混氧等离子体射流对CFRP表面性质及粘接强度的影响

摘要

目的探究不同氧气含量下大气压混氧等离子体射流特性,分析其对碳纤维复合材料(CFRP)表面理化性质的影响,研究其改善表面浸润性及粘接强度的机理。方法采用大气压介质阻挡放电(DBD),产生氦氧混合等离子体射流,对CFRP表面进行处理,研究了不同氧气体积分数射流对CFRP表面的作用效果,确定了相对较佳的氧气体积分数。借助接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱仪(XPS)等表面分析手段,对处理前后CFRP表面的润湿性、微观形貌、粗糙度和化学成分等进行测试分析。采用环氧树脂胶粘剂,分别对射流处理前后的CFRP与铝合金表面进行粘接,并测试不同表面的粘接强度。结果随着氧气体积分数的增加,射流长度变短,温度逐渐下降。氧气处理所得表面的浸润性相比未混氧射流处理所得表面的浸润性明显提高。当氧气体积分数为0.75%时,所得表面浸润性相对最好。与纯氦等离子体射流相比,混氧射流处理后,表面环氧树脂铺展速率更高,说明表面对胶粘剂的亲和性相对较好,所得表面粗糙度也相对更低。XPS测试结果表明,混氧射流处理所得表面含氧官能团含量更高,表面能相对较高,故表面润湿性较好。结论当氧气体积分数为0.75%时,混氧射流可更好地改善CFRP表面的浸润性,表面接触角由15.2°减小至接近0°,所得表面更平整,粘接强度相比未处理表面可提升约429.1%。