碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon fiber reinforced plastic/polymer,CFRP)是實現(xiàn)汽車工業(yè)輕量化、安全性、舒適度的最新材料,具有明顯的性能優(yōu)勢。其連接技術(shù)的研究是最新的研究熱點(diǎn)。CFRP的膠接性能受材料表面狀態(tài)的影響極大,成為CFRP可靠應(yīng)用得的關(guān)鍵。本文針對熱壓灌方式成型以脫模布(TMB)和脫模劑(TMJ)進(jìn)行脫模的兩種熱固性CFRP進(jìn)行研究。TMJ與TMB區(qū)別僅為TMJ表面殘留有一層致密連接的脫模劑,但會嚴(yán)重影響各種表面處理的結(jié)果。通過對CFRP表面進(jìn)行多種表面處理,探究不同表面處理方法對CFRP表面的物理化學(xué)性能影響,并且通過對兩種CFRP與四種膠黏劑的膠接接頭拉剪強(qiáng)度、斷口形貌及載荷-位移曲線的分析,得出表面處理引起的表面物理化學(xué)變化如何影響膠接接頭性能。并且對其影響機(jī)理進(jìn)行合理的解釋。本文還通過兩種不同表面狀態(tài)的CFRP、不同粘性、強(qiáng)度、種類的膠黏劑對比分析,嘗試給出不同表面狀態(tài)的CFRP、不同粘性、強(qiáng)度、種類的膠黏劑所最適合的表面處理工藝。本文研究了打磨、底涂處理等傳統(tǒng)方法表面處理前后的膠接接頭拉剪強(qiáng)度及斷口形貌發(fā)現(xiàn),相比TMB表面,殘留脫模劑的TMJ表面與環(huán)氧膠的連接性能更佳,與聚氨酯膠的連接性能更差,一分鐘的人工砂紙打磨不能完全清除表面脫模劑的殘留,但卻能提高TMJ與聚氨酯膠的連接性能。同時由于打磨提高的粗糙度明顯的提高CFRP與環(huán)氧膠的膠接接頭強(qiáng)度,斷口甚至由界面破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榛钠茐�。而在本文處理條件下,底涂處理后強(qiáng)度與斷口均沒有明顯提高。等離子處理同時會引起TMB表面的物理及化學(xué)變化,會在表面形成大量微米級溝壑,提高了接觸面積,這對于粘度較低的環(huán)氧膠是非常有效的,但對于粘度非常大的聚氨酯膠效果不佳;而且由于引入含氧官能團(tuán),如羥基、環(huán)氧基,同時提高表面極性自由能,對于與表面反應(yīng)性不佳的環(huán)氧膠效果非常明顯,但對于與含氧基團(tuán)無明顯反應(yīng)性的聚氨酯膠幾乎無效果。等離子處理不能清除脫模劑,只能活化脫模劑,同時由于弱界層的產(chǎn)生,對TMJ膠接接頭處理效果不佳。激光處理對于對粗糙度敏感的環(huán)氧膠,是非常有效的處理方式,強(qiáng)度大幅度提高的同時,斷口也由界面破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榛钠茐摹Ｍ瑫r對于表面脫模劑的清理是非常有效地,因此可以極大的提高TMJ與環(huán)氧膠的膠接強(qiáng)度;但是對于對粗糙度不敏感,與對被膠接表面質(zhì)量要求不高的PU膠,反而會由于弱界層的存在,降低膠接強(qiáng)度。本文提出表面處理提高膠接強(qiáng)度機(jī)理為:膠層與界面的總連接強(qiáng)度等于單位面積的連接強(qiáng)度乘以連接面積,因此所有的處理方式都要通過改變這兩點(diǎn)來改變總膠接接頭強(qiáng)度。等離子處理提高活性官能團(tuán)含量,可以提高單位面積上化合鍵的形成,因而提高了單位面積的連接強(qiáng)度;同時還能提高表面積,增加連接面積,從而提高總接頭強(qiáng)度。激光處理、打磨處理通過產(chǎn)生溝槽,不僅增加了表面積,同時還產(chǎn)生了機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu),提高了單位面積的連接強(qiáng)度,從而提高總接頭強(qiáng)度。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB332;TB306;TG497
【部分圖文】：

極佳的抗疲勞性能，優(yōu)秀的耐熱性、抗腐蝕與抗輻射性可設(shè)計性好[2]等；CFRP 可以同時滿足汽車工業(yè)對于輕量等要求[5]，研究 CFRP 對于汽車工業(yè)的發(fā)展有著十分重P 常用連接方式熱固性 CFRP 的特殊性，常用的熱連接方式如焊接都不P，因此，常用的 CFRP 連接方式包括機(jī)械連接、膠接與混隨著學(xué)者對新型連接工藝的探索，多種具有創(chuàng)新性的連道。連接連接，作為一種通過利用螺栓或者鉚釘?shù)染o固件將兩個法，研究者們已經(jīng)研究了將近 30 年。圖 1-1 為機(jī)械連接栓連接方式[6, 7]。

（a）拉伸破壞 （b）剪切破壞 （c）擠壓變形圖 1-2 拉剪實驗中機(jī)械連接的三種基材破壞的失效形式 Three kinds of failure modes of mechanical joints in the tensile連接接是一種通過使用膠粘劑的使用來將兩個零件進(jìn)行與被連接件界面之間產(chǎn)生機(jī)械結(jié)合、化學(xué)鍵合等方接。圖 1-3 為典型的單搭接膠粘連接方式。圖 1-3 單搭接膠粘連接Figure. 1-3 Single lap adhesive bonding對膠粘原理主要存在以下幾種理論[9]：理論

1-2（b））以及擠壓變形（如圖 1-2（c））最后導(dǎo)（a）拉伸破壞 （b）剪切破壞 （c）擠壓變形圖 1-2 拉剪實驗中機(jī)械連接的三種基材破壞的失效形式 Three kinds of failure modes of mechanical joints in the tensile 連接接是一種通過使用膠粘劑的使用來將兩個零件進(jìn)行與被連接件界面之間產(chǎn)生機(jī)械結(jié)合、化學(xué)鍵合等方接。圖 1-3 為典型的單搭接膠粘連接方式。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2876101