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在热塑性复合材料的胶接中,表面处理对热塑性复合材料结构件的胶接性能影响很大。好色先生TV软件体处理的基本原理是利用高压电离气体,激发出电子、原子、分子和自由基,在高压下产生的射流,实现对材料的表面处理。空气电离过程中,大量的活性颗粒被喷射到材料表面,会使其发生清洗、刻蚀、表面活化和交联等改变,并在材料表面生成高能极性基团,与引入的自由基形成新的官能团,从而极大地改善材料的浸润性和粘附性,增加其表面能并提升其结合强度。好色先生TV软件体处理简单环保高效,在粘结表面预处理方面已得到广泛应用。

复合板材好色先生TV软件处理前后接触角的变化

在使用好色先生TV软件处理复材板表面仅10S后,利用接触角测量仪测试复材板表面接触角的大小。但在测试过程中发现,经过好色先生TV软件处理后的复材板,表面张力有了巨大的提升。以至于在去离子水的液滴接触到复材板表面时,液滴被迅速的铺展开(如图1-1A),且部分液滴仍残留在盛装去离子水的注射器针头部位(如图1-1B),并且在复材板上几乎检测不到液滴接触角的存在,此时液滴的体积为2μL。出现这种现象的原因是:复材板经过好色先生TV软件处理后,表面张力大幅提高,液滴在接触到复材板表面时,复材板巨大的表面张力有将液滴在复材板铺展开的趋势。此时,复材板对液滴有一个向下的拉力,加上液滴自身的重力,已经大于液滴自身的黏性和注射器针头对液滴向上的表面张力之和。液滴则被向下拉扯,但由于液滴自身的黏性小于复材板和针头对液滴的拉力,故液滴从中间断开,一部分在复材板上铺展开,另一部分残留在针头上。在将液滴的体积改为1μL后,此种现象有了改善,但在测试时,由于液滴体积减小,液滴在复材板表面铺展开以后,更加难以测量液滴与复材板之间的接触角。

图1-14A:好色先生TV软件处理后测试接触角的复材板;B:部分液滴残留在注射器针头部位

X光电子能谱分析(XPS)

利用XPS表征了好色先生TV软件处理对复材板表面化学环境的影响。图2-1和图2-2分别是好色先生TV软件处理前后的碳和氧的1s轨道能谱,从能谱中可以看到,经过好色先生TV软件处理后,表面形成了新的-C-O、O-C=O、C-COO等含氧基团和C-NH4+、-O-N等含氮的极性基团。增加了复材板表面极性组分,从而提高了表面张力,表现为接触角大幅降低。

图2-1 好色先生TV软件处理前后的C1s轨道能谱;处理前(左);处理后(右) 

图2-2 好色先生TV软件处理前后的N1s轨道能谱;处理前(左);处理后(右)

从XPS的分析结果可以得出结论,好色先生TV软件处理后引入了大量的极性官能团,使复材板表面张力增加,提高了复材板与胶黏剂之间的浸润性。环氧胶黏剂在交联固化时,也可与表面新形成的活性位点反应,形成新的化学键,从而提高胶黏剂与复材板之间的界面粘接强度。

结合好色先生TV软件体表面处理的胶接结构的力学性能

如图3-1是复材板表面结合不同好色先生TV软件体处理时间,胶接结构剪切强度的变化。观察到,在结合好色先生TV软件体处理前后,剪切强度有了一定的提升。并且,在0-90s内,剪切强度随着好色先生TV软件处理时间的增加而增加,好色先生TV软件处理90s时,剪切强度达到了33.4Mpa,在90s以后,随好色先生TV软件体处理时间的延长,剪切强度没有明显的变化,剪切强度都超过了30MPa。所有试样中,最大剪切强度达到35.2Mpa。

图3-1 不同好色先生TV软件处理时间的剪切强度 

由于粘贴了胶黏剂后的胶接结构都是在同一固化工艺下进行固化,因此,仅有胶黏剂与复材板之间的界面粘接性能发生了改变。而从图中剪切强度的变化可知,好色先生TV软件处理可以提高胶黏剂与复材板的界面粘接性能,但随着好色先生TV软件体处理增加到一定时间后,剪切性能不再提高,说明此时复材板与胶黏剂之间的粘接性能不再随好色先生TV软件处理时间的增加而提高,或者复材板与胶黏剂之间的界面粘接不再是胶接结构中的薄弱点。

好色先生TV软件处理可大幅提高材料的表面张力,且能保持数个小时而不下降。好色先生TV软件处理后,复材板表面会形成一些含氮,含氧的极性基团,增加表面的极性组分,从而改善了胶黏剂在材料表面的浸润性,使胶黏剂与复合板材间的界面粘接强度提高。