碳纤维复合材料胶接面预处理方法与流程

本发明涉及表面处理技术领域，具体涉及一种碳纤维复合材料胶接面预处理方法。

背景技术：

为保证碳纤维复合材料胶接的强度和耐久性，必须对胶接接头进行表面预处理以增加胶黏剂与材料表面的粘接力。现有技术中，碳纤维复合材料胶接面表面预处理主要采用砂纸对表面进行手工打磨再用有机溶剂清洗的工艺。采用砂纸打磨，工作环境恶劣、打磨表面质量不均、表层纤维易损伤、工艺过程难以量化。砂纸打磨后的碳纤维复合材料表面会嵌入一些树脂基体的颗粒，一般的清洗工序很难将它们完全去除。这些嵌入的颗粒周围在振动、冷热交变或应力载荷条件下都会成为微裂纹的萌生区域，从而直接影响胶接的可靠性和寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种碳纤维复合材料胶接面预处理方法，以提高纤维复合材料胶接面表面预处理质量和工作效率。

为了达到上述的目的，本发明提供一种碳纤维复合材料胶接面预处理方法，采用准分子激光对碳纤维复合材料胶接面进行预处理；准分子激光直接将胶接面材料分子激发到电子态，直至打断材料分子的化学键，使胶接面产生蚀除现象而形成微观粗糙表面，同时，通过预处理过程中潜在的光效应改变碳纤维复合材料胶接面树脂基团活性及碳纤维表面特性，从而实现对碳纤维复合材料胶接面的预处理。

上述碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其中，所述准分子激光为波长为193nm～351nm的紫外激光，该紫外激光发射的光子能量在3.5ev～11.5ev之间。

上述碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其中，所述准分子激光的平均功率为30w～200w。

上述碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其中，所述准分子激光的扫描速度为10mm/s～1000mm/s。

上述碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其中，所述准分子激光采用线扫描方式或逐行扫描方式。

上述碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其中，线扫描方式中，所述准分子激光的线形光斑的扫描方向与碳纤维复合材料最外层纤维方向呈0°或±45°。

上述碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其中，所述碳纤维复合材料为碳纤维增强树脂基复合材料。

上述碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其中，所述碳纤维复合材料胶接面预处理方法还包括，用准分子激光对碳纤维复合材料胶接面进行处理后，将碳纤维复合材料胶接面浸没在无水乙醇或丙酮溶剂中，超声清洗30min～60min，然后擦拭碳纤维复合材料胶接面并置于洁净处晾干。

与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：

本发明的碳纤维复合材料胶接面预处理方法解决了传统的手工打磨过程中打磨参数无法量化、需要凭借操作人员经验、且效率低、劳动强度大等不足；该方法具有精度高、质量稳定性一致性好、能够实现自动化表面处理的特点，能够满足航天器结构地面装配的实际需求，还具备一定的技术移植性。

附图说明

本发明的碳纤维复合材料胶接面预处理方法由以下的实施例及附图给出。

图1是准分子激光器、准分子激光和碳纤维复合材料的组合示意图。

图2是本发明较佳实施例中逐行扫描方式的示意图。

图3是本发明较佳实施例中线扫描方式的示意图。

具体实施方式

以下将结合图1～图3对本发明的碳纤维复合材料胶接面预处理方法作进一步的详细描述。

本发明的碳纤维复合材料胶接面预处理方法采用准分子激光对碳纤维复合材料胶接面进行预处理。如图1所示，准分子激光器1产生的准分子激光2垂直入射碳纤维复合材料表面3(即碳纤维复合材料胶接面)，准分子激光2直接将表面材料分子激发到电子态，直至打断材料分子的化学键，使表面产生蚀除现象而形成微观粗糙表面，同时，通过预处理过程中潜在的光效应改变碳纤维复合材料表面3树脂基团活性及碳纤维表面特性，从而实现对碳纤维复合材料胶接面的预处理。

本发明中，所述准分子激光2为惰性气体和卤素气体的混合气体的分子在受到电子束激发时向其基态跃迁时产生的激光；本发明中，准分子激光2为紫外激光，该紫外激光发射的光子能量在3.5ev～11.5ev之间。较佳地，该紫外激光的波长为193nm～351nm。

根据碳纤维复合材料的特性(即碳纤维和树脂种类)，选择合适激光参数，可实现最佳预处理效果。所述激光参数包括激光功率、扫描方式和扫描速度。

本发明较佳实施例中，所述准分子激光2的平均功率为30w～200w；所述准分子激光2的扫描速度为10mm/s～1000mm/s。

本发明较佳实施例中，所述准分子激光2的扫描方式包括线扫描方式和逐行扫描方式。

图2所示为本发明较佳实施例中逐行扫描方式的示意图。如图2所示，所述准分子激光2的矩形光斑21在碳纤维复合材料表面3上做“蛇形”的往返扫描，图2中箭头表示矩形光斑扫描路径，图2中标号31表示未处理表面，标号32表示已处理表面。

图3所示为本发明较佳实施例中线扫描方式的示意图。如图3所示，所述准分子激光2的线形光斑22可实现大范围的表面处理，效率较高。实验表明，该线形光斑22的扫描方向(图3中箭头方向)与碳纤维复合材料最外层纤维方向呈0°或±45°时，表面预处理效果较佳。图3中标号33表示未处理表面，标号34表示已处理表面。

本发明较佳实施例中，所述碳纤维复合材料为碳纤维增强树脂基复合材料。

本发明的碳纤维复合材料胶接面预处理方法还包括，用准分子激光对碳纤维复合材料胶接面进行处理后，将碳纤维复合材料表面3(胶接面)浸没在无水乙醇或丙酮等溶剂中，超声清洗30min～60min，然后擦拭碳纤维复合材料表面3并置于洁净处晾干。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明的碳纤维复合材料胶接面预处理方法采用准分子激光对碳纤维复合材料胶接面进行预处理；准分子激光直接将胶接面材料分子激发到电子态，直至打断材料分子的化学键，使胶接面产生蚀除现象而形成微观粗糙表面，同时，通过预处理过程中潜在的光效应改变碳纤维复合材料胶接面树脂基团活性及碳纤维表面特性，从而实现对碳纤维复合材料胶接面的预处理。本发明的碳纤维复合材料胶接面预处理方法提高了纤维复合材料胶接面表面预处理质量和工作效率。

技术研发人员：刘良威;王芳;汪超;刘锦;宋华辉;黄亚忠
受保护的技术使用者：上海卫星装备研究所
技术研发日：2017.07.06
技术公布日：2017.12.15