材料表面润湿性及其对胶接性能的影响

采用纳秒激光对碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料进行表面预处理,调控其表面成分、粗糙度和表面润湿性,然后采用SEM、接触角测量仪、光学轮廓仪、XPS等表征CFRP复合材料的表面微观形貌、接触角、粗糙度和化学成分,并通过拉伸剪切实验评价和分析激光表面处理对CFRP复合材料胶接强度的影响规律和机制。结果表明:优化激光表面处理参数,可以去除CFRP复合材料表面的环氧树脂胶,调控其表面成分、粗糙度和表面润湿性;与未处理的CFRP复合材料相比,激光表面处理后的CFRP复合材料表面化学成分改变,表面粗糙度有所增加,润湿性提高,胶接强度也增大;与未处理CFRP复合材料相比,激光离焦量分别为5 mm、10 mm和15 mm时,处理后的CFRP复合材料胶接强度分别提高了129.41%、112.13%和105.88%;激光表面处理CFRP复合材料的表面润湿性和表面粗糙度均高于机械处理CFRP复合材料,但激光处理导致的热损伤对胶接强度提高有负面影响。      

等离子体活化改善碳纤维复合材料浸润性

为了提高碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的浸润性,采用霍尔离子源等离子体放电对复合材料表面进行活化处理,通过接触角测量、金相微观分析和红外光谱分析法,分别探究不同参数(气压、电流、时间)对等离子体活化CFRP浸润性的影响,同时考察活化后复合材料在不同环境中浸润性随时间的变化。研究结果表明,不同参数下活化所得基体表面的浸润性都显著提高;由红外光谱分析可知C—C数量减少,C—O数量增加,酯基数量减少,酮基、羧基和醇羟基数量相应增加,基体表面极性增强,浸润性显著提高。基体表面活化后存在"老化"现象,常温水中保存可以延缓这种现象。     

环境湿度对等离子体处理聚乙烯木塑复合材料表面时效性的影响

利用接触角、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)和胶接强度等分析方法研究了湿度对等离子体处理聚乙烯木塑复合材料表面时效性的影响。结果表明,不同的湿度对表面处理的时效性影响不同。随时间的延长,23%湿度下放置的试样,表面C元素含量逐渐增加,O元素含量逐渐降低,含氧极性基团逐渐减少,材料表面粗糙度变化不大,粘接强度下降;而84%湿度下放置的试样,表面C元素含量先增加而后降低,O元素含量先降低而后增加,含氧极性基团先减少而后增多,材料表面出现微裂纹,粘接强度先降低而后增大。湿度较大的放置环境对等离子体处理材料表面的时效性影响更大。     

常压介质阻挡放电对聚苯乙烯表面改性研究

鉴于介质阻挡放电(DBD)是工业上非常有前途的处理材料表面的环保技术,于是采用常压DBD产生的空气低温等离子体对聚苯乙烯(PS)薄膜进行了表面改性.通过接触角测量、原子力显微镜(AFM)观察和X射线光电子能谱(XPS)分析,研究了空气等离子体处理前后PS薄膜的表面性能的变化.结果表明,PS膜表面润湿性随处理时间的延长而提高,PS膜表面粗糙度增加,而且在表面10nm范围内引入了含氧和含氮的官能团.等离子体处理后PS薄膜润湿性改善的主要原因是由表面粗糙化和引入含氧、含氮极性官能团的复合作用造成的.     

低温等离子体处理对纤维毡润湿性能的影响

通过低温等离子体技术对纤维毡进行表面改性,提高其表面润湿性。对未经过任何处理的熔喷聚乙烯纤维毡进行低温等离子体处理,通过接触角测量仪、红外光谱仪和扫描电镜对经过空气等离子体及丙烯酸气相等离子体处理的纤维毡进行表面接触角、官能团以及纤维表面形貌等特征进行表征。结果显示,随着放电时间和放电功率的增加,纤维毡表面亲水性得到了不断提升,改性后的纤维表面接枝了羟基(—OH)、醛基(—CHO)及羰基(C=O)等亲水性官能团,且表面形貌发生了一定的变化,表面微观粗糙度有所增大。这些一系列变化最终使纤维毡表面润湿性得到了有效改善。     

低温等离子体对低密度聚乙烯(LDPE)薄膜表面改性的研究

利用低温等离子体,以氧气为工作气体,在工作压力为20 Pa、处理功率为30 W的条件下对LDPE薄膜进行了表面改性。用接触角、FTIR ATR、DSC、SEM、AFM等手段对改性表面进行了分析。结果表明:在10 s～300 s的处理时间内,单位面积的失重率随处理时间的增加线性增大;接触角在0～20 s内随处理时间的增加显著减小,而在40 s～300 s的处理时间内并没有发生显著变化;改性后的接触角随着放置时间的推移逐渐增大;LDPE薄膜经过氧等离子体处理后能在其表面引入各种极性基团,主要是羰基、羟基和羧基;处理后薄膜的热性能(主要是结晶度)发生了改变。     

氧化钛薄膜表面等离子体处理引发官能团形成的研究

采用水/氧气,丙烯酸/氧气脉冲射频等离子体处理方法,对氧化钛薄膜进行表面改性.结果表明,水蒸气/氧气混合气体等离子体处理在氧化钛薄膜表面产生了吸附水及游离羟基,丙烯酸/氧气混合气体等离子体处理在氧化钛薄膜表面形成了羟基、羧基和羰基官能团.经水蒸气/氧气、丙烯酸/等离子体处理的氧化钛薄膜的水接触角分别降低了67.3和58.5°,极性分量分别增加了36.5和50.9mJ/m2,表现出很好的亲水性.     

常压N2+H2O气液DBD等离子体处理PP无纺布的超亲水性研究北大核心CSCD

采用接触式气液介质阻挡放电装置,采用常压N2和N2+去离子水(H2O)两种介质阻挡放电等离子体对PP无纺布的表面进行改性研究,实验结果表明PP无纺布经N2+H2O等离子体处理60 s后表面出现了超亲水,其表面水接触角降为0°。但是经N2等离子体处理60 s,表面接触角由未处理时的115.8°降低至62°,并未出现超亲水。通过扫描电镜、X射线光电子能谱的对比分析发现,PP经N2+H2O等离子体处理60 s后,表面出现粘连、刻蚀,表面C1s的含量由原来的96.7%下降到31.8%,同时表面O1s和N1s的含量分别增加到38.4%和29.8%,比PP经N2等离子体处理60 s后C1s多降低20.8%,而O1s和N1s的含量分别多增加了12.7%和8.1%,并且PP表面分子出现明显的交联;而FTIR-ATR的结果进一步表明,PP经N2+H2O等离子体处理60 s后表面接入更多的-OH,从而导致表面超亲水。     

HDPE薄膜低温等离子体改性与粘接性能研究

利用氧气低温等离子体,在真空度为20 Pa,处理功率为30 W的条件下,对高密度聚乙烯(HDPE)薄膜进行了表面改性。研究结果表明:在20~200 s的处理时间内,单位面积的失重率随处理时间的增加线性增大,表面粗糙度也随着增加;处理后薄膜表面的接触角显著减小;接触角越小,剥离强度就越大;处理后能在薄膜表面形成羟基、羰基和羧基等各种极性基团。     

协同处理对湿热环境下木粉/聚乙烯复合材料表面性质演变的影响

采用硅烷偶联剂涂覆与等离子体放电协同处理的方法处理木粉/聚乙烯(WP/PE)复合材料表面,以改善其胶接性能。利用胶接强度测试、FTIR和X射线光电子能谱研究了硅烷偶联剂涂覆和等离子体放电的协同表面处理对WP/PE湿热环境下表面性质演变的影响,探究协同处理的WP/PE胶接接头湿热环境下的胶接耐久性。结果表明,协同处理后,WP/PE表面有含氧极性基团生成,且在偶联剂与材料表面之间形成了化学键接,胶接性能大为改善。湿热环境下,虽然处理试样的表面没有新的化学基团产生,但表面元素的化学环境发生了改变。WP/PE表面在湿热环境下的性质演变会直接影响其胶接接头的耐久性。协同表面处理能够降低湿热环境下WP/PE表面性质的改变程度,从而提高WP/PE的胶接性能,尤其是湿热环境下的胶接耐久性能。     

基于表面改性的国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料胶接性能

本文通过打磨、喷砂、等离子处理方法对国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料的待胶接面进行改性,分别制备了J-116B胶膜和J-375胶膜的浮辊剥离性能及拉伸剪切性能试验件。测试了不同处理条件下J-116B胶膜和J-375胶膜的剥离和剪切性能。采用SEM对老化前后、未经刻蚀和刻蚀后的剥离试样形貌进行观察。采用接触角测试仪测试了不同表面处理方法对国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料胶接面润湿性的影响,并采用XPS光电子能谱分析仪对等离子处理前后的国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料胶接面表面理化性能进行研究。结果表明:尽管J-375胶膜的室温剥离性能不如J-116B胶膜,但J-375胶膜具有更好的湿热老化性能。等离子处理后的国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料的破坏模式由黏附破坏为主转变为内聚破坏为主,因此使两种胶膜的拉剪和剥离性能均有明显提高。这是由于等离子体处理能够重组复合材料表面的分子链,在胶接表面形成新的活性基团。      

纳米SiO2质量分数对胶粘碳纤维增强树脂复合材料板-钢搭接界面黏结性能的影响

胶黏剂力学性能对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固钢结构的界面黏结性能影响显著。基于研制的胶黏剂配比,分析了不同纳米SiO₂质量分数对胶黏剂常温固化后基本力学性能及微观结构的影响,制作了31个CFRP板-钢板双搭接试件,对其进行了常温固化后的承载能力、有效黏结长度、传力模式、黏结-滑移本构等试验研究,得出了纳米SiO₂质量分数对CFRP板-钢板搭接试件界面黏结性能的影响规律,并与常用商品胶黏剂进行了比较。研究结果表明:随纳米SiO₂质量分数的增加,胶黏剂应力-应变关系由线性转变为非线性,应变能、断裂伸长率及剪切强度分别最高提升了292.10%、202.88%和133.12%。微观结构分析表明纳米SiO₂的添加使断面粗糙度显著增加,形成了密集的塑性空穴,产生了更多的微裂纹,使胶黏剂的韧性大幅度提高。当纳米SiO₂质量分数从0增至1wt%,搭接试件破坏模式由界面破坏逐渐变为CFRP板层离破坏。掺入纳米SiO₂能显著增加搭接试件的极限承载力(提升256.96%)及界面有效黏结长度(提升3倍),提高CFRP表面的应变及界面剪应力峰值。纳米SiO₂质量分数为0与0.5wt%的搭接试件的黏结-滑移曲线为双线性三角形模型,纳米SiO₂质量分数为1wt%的搭接试件的黏结-滑移曲线为三线性梯形模型,黏结界面韧性大幅提升。CFRP-钢界面承载能力受胶黏剂拉伸强度与断裂伸长率的双重影响,非线性高强度(即具有较高应变能)胶黏剂对应的CFRP-钢搭接接头具有更好的界面性能。      

可剥布对T300/Cycom 970环氧树脂复合材料胶接性能的影响

在商用飞机复合材料结构制造过程中,可剥布在复合材料共胶接和二次胶接的表面处理过程中应用越来越广泛,逐步替代传统打磨方式。然而在实际应用中,可剥布与复合材料树脂体系之间存在一定的匹配性,经不同可剥布处理后的复合材料表面胶接性能存在较大差异。为研究其对胶接性能的影响,选用四种航空用可剥布对复合材料进行表面处理,采用热压罐工艺制备T300/Cycom 970环氧复合材料层压板,选取同一种航空用胶膜进行胶接。按照ASTM剥离测试和单搭接剪切测试标准,对T300/Cycom 970环氧复合材料胶接结构的性能进行测试,采用接触角测试、SEM和X射线能谱测试(XPS)分别对复合材料层压板制件和可剥布织物的表面润湿性、表面形貌和表面元素进行测试与分析。结果表明:选用聚酯湿可剥布处理后的T300/Cycom 970环氧复合材料胶接性能最佳;可剥布织物及涂层的残留会影响复合材料胶接性能;可剥布处理能改善复合材料表面润湿性,提高表面能,但并不能保障胶接质量;可剥布编织形式直接影响复合材料表面形貌,决定其表面粗糙度,对复合材料胶接性能也有较大的影响。     

基于激光三维雕刻的CFRP多梯层挖补胶接接头加工技术研究

在航空飞行器的碳纤维复合材料(CFRP)结构件损伤修复时,挖补胶接技术是获得高性能的CFRP层合板接头的理想工艺.本文提出一种CFRP层合板的多梯层挖补胶接接头设计策略,设计了挖补胶接接头阴阳膜构建和分层切片激光三维雕刻扫描工艺代码生成算法,探索了CFRP梯层界面的激光烧蚀成型工艺规律和粘结性能改善机理,验证了胶接接头...     

电感耦合等离子体对HDPE粉体的表面处理

用搅拌式电感耦合等离子体反应器对高密度聚乙烯（HDPE）粉体进行表面处理,采用水接触角、红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）对等离子体处理前后HDPE粉体的水接触角、表面成分的变化进行分析。实验结果表明,随着等离子体处理时间延长和放电功率增加,水接触角减小。在功率100W处理30min后,水接触角从处理前...     

钢和碳纤维增强材料胶接研究现状

碳纤维增强复合材料(CFRP)由于轻质高强,广泛应用于航空航天和汽车工业领域。金属传统的连接方式如焊接对金属和CFRP的连接有较多限制,所以目前CFRP和钢的连接主要还是胶接和机械连接。本文主要归纳了胶接的作用机理和失效形式及胶-铆混合连接的优点,总结胶接主要工艺参数:胶层厚度、粘结长度及表面处理对接头强度的影响,最后对该领域依然存在的主要问题和未来研究工作提出自己的看法。     

基于芳纶pulp优化的碳纤维增强树脂基复合材料的抗损伤性能及残余抗压强度

针对树脂基复合材料树脂粘接层脆性大且存在结构缺陷,易发生剥离和分层等突出问题,提出以轻质高强的芳纶pulp(AP)作为增强剂,通过模压成型制得强化的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP),研究不同添加面密度对复合材料抗钻孔、钻孔-冲击二次损抗性能和损伤后的抗压强度的影响。结果表明,6 g/m2 AP使复合材料直接、钻孔以及钻孔-冲击后抗压强度分别增强37.3%、41.0%和41.8%。分析认为:AP改善了树脂脆性,消除层间富树脂区域,提升层间断裂韧性,抑制了裂纹生长;同时AP以纤维桥连形式贯穿于树脂层和碳纤维层,不仅改善了树脂与碳纤维粘接界面的缺陷,也构建准Z方向的纤维排布,避免裂纹向单层界面扩展而导致结构分层,从而实现结构强化。      

偶联剂处理镀镍碳纤维/环氧树脂界面特性

采用硅烷偶联剂KH560对镀镍碳纤维进行偶联处理。通过扫描电镜、 红外光谱、 接触角测量和单丝复合体系多次断裂法测试研究对比偶联处理前后碳纤维的表面形貌、 结构、 润湿性能以及纤维/树脂体系的界面状态和粘结性能。结果显示: 偶联处理后, 镍镀层表面平整, 羟基等表面极性基团增加, 表面涂覆的KH560膜层完整; 镀镍碳纤维/树脂界面的浸润性得到改善; 镀镍碳纤维/环氧树脂的界面处没有气泡产生, 断点两侧的脱粘现象减轻; 单丝饱和断点数由46增加到65; 镀镍碳纤维/环氧树脂的界面剪切强度由(34.87±2.23)MPa提高到(72.51±3.77)MPa。