【摘 要】
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碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced plastic/polymer-CFRP）的胶接技术作为目前在航空、航天及汽车工业领域最热门的连接技术之一已经被广泛研究,胶接性能的影响因素中最重要的因素之一就是胶接面的表面处理。使用飞秒激光在CFRP表面进行处理具有加工精度高、范围广、热影响区影响极小的优势,而且可以通过优化参数获得具有不同微观形貌和润湿性的表面,进而提升胶接性
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碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced plastic/polymer-CFRP）的胶接技术作为目前在航空、航天及汽车工业领域最热门的连接技术之一已经被广泛研究,胶接性能的影响因素中最重要的因素之一就是胶接面的表面处理。使用飞秒激光在CFRP表面进行处理具有加工精度高、范围广、热影响区影响极小的优势,而且可以通过优化参数获得具有不同微观形貌和润湿性的表面,进而提升胶接性能。目前国内外对飞秒激光处理CFRP表面提升胶接性能的研究较少,机制尚未明确。基于此,本论文利用飞秒激光微纳制备技术,选取热固性CFRP为实验样品,围绕表面处理改善CFRP的胶接性能进行了系统研究,具体进行了以下的工作:首先对飞秒激光在CFRP的表面作用的结果进行了分析,将处理后的CFRP表面按照图形规划计算其碳纤维裸露率,结果表明:随着碳纤维裸露率和亲水性的提升,激光处理后的CFRP表面碳纤维损伤也随之严重;为解决良好树脂去除与碳纤维低损伤处理的矛盾,提出了分离优化的技术方案,在精准去除环氧树脂表面同时,保证了对碳纤维丝束的低损伤,同时在碳纤维丝上制备出波纹结构。然后把处理后的CFRP分别进行“CFRP+CFRP”和“CFRP+铝合金”的胶接实验,胶粘剂选取环氧胶和聚氨酯胶,等胶接接头完全固化后对接头进行力学性能测试,实验结果表明:在“CFRP+CFRP”的接头性能测试中,与未处理的表面相比,激光处理明显提升了胶接强度。在环氧胶接头中,分离优化技术方案的强度提升最大,较未处理提升245.24%;在聚氨酯胶接头中,分离优化技术方案提升了253.13%。进一步进行了CFRP与铝合金接头的测试,也取得了很好的提升效果,强度分别提升了269.53%和236.36%,这都表明了对CFRP表面的分离优化处理方案在CFRP胶接性能提高的可行性和应用潜力。最后对CFRP胶接接头断口形貌进行分析。环氧胶的流动性更大,因此CFRP表面润湿性和碳纤维损伤情况在对胶接强度影响中占主导因素。激光处理将环氧胶的胶接接头的破坏类型从以黏附破坏为主的混合破坏转变为内聚破坏或者内聚破坏为主的混合破坏,其中分离优化方案的胶接接头的破坏类型变为以基材内聚破坏为主的混合破坏;聚氨酯胶粘度高,在固化过程中会在CFRP和胶层之间出现弱界层,因此CFRP的表面形貌对其影响更大,弱界层的出现会对胶接强度的提升表现出副作用,分离优化方案的胶接接头的破坏类型是以胶层内聚破坏为主的混合破坏。
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