傅立叶变换红外光谱分析等离子体处理过的碳纤维增强复合材料
言 由于兼具质量轻、伸缩性好和抗冲击性强等*性质，工程的 crfp 广泛应用 于商用和航空域。cfrp 是一种有机材料，其物理和化学应力与航空制造 业中使用的金属有明显的不同。agilent 4100 exoscan ftir 是一种实用性很高 的无损分析仪，可用于检测由于高温暴露对 cfrp 造成的破坏性的化学氧化变化。 在本应用简报中，我们将展示 4011 exoscan 同样能够有效地测量等离子体处理 对 cfrp 剥离层的修复和激活特性，以使 cfrp 各部分之间实现键合。
复合材料零件通常采用预浸料成型，也就是将预浸料填充 于模具中以获得所需的形状。该过程先是将预浸料置于 其他材料的各层之间，然后将整个体系置于真空当中。剥 离层（脱模布）通常用于防止复合层压板与其他薄层发生 相互粘连。该层包含一种化学脱模剂，通常是聚二甲基硅 烷 (pdms) 或者基于碳氢化合物的材料（蜡）。从成型的 cfrp 部件中去除剥离层后，难免会有一些脱模剂残留，因 此必须进行处理并活化 cfrp 表面，从而获得键合。 表面处理和活化通常采用射频等离子体。在等离子体清除 过程中，如果 cfrp 部件处理不当，将会导致次优化的成键 表面。处理不足会使脱模剂不能充分发生改变，而处理过 度虽改变了脱模剂，但也会导致 cfrp 出现热损伤。处理 不足还会导致更加严重的粘接失效，从而大地降低其机械 强度；而处理过度将会导致 cfrp 损伤，但对剥离强度影 响不大。因此，精细的等离子体处理过程是非常有必要的， 确保材料表面得到有效的处理同时还能将 cfrp 的热损伤降 到低。 等离子体处理的有效性主要取决于等离子体喷嘴在 cfrp 表 面移动的速度以及喷嘴和样品表面的距离。以上两个参数 的微小变化都会导致等离子体处理的有效性大大降低。本 研究主要是证实采用手持式 ftir 可以无损检测和测量等离 子体处理后 cfrp 的化学变化，同时通过多变量预测算法来 客观评价等离子体处理的有效性。
实验部分 材料、实验方法和仪器 为了验证手持式 ftir 设备，例如 4100 exoscan 和新推 出的 4300 手持式 ftir（参见工具栏）在测量等离子体处理 的有效性方面的能力，本实验采用了测量 cfrp 层间粘接剥 离强度值 g1c 的方式进行。先，固定等离子体喷嘴的横 向移动速度，递进地改变喷嘴到样品表面的纵向距离，由此 测定 cfrp 测试条 ftir 光谱的变化与等离子体喷嘴到样品 表面的距离的关系。通过这种方式，所有的表面处理状态， 如处理过度处理和处理不足，都可以通过 ftir 测量 获得。含有 pdms 或蜡状脱模剂的 cfrp 处理表面，在经 过上述的等离子体清除处理后可以采用 4100 exoscan 进行 测试。ftir 系统配有高收集效率的漫反射采样接口（图 1）。 所有 ftir 谱图都包含 128 张重复叠加扫描的干涉图，可以 在 1 分钟左右获得 8 cm-1 的分辨率。
cfrp 样品从模具中取出来后直接进行等离子体处理。同时 制备了一些表面含有 pdms 和蜡状脱模剂的 cfrp 样片。等 离子体喷嘴在每个 crfp 样片上的横向移动速度为 6 cm/s， 对样片表面的扫描时间大约 4.5 。等离子体喷嘴与样片表 面之间的距离通过预设的程序控制，变化范围为 20.5 mm 到 5 mm（图 2）。喷嘴与样片纵向距离（间 隙尺寸）将造成对样片表面的处理不足，样片在 100 °c 下 还能保持良好。若因为间隙尺寸较小而使喷嘴距离样片太 近，将会对样片造成过度处理，使样片表面的瞬间温度超出 260 °c。在整个处理过程中，对样片的表面进行了 20 次红 外测量。由谱图可见，每一次测量样片表面的温度均有所 差异。另外，本实验还对许多经过不同高度的等离子喷嘴 处理过的样片进行粘接剥离强度测量。
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实验部分 材料、实验方法和仪器 为了验证手持式 ftir 设备，例如 4100 exoscan 和新推 出的 4300 手持式 ftir（参见工具栏）在测量等离子体处理 的有效性方面的能力，本实验采用了测量 cfrp 层间粘接剥 离强度值 g1c 的方式进行。先，固定等离子体喷嘴的横 向移动速度，递进地改变喷嘴到样品表面的纵向距离，由此 测定 cfrp 测试条 ftir 光谱的变化与等离子体喷嘴到样品 表面的距离的关系。通过这种方式，所有的表面处理状态， 如处理过度处理和处理不足，都可以通过 ftir 测量 获得。含有 pdms 或蜡状脱模剂的 cfrp 处理表面，在经 过上述的等离子体清除处理后可以采用 4100 exoscan 进行 测试。ftir 系统配有高收集效率的漫反射采样接口（图 1）。 所有 ftir 谱图都包含 128 张重复叠加扫描的干涉图，可以 在 1 分钟左右获得 8 cm-1 的分辨率。
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