專(zhuān)利名稱：：使用常壓等離子體束表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的方法使用常壓等離子體束表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的方法發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種使用常壓等離子體束表面處理復(fù)合材料表面的方法，具體地，涉及有助于它們對(duì)另一復(fù)合材料表面或另一基底的粘合劑粘接的復(fù)合材料表面處理方法。發(fā)明背景在航空工業(yè)中，尤其是對(duì)于使用碳纖維復(fù)合材料制造的結(jié)構(gòu)的情況下，粘合劑粘接的設(shè)計(jì)是正在引起興趣的領(lǐng)域。粘合劑粘接的數(shù)量和結(jié)構(gòu)重要性在近年中日益增長(zhǎng)，并且在大多數(shù)的情況下，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度由它們粘接的強(qiáng)度決定。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械粘接(鉚接或螺接)，粘合劑粘接具有許多優(yōu)點(diǎn)這些粘接不需要對(duì)結(jié)構(gòu)的鉆孔，它們將應(yīng)力分配在比機(jī)械粘接更大的面積上，并且增加較少的重量，以及對(duì)疲勞具有更大的強(qiáng)度。進(jìn)行粘合劑粘接時(shí)所得到的結(jié)果由接觸的相之間的相互作用類(lèi)型決定。所述相互作用借助于幾種粘附機(jī)理而產(chǎn)生界面中的化學(xué)鍵形成、機(jī)械交聯(lián)、靜電粘附、大分子擴(kuò)散，以及吸附或潤(rùn)濕。當(dāng)對(duì)粘合劑粘接進(jìn)行機(jī)械試驗(yàn)時(shí)，得到了比借助于計(jì)算方法所得到的理論粘接能高幾倍的粘接能。這歸因于以下事實(shí)施加在粘合劑粘接上的機(jī)械應(yīng)力引起相的顯著局部扭變，并且在材料是耗散材料的情況下，由于粘彈性或塑性形變，在破壞附近的區(qū)域中發(fā)生了相當(dāng)大的能量消耗。使界面粘接破裂所需的能量與使固體變形所需的能量之間的這種協(xié)同作用達(dá)成增加粘合劑粘接的強(qiáng)度。但是，粘合劑粘接所具有的全部?jī)?yōu)點(diǎn)都以一系列影響它們的效率的因素為條件在基底粘接之前的表面處理、粘接伺服溫度、由于粘合劑和粘附體(adherent)之間的熱膨脹系數(shù)的不同而產(chǎn)生的殘余熱應(yīng)力，以及粘接的幾何形狀。同樣地，必須考慮的是，由于高濕度水平、溫度波動(dòng)和紫外線輻照入射所引起的影響，因此遭受外部介質(zhì)作用的粘合劑粘接結(jié)構(gòu)的界面粘合的耐久性是關(guān)鍵性的?？紤]到幾何和熱的因素，一旦粘合劑粘接的設(shè)計(jì)被最優(yōu)化，在基底粘接之前對(duì)基底進(jìn)行的表面制備就或許是粘接的最終效率和耐久性的最具決定性的因素。-由于以下事實(shí)，聚合物表面通常難以潤(rùn)濕和粘接它們具有低水平的表面能，它們可能與粘合劑不相容或甚至是化學(xué)惰性的，或者簡(jiǎn)單地涂覆有弱的邊界層或污染物。涉及聚合物材料之間的粘合劑粘接的最終效率的因素的數(shù)量使得非常難以發(fā)現(xiàn)保證它們的質(zhì)量的體系。粘合現(xiàn)象中這么多變量的干涉在一些情況下使得在粘合劑粘接中所得到的結(jié)果中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和重復(fù)性變復(fù)雜。這就是為什么在許多場(chǎng)合中，粘接接合處的控制需要復(fù)雜而昂貴的試驗(yàn)，用于保證最終的質(zhì)量?？煽亢椭貜?fù)的粘接方法的獲得允許減少或消除這些試驗(yàn)，從而在生產(chǎn)成本大幅度降低的同時(shí)，保證最終質(zhì)量。基底的表面制備是粘接方法的階段(phase)之一，其在大的程度上決定了從粘接得到的最終結(jié)果，因此該階段的最優(yōu)化決定所得質(zhì)量的保證。這就是為什么在整個(gè)過(guò)去已經(jīng)開(kāi)發(fā)了不同表面處理，以改善聚合物基底的粘合。全部的這些處理的目的是改善粘合劑粘接的最終效率，并且能夠保證得到的結(jié)果的不變性。在所開(kāi)發(fā)的處理中，最普通處理是與氧化化學(xué)試劑的使用、各種物理化學(xué)方法的使用、以及最后在基底表面上引入官能團(tuán)相關(guān)的那些處理。全部的這些處理在無(wú)數(shù)的工業(yè)應(yīng)用中得到了廣泛發(fā)展，但是它們中的許多具有某些缺點(diǎn)-化學(xué)方法在清潔和表面制備過(guò)程中，有機(jī)溶劑例如甲基乙基酮(MEK)、異丙醇(IPA)、丙酮或甲苯的使用存在易燃性的風(fēng)險(xiǎn)，以及對(duì)于操作者的安全和衛(wèi)生問(wèn)題。-物理方法清潔和脫脂處理必須在機(jī)械磨蝕系統(tǒng)(砂磨、噴砂等)之前。這些過(guò)程產(chǎn)生廢物，所述廢物必須隨后被除去，從而使得它不污染待粘接的表面。此外，在磨蝕過(guò)度的情況下，處理的表面的形貌可能被嚴(yán)重?fù)p壞，從而減少接觸表面，影響機(jī)械交聯(lián)，簡(jiǎn)而言之，弱化了粘合劑粘接。-物理化學(xué)方法由于物理化學(xué)處理(火焰、電暈(crown)、氧化化學(xué)作用等)在處理的聚合物表面上引入氧化基團(tuán)(羰基、羥基和羧基)，因此它們顯著地增強(qiáng)了聚合物基底的潤(rùn)濕性和粘合。所有這些方法都在聚合物加工工業(yè)中被廣泛傳播，但是它們的主要缺點(diǎn)在于處理的表面缺乏穩(wěn)定性。借助于這些處理得到的粘附特性的改善隨著時(shí)間的過(guò)去而逐漸劣化，因而粘合劑粘接的最終特征將取決于預(yù)處理的基底的劣化。此劣化基本上具有兩個(gè)原因氧化官能團(tuán)在它的貯存期間朝向聚合物內(nèi)部的再取向和遷移，以及更低分子量物種的部分損耗。此類(lèi)型的處理的另一個(gè)缺點(diǎn)在于，它們引起分子分裂過(guò)程。該分裂引起產(chǎn)生新界面的低分子量表面物種，所述新界面對(duì)環(huán)境條件非常敏感，并且它們的劣化會(huì)影響該新界面，從而引起粘合劑粘接性質(zhì)和它的長(zhǎng)期耐久性這兩者的降低。為了克服源于所有的這些表面處理的性質(zhì)的劣化和消失的缺點(diǎn)，已知的方法是，通過(guò)以兩個(gè)階段應(yīng)用的系統(tǒng)來(lái)改善聚合物基底粘合1.-借助于物理或物理化學(xué)方法的表面活化。2.-與表面物種相互作用的化合物的應(yīng)用，保護(hù)了活化，并且起粘合促進(jìn)劑的作用。所有的這些方法的主要缺點(diǎn)是由于對(duì)處理方法增加步驟所致的復(fù)雜性，以及用作粘合促進(jìn)劑的化學(xué)品的特異性，所述化學(xué)品必需適合于基底的各種化學(xué)性質(zhì)。借助于激光的表面處理需要昂貴和復(fù)雜的設(shè)備，并且它們的效率由于激光束能夠覆蓋小的面積，以及源于處理表面的熱劣化所致的問(wèn)題而降低。紫外線輻照處理是用于聚合物表面處理的令人感興趣的備選方法。UV輻照可以獨(dú)自應(yīng)用或與氧氣或臭氧一起應(yīng)用。此類(lèi)型處理的主要缺點(diǎn)在于，它們需要使用有機(jī)溶劑的預(yù)先清潔過(guò)程，從而導(dǎo)致了處理成本的增加，以及安全和衛(wèi)生的問(wèn)題。通過(guò)等離子體的處理顯著提高聚合物基底的粘合，從而達(dá)到需要水平的表面活化和潤(rùn)濕性。通過(guò)此類(lèi)處理得到的粘合劑粘接的強(qiáng)度比那些借助于磨蝕方法處理的粘合劑粘接的強(qiáng)度大四倍。可以在控制的處理?xiàng)l件下，借助于與氣體、氣體的混合物或單體的加入相結(jié)合的等離子體系統(tǒng)的使用，來(lái)提高表面能和潤(rùn)濕性水平，所述氣體、氣體的混合物或單體選擇性地對(duì)聚合物表面結(jié)合不同類(lèi)型的化學(xué)物種。常規(guī)等離子體系統(tǒng)具有的大的缺點(diǎn)在于，等離子體是在低壓下產(chǎn)生的，因此待處理的元件的尺寸受限于加壓室的尺寸。能夠在大氣壓下產(chǎn)生等離子體的設(shè)備的外觀消除了該尺寸缺點(diǎn)，并且相當(dāng)大地拓展了此類(lèi)處理的應(yīng)用領(lǐng)域，使得它們易于在大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)中自動(dòng)操作和安裝。此系統(tǒng)是簡(jiǎn)單的，不需要輔助操作，在消除污染物的同時(shí)活化處理表面，并且對(duì)于合理的儲(chǔ)存時(shí)間沒(méi)有可感知的劣化。在關(guān)于常壓等離子體的已知技術(shù)中，必須指出在下列專(zhuān)利中描述的技術(shù)-美國(guó)專(zhuān)利5,185,132，"常壓等離子體反應(yīng)及其裝置(Atmosphericplasmareactionandapparatustherefor)"。此專(zhuān)利描述了一種常壓等離子體產(chǎn)生方法，所述方法通過(guò)將介于惰性氣體和反應(yīng)性氣體之間的氣體或混合物引入到容器中，在此，它們?cè)谕扛灿薪殡姴牧系碾姌O的作用下反應(yīng)。還公開(kāi)了常壓等離子發(fā)生器的構(gòu)造和操作。-美國(guó)專(zhuān)利5,928,527。"使用大氣壓輝光放電等離子體源的表面改性(Surfacemodificationusingatmosphericpressureglowdischargeplasmasource)"。在此專(zhuān)利中，描述了一種通過(guò)使用由射頻信號(hào)產(chǎn)生的常壓等離子體的表面改性方法。所述等離子體是在低于IO(TC的溫度下，由氧氣或氧氣和惰性氣體的混合物產(chǎn)生的。在此整個(gè)專(zhuān)利中，列出了影響廣泛多種材料(半導(dǎo)體、聚合物、復(fù)合材料...等)的這種表面改性方法的應(yīng)用以及工業(yè)應(yīng)用(有機(jī)污染物清潔、脫漆、微電子中的組件的制造和組裝過(guò)程中的局部侵蝕、外科手術(shù)器材滅菌、復(fù)合材料在其粘合劑粘接之前的改性...等)，但是既沒(méi)有詳述，也沒(méi)有測(cè)定參數(shù)和使用條件。-JP2005005579"用于工件的穩(wěn)定運(yùn)輸以及電磁波泄露的防止的常壓等離子體處理裝置(Atmosphericplasmaprocessingapparatusforstabletransportationofworksandpreventionofelectromagneticwaveleakage)"。它描述了用于使用常壓等離子體連續(xù)處理的裝置，及其對(duì)于防止泄露的相應(yīng)電磁保護(hù)。作為用于在應(yīng)用起粘合促進(jìn)劑作用的化學(xué)產(chǎn)品之前活化表面的方法，常壓等離子體的不同的直接應(yīng)用是同樣已知的，例如在下列專(zhuān)利中描述的那些應(yīng)用US6800331。"功能聚合物表面的制備(Preparationofaflmctionalpolymericsurface)"。-WO0216051。"使用物理化學(xué)改性的濃流體噴射的表面清潔與改性過(guò)程、方法以及裝置(Surfacecleaningandmodificationprocesses,methodsandapparatususingphysicochemicallymodifieddensefluidsprays)"。-US5425832。"用于玻璃織物表面處理的方法(Processforasurfacetreatmentofaglassfabric)"。當(dāng)前，航空工業(yè)顯示顯著趨向是結(jié)合用復(fù)合材料制造的主要結(jié)構(gòu)體。主要用于制造航空結(jié)構(gòu)體的復(fù)合材料由用纖維(碳、玻璃、芳族聚酰胺)增強(qiáng)的聚合物基體組成。用此類(lèi)材料制造的結(jié)構(gòu)體顯著降低了飛機(jī)的最終重量，因而降低了它的燃料消耗。通常，它們是這樣的結(jié)構(gòu)其中以固體層壓體形式的基本元件由加強(qiáng)件(stiffener)表面地(superficially)增強(qiáng)。在大多數(shù)的情況下，所述加強(qiáng)件借助于粘合劑粘接而粘接到層壓體。已知這些粘接的巨大結(jié)構(gòu)重要性，于是它們的預(yù)先表面制備變得特別重要。在此工業(yè)中，由于明顯的安全原因，質(zhì)量保證變得特別重要。這就是為什么要探尋產(chǎn)生令人滿意和重復(fù)結(jié)果，并且保證制造組件的最終產(chǎn)量的方法的使用。表面處理的可靠性和可重復(fù)性決定了粘接結(jié)構(gòu)體的最終性質(zhì)。在航空工業(yè)領(lǐng)域中，在由聚合物基體復(fù)合材料制造的組件的粘合劑粘接之前，通常借助于下列兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行表面制備l:機(jī)械磨蝕(砂磨)+用有機(jī)溶劑(MEK或IPA)清潔。此方法的主要缺點(diǎn)在于，它通常通過(guò)手工來(lái)進(jìn)行，這引起它的重復(fù)性受到限制，以及它對(duì)操作者處理?xiàng)l件的巨大依賴。2,可剝離織物的使用+用有機(jī)溶劑清潔?？蓜冸x織物是聚合物纖維(聚酯、聚酰胺等)的織物，其被放置在待處理的聚合物表面上，從而保護(hù)它免受污染，并且改善它的表面精整程度(surfacefmish)。在進(jìn)行粘合劑粘接之前，通過(guò)將織物從其所處的表面剝離，并且用有機(jī)溶劑清潔表面，從而除去該織物。作為在粘合劑粘接之前的表面制備，織物的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生所需的微-粗糙度。此方法的主要缺點(diǎn)在于干預(yù)工藝的參數(shù)的量巨大，并且其可以影響借助于此方法制備的粘合劑粘接的效率。這種大量的可以改變工藝效率的因素致使其需要恒定的質(zhì)量控制。由于在組件的粘合劑粘接之前的表面制備所常規(guī)使用的方法具有某些缺點(diǎn)，所述組件由用連續(xù)纖維增強(qiáng)的聚合物基體復(fù)合材料制造，因此必要的是，確定可以取代前述方法的可靠、廉價(jià)、連續(xù)并且可再生產(chǎn)的方法。發(fā)明概述本發(fā)明提出了一種使用處于大氣壓的等離子體束表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的方法，以有助于該復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體對(duì)另一復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的粘合劑粘接，所述等離子體束由安置有發(fā)射噴嘴的等離子體發(fā)生器產(chǎn)生，所述方法的特征在于a)從包括在0.2和10cm之間的距離，將穿過(guò)噴嘴發(fā)射的等離子體束投射在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體上，所述等離子體束可以包含反應(yīng)性氣體；b)以包括在75。和105。之間的入射角將等離子體束投射在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體上。已經(jīng)證實(shí)，本發(fā)明的方法目的的使用在聚合物基底的活化上是有效的，提高了它們的表面能和潤(rùn)濕性。當(dāng)由用碳纖維增強(qiáng)的聚合物基體復(fù)合材料制造的組件之間的粘合劑粘接的機(jī)械性質(zhì)達(dá)到提高時(shí)，所述表面活化是非常重要的。目前，大量的航空結(jié)構(gòu)體是通過(guò)用具有這些特性的復(fù)合材料制造的組件的粘合劑粘接而制備的，因此本發(fā)明的方法對(duì)象的使用改善了這些結(jié)構(gòu)的普遍性能。本發(fā)明的方法對(duì)象改善了處理的聚合物基底的粘合，因?yàn)樗诒砻嫔袭a(chǎn)生氧化活性種，更改形貌，并且減少了對(duì)于粘合劑粘接效率高度有害的污染物例如氟或硅氧垸的存在。因而，不但它不需要使用有機(jī)溶劑的在先或隨后的清潔操作，而且它本身能夠從被處理的表面除去使粘接的機(jī)械性質(zhì)劣化的元素。本發(fā)明的方法對(duì)象的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)使用在大氣壓工作的等離子體發(fā)生器，允許將該處理拓展至其中待處理的結(jié)構(gòu)體通常具有大尺寸的航空應(yīng)用。在大氣壓下產(chǎn)生并投射等離子體的可能性還有助于該方法的自動(dòng)化及其在大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)中的建立。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，處理的自動(dòng)化反過(guò)來(lái)(inturn)允許開(kāi)發(fā)表面處理工藝質(zhì)量的大規(guī)模監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，例如測(cè)量處理表面上的接觸角。在任何情況下，系統(tǒng)保證了處理的重復(fù)性，這有利于通過(guò)統(tǒng)計(jì)取樣來(lái)建立質(zhì)量控制系統(tǒng)，或者甚至保證了不需在工藝過(guò)程中檢驗(yàn)的質(zhì)量系統(tǒng)。結(jié)合附圖，從下列對(duì)舉例說(shuō)明本發(fā)明的目的的實(shí)施方案的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點(diǎn)將是明顯的。附圖簡(jiǎn)述圖1示出在使用等離子體對(duì)碳纖維和環(huán)氧復(fù)合材料施加根據(jù)本發(fā)明的表面處理的試驗(yàn)中，通過(guò)改變活動(dòng)板的速度(處理時(shí)間)，接觸角的演變。圖2、3和4是分別示出在根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)象處理之前，以及在以5m/min的速率和1m/min的速率處理之后的復(fù)合材料表面的顯微照片。圖5示出在根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)象所處理的材料表面上，O、C的原子百分?jǐn)?shù)以及C/0比率相對(duì)于活動(dòng)板的速度的演變。圖6示出在根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)象所處理的材料表面上，N、S和F的原子百分?jǐn)?shù)根據(jù)活動(dòng)板的速度的演變。發(fā)明詳述作為本發(fā)明的目的，作為在粘合劑粘接之前的制備，對(duì)用碳纖維增強(qiáng)的聚合物基體復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)的表面處理方法，其基于將在以下指出的變量的適合(adaptation)，以使根據(jù)待處理的聚合物基體的化學(xué)特性所得到最終結(jié)果最優(yōu)化。常壓等離子體發(fā)生器的類(lèi)型。根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的表面處理方法可以使用商購(gòu)的常壓等離子體產(chǎn)生裝置進(jìn)行，而不論它們的具體技術(shù)特征以及它們用于產(chǎn)生等離子體的系統(tǒng)。關(guān)于噴嘴構(gòu)造，此方法是高度靈活的，可以使用點(diǎn)噴嘴(pointnozzle)來(lái)發(fā)射截頭圓錐形(fmstoconical)的等離子體焦點(diǎn)，并且也可以通過(guò)排列重疊的點(diǎn)源來(lái)設(shè)計(jì)覆蓋更大表面的噴嘴。當(dāng)選擇待處理的區(qū)域時(shí)，此最后者系統(tǒng)允許更大的靈活性，因?yàn)榭梢允褂萌康狞c(diǎn)源，或僅使用它們的一部分以覆蓋更小的區(qū)域。同樣地，還可以使用在長(zhǎng)條形表面(linealsurface)上分配等離子體的噴嘴，這保證了更大的處理均勻性，乃至使用能夠產(chǎn)生不同的處理輪廓的圓形噴嘴。在粘接航空結(jié)構(gòu)體的情況下，待處理區(qū)域總是與加強(qiáng)件和元件的底基表皮之間的接觸面相匹配，因此由加強(qiáng)件的底基的寬度和長(zhǎng)度決定。噴嘴和基底之間的距離。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在大氣壓下，以截頭圓錐形狀投射等離子體，從而噴嘴和基底之間的距離越大，處理的表面面積將越大。但是相反，距基底的距離越大，功率以及表面活化的有效性將越小。這就是為什么必須實(shí)現(xiàn)使束處理的區(qū)域的尺寸和它的有效性之間的折衷的解決方案，從而認(rèn)為此距離應(yīng)當(dāng)包括在0.2和10cm之間。在碳纖維復(fù)合材料的情況下，此最佳距離在0.5和3cm之間。在更小距離的情況下，熱劣化通常損害底基材料以及粘接接合處的最終性質(zhì)，并且對(duì)于更大的距離，處理有效性顯著降低。噴嘴和表面之間的距離的減小增加了處理強(qiáng)度，并且可以提高它的線速度。等離子體束的入射角。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，已經(jīng)證實(shí)，當(dāng)?shù)入x子體束的入射角包括在75。和105。之間時(shí)，該入射角不顯著地影響處理表面的性質(zhì)，只要在確定的距離容許偏差內(nèi)施加它即可。當(dāng)處理彎曲的表面時(shí)，入射角的這種非依賴性是尤其令人感興趣的。用于產(chǎn)生等離子體束的功率。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，等離子體束功率決定處理所達(dá)到的最終特性。如果使用過(guò)度的功率，則表面燒蝕可能甚至?xí)康奈⒋植诙?，從而損害粘合劑粘接的強(qiáng)度和耐久性。同樣，過(guò)度的功率可能使待處理的表面熱劣化，從而產(chǎn)生損害粘接效率的弱的界面。相反，如果等離子體的功率不足，則聚合物基體基底材料將達(dá)不到表面活化的所需水平，因此達(dá)不到它的粘合劑粘接性能的明顯改善。在碳纖維復(fù)合材料的情況下，最佳處理功率在2000和3000W之間。所使用的氣體或氣體的混合物。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可以將借助于常壓等離子體的表面處理與一種或多種反應(yīng)性氣體的作用相結(jié)合，這產(chǎn)生取決于基底的本性以及所需活化度的基底的選擇性改性?？梢栽趬嚎s空氣系統(tǒng)的幫助下，將反應(yīng)器中產(chǎn)生的等離子體投射在基底上，但是如果因此要求粘附體化學(xué)性，則可以使用增強(qiáng)常壓等離子體的作用的其它反應(yīng)性氣體或氣體的混合物(02、N2、Ar...)，從而引入了增加待活化的聚合物的表面能的活性種。對(duì)于碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂，或碳纖維和雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂復(fù)合材料基底，空氣是適合的反應(yīng)性氣體。^HMM^在根據(jù)本發(fā)明的用于處理航空結(jié)構(gòu)體的方法中，可建議使用超過(guò)20m2/h的處理速度。已經(jīng)觀察到，1m/min的線速度對(duì)于碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料是最佳的，束的寬度與待處理的表面相同。此速度產(chǎn)生需要的燒蝕和組成，并且對(duì)于它們隨后以航空結(jié)構(gòu)體組件的組裝中使用的大元件的大規(guī)模生產(chǎn)，是足夠快的。處理的表面。待處理的區(qū)域取決于處理的線速度，以及排放等離子體的噴嘴能夠覆蓋的表面。此處理的目標(biāo)是它在大的元件上的應(yīng)用，所述大的元件的待處理區(qū)域基本上是通常包括在25和400mm之間的可變寬度的帶。-自動(dòng)化。本發(fā)明的方法對(duì)象易于自動(dòng)化并且作為另一個(gè)階段(phase)而集成在當(dāng)前使用的生產(chǎn)過(guò)程中。對(duì)于使此過(guò)程自動(dòng)化，描述兩種不同的備選方案a)將等離子體頭安裝在能夠在待處理的部件上移動(dòng)的機(jī)器人(robot)上，并且選擇性地應(yīng)用處理。在大的部件的情況下，例如在襯板(liner)或桅桿(spar)的情況下，此類(lèi)型的自動(dòng)化是需要的類(lèi)型?？梢栽谑褂脭?shù)字控制系統(tǒng)情況下，設(shè)定自動(dòng)化的程序，以專(zhuān)有地在將隨后涂覆粘合劑的區(qū)域上施加處理。此系統(tǒng)的多功能性允許在僅考慮元件相對(duì)于參考標(biāo)記的定位的情況下，設(shè)定大量部件的各個(gè)處理的程序。b)將等離子體頭安裝在固定的載體上，并且將部件在具有3個(gè)軸的方向上移動(dòng)以及具有旋轉(zhuǎn)可能性的移動(dòng)電動(dòng)工作臺(tái)上的移動(dòng)。在常壓等離子體頭的技術(shù)復(fù)雜性使得它對(duì)于自動(dòng)化的安裝變復(fù)雜的情況下，可以將此等離子頭安裝在固定的載體上。在此情形下，該部件將是為了使待處理的表面上的掃描順序完成而移動(dòng)的部件。-工藝控制。處理的完全自動(dòng)化允許了大規(guī)模表面制備過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)得以運(yùn)行，例如測(cè)量處理部件上的接觸角。在任何的情況下，該系統(tǒng)保證了處理的重復(fù)性，這有助于通過(guò)統(tǒng)計(jì)取樣來(lái)運(yùn)行質(zhì)量控制系統(tǒng)，或者甚至保證了在工藝過(guò)程中不需要試驗(yàn)的質(zhì)量系統(tǒng)。在此情況下，可以運(yùn)行測(cè)定處理表面上的接觸角的自動(dòng)化系統(tǒng)。以下描述應(yīng)用本發(fā)明的方法對(duì)象而進(jìn)行的一些試驗(yàn)的結(jié)果。試驗(yàn)1在改變活動(dòng)板速度(lm/min至10m/min)的情況下，并且在以下指出的其它工藝變量值的情況下，對(duì)碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料板(板977-2)進(jìn)行處理-等離子體束的功率2362W-活動(dòng)板-束的距離0.75cm-連續(xù)處理的數(shù)量1圖1示出在改變活動(dòng)板速度時(shí)，用不同的標(biāo)準(zhǔn)液體測(cè)量的靜態(tài)接觸角的演變。在活動(dòng)板速度降低時(shí)(處理時(shí)間增加)，接觸角更小并且潤(rùn)濕增加(接觸角減小)。接觸角是重要的指標(biāo)，因?yàn)橛糜谑拐澈蟿┱辰佑行У幕緱l件在于，粘附體和粘合劑之間存在緊密接觸，并且最終粘合劑必須潤(rùn)濕粘附體的整個(gè)表面。此潤(rùn)濕能力或潤(rùn)濕性是借助于根據(jù)接觸角變化的表面能(c^)量化的。接觸角是指當(dāng)粘合劑與粘附體接觸時(shí)，由粘合劑的表面形成的角。接觸角的值主要取決于存在于粘合劑和粘附體之間的粘合力與粘合劑的內(nèi)聚力之間存在的比率。當(dāng)粘合力相對(duì)于內(nèi)聚力非常大時(shí)，接觸角小于90度，結(jié)果導(dǎo)致的是，粘合劑潤(rùn)濕粘附體的表面。接觸角越小(更好的潤(rùn)濕)，表面能將越大，并且粘合劑-粘附體接觸越緊密，從而得到更有效的粘合劑粘接。圖2-4示出當(dāng)增加活動(dòng)板速度時(shí)，即，當(dāng)縮短束處理時(shí)間時(shí)，發(fā)生處理表面的輕微剝離(表面材料的消除)，而暴露達(dá)更長(zhǎng)時(shí)間(更低的活動(dòng)板速度)的表面較不粗糙。此行為歸因于通過(guò)等離子體束處理產(chǎn)生的表面燒蝕，使得當(dāng)降低活動(dòng)板速度，并且處理更加強(qiáng)烈時(shí)，發(fā)生更大的剝離，從而留下較不粗糙的復(fù)合材料表面。圖5示出，在活動(dòng)板速度降低(處理速率增加)時(shí)，材料表面上的氧的原子百分?jǐn)?shù)以及0/C比增加，從而有利于它的粘合。同樣，在圖6中可以看出，第一原子層的N和S的原子百分?jǐn)?shù)增加，活動(dòng)板速度越小，這表明處理深度增加。還必須強(qiáng)調(diào)，隨著活動(dòng)板速度降低，F(xiàn)的原子百分?jǐn)?shù)的連續(xù)減小。F的存在對(duì)于粘接接合處是有害的，并且它歸因于所使用的脫模劑。具有低表面能的表面通常是非極性的。材料表面上的氧化基團(tuán)的形成增加了表面上的極性，從而由于產(chǎn)生"新"范德華力(其直接與待接合的表面的緊密接觸相關(guān))和氫橋(其對(duì)于允許結(jié)構(gòu)體需要的粘接接合處是足夠強(qiáng)的粘接)而有利于內(nèi)在粘合，使得表面極性更大(o/c比率更大)，表面能將更高，并且粘合劑粘接更有效。試驗(yàn)2在改變處理距離的情況下，并且在以下指出的其它工藝變量值的情況下，對(duì)復(fù)合材料板進(jìn)行處理-等離子體束功率2200W-處理速率(lmZmin)借助于粘接層(bondingline)韌性，以及通過(guò)上述要素變化，評(píng)價(jià)目標(biāo)的處理耐久性，從而得到下列結(jié)果。處理距離距離處理的天數(shù)結(jié)果G10(J/m2)<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>通過(guò)等離子體束處理的元件的破壞方式是通過(guò)內(nèi)聚現(xiàn)象進(jìn)行的，即發(fā)生在粘合劑膜中的破裂。另一方面，在未處理的元件中，破壞方式是通過(guò)粘合進(jìn)行的，即在復(fù)合材料-粘合劑界面中發(fā)生的破裂。這些數(shù)據(jù)表明，復(fù)合材料中通過(guò)等離子體束得到的表面在距處理的至少25天內(nèi)不發(fā)生劣化。此類(lèi)試驗(yàn)表明，在粘接之前，活化聚合物表面的性質(zhì)在該部件的標(biāo)準(zhǔn)工作壽命(workshoplifetime)之內(nèi)不劣化，因此，相對(duì)于對(duì)常壓劣化更敏感的表面制備方法，此方法的引入使得生產(chǎn)順序更靈活。在剛剛闡述的優(yōu)選實(shí)施方案中可以引入更改，所述更改包含在由后附權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種使用至少一種處于大氣壓下的等離子體束表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的預(yù)定區(qū)域的方法，所述方法是為了有助于所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體對(duì)另一結(jié)構(gòu)體的粘合劑粘接，所述處于大氣壓下的等離子束由安置有發(fā)射噴嘴的等離子體發(fā)生器產(chǎn)生，所述方法的特征在于a)穿過(guò)所述噴嘴發(fā)射的所述等離子體束可以包括反應(yīng)性氣體，從包括在0.2和10cm之間的距離，將所述等離子體束投射在所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體上；b)以包括在75°和105°之間的入射角將所述等離子體束投射在所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的預(yù)定區(qū)域的方法，其特征在于所述等離子體束包括至少一種反應(yīng)性氣體。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的預(yù)定區(qū)域的方法，其特征在于所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體包括碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂，并且所述反應(yīng)性氣體是空氣。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的預(yù)定區(qū)域的方法，其特征在于所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體包括碳纖維和雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂，并且所述反應(yīng)性氣體是空氣。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的任一項(xiàng)所述的表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的預(yù)定區(qū)域的方法，其特征在于以包括在0.5和3cm之間的距離投射由所述噴嘴發(fā)射的所述等離子體束。6.根據(jù)權(quán)利要求3或4的任一項(xiàng)所述的表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的預(yù)定區(qū)域的方法，其特征在于所述處理速率包含在0.8和2m/min之間。7.根據(jù)權(quán)利要求3或4的任一項(xiàng)所述的表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的預(yù)定區(qū)域的方法，其特征在于所述等離子體束是以包括在2000和3000W之間的功率投射的。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的預(yù)定區(qū)域的方法，其特征在于所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體包括玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂，并且所述反應(yīng)性氣體是空氣。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的預(yù)定區(qū)域的方法，其特征在于用可移動(dòng)等離子體發(fā)生器將所述等離子體束投射到不可移動(dòng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體上。10.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的預(yù)定區(qū)域的方法，其特征在于通過(guò)固定的等離子體發(fā)生器將所述等離子體束投射到可移動(dòng)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體上。11.根據(jù)權(quán)利要求9-10中任一項(xiàng)所述的表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的預(yù)定區(qū)域的方法，其特征在于它使用自動(dòng)化裝置，以控制所述等離子體發(fā)生器和所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體之間的相對(duì)移動(dòng)，以及控制所述等離子體束和所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的不同部分之間的入射角。12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的預(yù)定區(qū)域的方法，其特征在于使用具有合適形狀的等離子體束，以保證處理的均勻性。全文摘要本發(fā)明涉及一種使用至少一種處于大氣壓下的等離子體束表面處理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體的預(yù)定區(qū)域的方法，所述方法是為了有助于所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體對(duì)另一結(jié)構(gòu)體的粘合劑粘接，所述處于大氣壓下的等離子束由安置有發(fā)射噴嘴的等離子體發(fā)生器產(chǎn)生，在所述方法中a)從包括在0.2和10cm之間的距離，將穿過(guò)噴嘴發(fā)射的等離子體束投射在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體上，所述等離子體束可以包括反應(yīng)性氣體；b)以包括在75°和105°之間的入射角將等離子體束投射在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體上。優(yōu)選將本方法應(yīng)用于碳纖維或玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂或雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂結(jié)構(gòu)體。本方法中的其它相關(guān)變量是等離子體束功率和處理速率。文檔編號(hào)B29C65/48GK101321614SQ200580052191公開(kāi)日2008年12月10日申請(qǐng)日期2005年9月30日優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日發(fā)明者烏雷尼亞·西爾維婭·拉扎卡諾申請(qǐng)人:空客西班牙公司