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新聞資訊

表面處理對碳纖維材料膠接性能會產生哪些影響

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2019-09-26     瀏覽次數:    

 
    隨著,碳纖維復合材料(CFRP)在汽車中應用的發展,作為結構材料的一種其與鋼、鋁和自身的連接問題急需解決。CFRP是一種硬脆的材料,機械連接(鉚接,螺栓連接)都要用到鉆孔或者直接沖孔,在這個過程中,孔周圍碳纖維發生斷裂影響其結構本體性能,在孔周圍容易產生工藝缺陷。(結構膠膠接工藝省去了鉆孔、沖孔等工藝,且不會損害碳纖維復合材料的性能,膠接接頭具有優秀的疲勞性能。有研究表明,膠接接頭,普通模量(2GPa)的碳纖維在107疲勞處理后仍有70%以上的強度,高模量的CFRP甚至不會受到疲勞的影響。同時,汽車結構件采用結構膠接,可以同時解決工藝和強度的問題,零件數目少,結構輕,連接效率高,可降低制件成本。
 
 
    母材選用由挪恩復材提供的12kT700級碳纖維材料,采用熱壓罐工藝制造。結構粘膠則選用環氧膠和聚氨酯膠,對母材進行表面處理,分別是利用無水乙醇和丙二醇對碳纖維待膠接表面進行清洗、利用砂紙進行表面打磨和采用100mm/s的速度進行等離子處理,并進行剪切性能和剝離性能試驗。
 
    根據最終記錄的數據,在拉伸剪切測試中,載荷一位移曲線呈直線上升趨勢,這是由于在剪切過程中整個膠接面均勻承載,載荷均勻上升;在剝離過程中,連接母材首先發生彎曲變形承受部分載荷膠接面逐步承載直至失效,剝離拉伸載荷一位移曲線表現出一定的弧度。
 
    針對未進行表面處理的膠接連接試件進行試驗分析,可以看出環氧膠黏劑剪切強度高于聚氨酯膠黏劑,剝離強度則低于聚氨酯。這是由于環氧為高強膠黏劑,聚氨酯為高韌膠黏劑,在剪切過程中環氧抗剪性能較為優異,同時,聚氨酯膠層厚度高于環氧膠黏劑,更大的膠層截面使其抗剝離性能更為優異。
 
    對于聚氨酯與環氧兩類膠黏劑,打磨處理均使連接強度上升,等離子處理則會導致連接強度下降。等離子處理過程中,含有氧氣、氫氣的等離子處理會直接在表面引人活性基團,提高表面活性提高與膠黏劑的結合力;提高表面結合能,氧原子比例大幅增加,表面含氧官能團增加,降低界面結合力,后者起主要作用,這導致了等離子處理后連接性能的降低。
    總的來說,環氧膠黏劑抗剪性能較為優異,聚氨酯抗剝離性能更為優異,碳纖維結構設計中可依據結構工況選用合適結構膠黏劑;打磨處理可提高被粘物表面粗糙度提高膠接強度;等離子處理在被粘物表面引人活性基團,提高表面活性與膠黏劑的結合力,但同時會與表面官能團反應降低界面結合力,綜合作用導致膠接強度降低。

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