等离子清洗机对 CFRP-铝合金界面粘结性能影响研究

碳纤维增强复合材料（CFRP）具有重量轻、抗拉强度高、疲劳性能好等优异性能，在航空、航天、汽车等领域中的使用比例不断提高。复合材料在国外民用飞机运用中已经较为成熟，波音 B787 飞机及空客 A350 飞机中复合材料用量均达到 50%以上，在飞机机翼、机身、水平尾翼和垂直尾翼、机身内饰中均有大量应用。

等离子清洗机对 CFRP 胶接强度的影响

基于复合材料胶接接头拉伸试验后的破坏形貌差异，CFRP 胶接接头主要破坏模式可分为界面破坏、内聚破坏、基体破坏以及多种模式共存的混合破坏模式。

CFRP 在进行等离子体处理时，过远或过近的处理距离均会影响处理效果及胶接性能。

1.当处理距离较近时，等离子体产生的带电粒子与复合材料表面接触时间较长，导致复合材料表面瞬时温度升高，从而形成溶解、孔洞等缺陷，表面树脂与胶粘剂的界面粘结性能降低，给复合材料胶接性能产生不利影响。

2.当处理距离较远时，复合材料表面附着的带电粒子减少，表面活性及处理效果降低。因此，在确定合适的等离子体处理距离后，可以适当提高处理速度，以提高等离子体处理效率。

等离子清洗机对 CFRP 胶接接头破坏模式的影响

CFRP 表面经等离子体处理后，胶接强度明显提高。等离子体处理可以提高 CFRP 胶接强度，改变胶接接头破坏模式，使 CFRP 基体及胶粘剂性能得到充分利用，且等离子体处理复合材料的胶接性能明显优于丙酮表面清洗。

等离子清洗机对铝合金胶接强度的影响

等离子体处理后的胶接接头达到极限载荷后，依然有部分胶粘剂发生内聚破坏，等离子体处理可以使铝合金与胶粘剂粘结界面性能增强，胶粘剂性能在接头破坏过程中得到充分利用。

等离子清洗机对铝合金胶接接头破坏模式的影响

铝合金胶接接头破坏模式示意图

不同等离子体处理距离、速度下铝合金胶接接头断口形貌

等离子体处理可以改善铝合金与胶粘剂的界面粘结性能，减少或避免粘结界面失效（脱粘）的发生，从而提高铝合金胶接强度及胶接质量。

结论

CFRP表面经等离子体处理后，CFRP与胶粘剂界面结合性能增加，CFRP胶接接头逐渐发生胶粘剂破坏及CFRP树脂及碳纤维破坏，接头破坏模式从界面破坏转变为混合破坏模式，复合材料及胶粘剂性能得到充分利用。等离子体处理距离及速度的降低，铝合金胶接接头在拉伸破坏过程中胶粘剂破坏面积增加，界面破坏比例减少，铝合金胶接接头主要破坏模式逐渐由单一界面破坏转变为胶粘剂内聚破坏，铝合金与胶粘剂界面结合性能得到显著提高。