等离子体表面处理改善CFRP碳纤维复合材料粘接性能

CFRP是以碳纤维织物作为增强体，环氧树脂作为基体的复合材料，由于表层的环氧树脂以及成型过程中引入脱模剂，并且环氧树脂成分在CFRP成型过程中会聚集在表面，使其表面润湿性差，对粘结剂亲和性弱，导致低的粘接强度，会对一系列工业应用产生不利影响，成为限制粘接广泛应用的关键问题，解决上述和问题的根本原理是如何提高表面能，进行表面预处理对于建立可靠的粘结结构至关重要，有效的表面处理，应该增加表面润湿性或者改变表面形态。没有适当的表面处理，粘接接头的可靠性和有效性将无法实现，因此，如何提高碳纤维复合材料的润湿性和是目前亟待解决的问题。
粘接接头的成功与否很大程度上取决于被粘物的表面处理，有效的表面预处理方式应该可以去除表面上的所有污染物（例如灰尘，微生物，润滑剂等），或者可以改变表面状态，例如提高润湿性，提高表面能并在表面引入官能团，使胶粘剂充分流动、彻底铺展；或者增加表面粗糙度，进而增加粘接面积和机械互锁；所有这些都有利于在粘合剂的分子与基底之间实现牢固的结合。借助某些表面预处理，例如喷丸处理、硅烷偶联剂、酸化、等离子表面处理、可有效的提高粘接强度。
大气等离子体处理即对通入的气体施加高电压使其发生电离，包括激发的电子和原子、分子、自由基，在气体的压力作用下沿着喷嘴流动形成射流用于表面改性。这种气体电离产生大量的活性粒子，撞击在聚合物表面发生一系列物理变化和化学反应，例如刻蚀、清洁、表面活化或交联等，可以在基材表面产生高能极性基团，显著改善基材的润湿性和粘结性。等离子体由于其相对简单、环保、有效的处理过程而获得广泛的应用，目前在粘结表面预处理有着广泛的应用，是最有效的方法之一。
等离子体处理具有以下优势：
（1）等离子体是一种表面改性过程，仅影响材料表面性质而不改变其本体的特性。这种低损伤改性对于CFRP保持其优异的机械性能至关重要。
（2）大气压等离子体在空气中产生，是一种环境友好的方法，且产生的大气压等离子体射流可以均匀高效对CFRP表面进行改性。
（3）等离子体易于控制，可以根据不同的需求选择不同的气体和放电参数来获得所需要的效果。
（4）该方法不受材料的种类限制，任何聚合物、金属、陶瓷等均可以进行表面处理。
碳纤维复合材料由于表面层环氧树脂或表面脱模剂而表现出粘接性差，等离子体处理能与材料表面发生一系列物理变化和化学反应，可有效改善CFRP表面润湿性，进而提高粘接强度，并且不会破坏CFRP本身的机械性能，对扩展CFRP材料的应用范围具有积极意义。等离子体中含有活性粒子以及亲水性基团有助于提高材料的表面能，几乎没有环境污染和健康危害，且处理效率高、成本低。24572