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摘要:

常压等离子改性被广泛应用于改善碳纤维复合材料(CFRP)的胶接性能,然而等离子改性过程会造成CFRP表面温度升高,导致热变形、热内应力甚至破坏基材,因此需要进一步优化工艺参数,获得满足工程使用要求的等离子改性效果。本文采用空气作为常压等离子的气源,测试了不同等离子改性参数下CFRP表面的温度,建立了表面温度与喷嘴高度、扫描速度之间的函数关系,实现了准确的表面温度预测(均方根误差2.7℃,最大偏差5.4℃),并进一步优化了等离子改性的扫描路径,以减少改性过程中热量的累积效应。结合等离子改性对CFRP胶接性能的测试结果,最终确定了满足表面处理温度小于150℃条件下等离子改性的最佳工艺参数:喷嘴高度16 mm,扫描速度45 mm/s,扫描间距16 mm。此时,CFRP表面温度为143.9℃,I型断裂韧性提升至425 J/m2 (相比原始状态提升约534.3%),失效模式由界面改善为混合失效。该研究结果旨在找到表面温度与性能提升的最佳等离子改性工艺参数,对于等离子改性工艺在CFRP中的工程应用具有重要参考价值。