复合材料胶接表面的等离子处理

等离子体处理技术是指通过等离子体中的高能粒子对材料表面进行轰击,使表面物质降解,增加表面粗糙度,若等离子体中有其他活性粒子,如氧等离子,则可与表面物质发生反应而使表面活化的一种方法。等离子体处理技术可适用于纤维、塑料、橡胶以及复合材料的表面处理。

根据气体类型的不同,等离子体中的粒子组成也不同,但这些粒子均由电子、正负离子、自由基和未被电离的分子、原子组成。在等离子处理物质表面时,高能电子会首先轰击物质表面,使表面的化学键断裂,并形成小分子而挥发。在化学键断裂的同时,等离子体中的活性成分,如氧等离子、自由基,可与表面因电子轰击而断裂的化学键重新结合,残留在表面而活化表面。因此通常经等离子体处理后的表面,粗糙度会显著增加,同时表面会留有活性基团,这些活性基团可在胶接时与胶黏剂发生化学键合,能显著提高胶接强度。若产生等离子体的气体中仅含有惰性成分,则只能生成一个粗糙的表面。

用于复合材料增强用的碳纤维表面光滑且惰性较高,未经表面处理增强树脂时,纤维表面剪切力薄弱,增强效果不佳,极易在纤维树脂界面处发生破坏。等离子体表面处理是碳纤维表面处理技术中的重要一种,相比于其他氧化处理、表面涂层方法,等离子处理方法对纤维自身性能损伤最小,且处理过程几乎无其他废物产生,是一种环境友好型的处理工艺。

应用于通用塑料及橡胶的等离子体处理技术较目前机械打磨、抛光等方法相比,虽能获得较好的表面质量,但处理成本较高,难以大量推广应用,但适合对粘接质量要求较为苛刻的场合。

经等离子处理后纤维和树脂的界面结合力能够明显提升,剪切强度显著提高。最适合于复合材料胶接表面的介质阻档放电等离子体处理技术。介质阻档放电可以在常温常压中稳定进行,产生连续的等离子源,且放电设备造价合理,因此确保了其在工业化应用时的成本和连续性;其次,介质阻档放电能够通过反应性气体(如氧气)产生能够活化复合材料表面的粒子,可以确保表面能够提高足够的胶接强度。

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