等離子體表面處理改善CFRP碳纖維復合材料粘接性能

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2023-07-05

CFRP是以碳纖維織物作為增強體，環氧樹脂作為基體的復合材料，由于表層的環氧樹脂以及成型過程中引入脫模劑，并且環氧樹脂成分在CFRP成型過程中會聚集在表面，使其表面潤濕性差，對粘結劑親和性弱，導致低的粘接強度，會對一系列工業應用產生不利影響，成為限制粘接廣泛應用的關鍵問題，解決上述和問題的根本原理是如何提高表面能，進行表面預處理對于建立可靠的粘結結構至關重要，有效的表面處理，應該增加表面潤濕性或者改變表面形態。沒有適當的表面處理，粘接接頭的可靠性和有效性將無法實現，因此，如何提高碳纖維復合材料的潤濕性和是目前亟待解決的問題。

粘接接頭的成功與否很大程度上取決于被粘物的表面處理，有效的表面預處理方式應該可以去除表面上的所有污染物（例如灰塵，微生物，潤滑劑等），或者可以改變表面狀態，例如提高潤濕性，提高表面能并在表面引入官能團，使膠粘劑充分流動、徹底鋪展；或者增加表面粗糙度，進而增加粘接面積和機械互鎖；所有這些都有利于在粘合劑的分子與基底之間實現牢固的結合。借助某些表面預處理，例如噴丸處理、硅烷偶聯劑、酸化、等離子表面處理、可有效的提高粘接強度。

大氣等離子體處理即對通入的氣體施加高電壓使其發生電離，包括激發的電子和原子、分子、自由基，在氣體的壓力作用下沿著噴嘴流動形成射流用于表面改性。這種氣體電離產生大量的活性粒子，撞擊在聚合物表面發生一系列物理變化和化學反應，例如刻蝕、清潔、表面活化或交聯等，可以在基材表面產生高能極性基團，顯著改善基材的潤濕性和粘結性。等離子體由于其相對簡單、環保、有效的處理過程而獲得廣泛的應用，目前在粘結表面預處理有著廣泛的應用，是最有效的方法之一。

等離子體處理具有以下優勢：
（1）等離子體是一種表面改性過程，僅影響材料表面性質而不改變其本體的特性。這種低損傷改性對于CFRP保持其優異的機械性能至關重要。
（2）大氣壓等離子體在空氣中產生，是一種環境友好的方法，且產生的大氣壓等離子體射流可以均勻高效對CFRP表面進行改性。
（3）等離子體易于控制，可以根據不同的需求選擇不同的氣體和放電參數來獲得所需要的效果。
（4）該方法不受材料的種類限制，任何聚合物、金屬、陶瓷等均可以進行表面處理。

碳纖維復合材料由于表面層環氧樹脂或表面脫模劑而表現出粘接性差，等離子體處理能與材料表面發生一系列物理變化和化學反應，可有效改善CFRP表面潤濕性，進而提高粘接強度，并且不會破壞CFRP本身的機械性能，對擴展CFRP材料的應用范圍具有積極意義。等離子體中含有活性粒子以及親水性基團有助于提高材料的表面能，幾乎沒有環境污染和健康危害，且處理效率高、成本低。