图1：经过优化并通过可靠的测试验证后，等离子是改变待粘合材料表面化学成分的有效方法。来源，所有图片 | BTG Labs
表面处理（涉及处理、研磨或清洁零件或材料表面的某种方法）对于实现成功粘合、涂层甚至涂漆的必要特性至关重要。然而，对于某些材料，有些方法比其他方法更有效。
根据BTG 实验室首席科学家 Giles Dillingham 的说法， 用于粘合、涂层或密封的材料表面处理需要完成三件事：
1.清洁：这意味着将表面上的有害污染物数量减少到使粘合剂与表面紧密（分子水平）接触的水平。任何妨碍这种接触的东西都是污染物，必须通过多种清洁技术将其去除或降低到无害水平。
2.活化：清洁表面必须具有足够的化学活性，才能与粘合剂形成初级或次级化学键。化学惰性的清洁表面无法形成牢固可靠的结构粘合所需的化学键。
3.稳定性：当暴露于使用环境时，表面必须具有抗降解（通常指氧化）的能力。在实际进行粘合或涂层操作之前，需要保持表面的清洁度和化学活性。
Dillingham 认为，表面处理这三个方面的相对重要性取决于所考虑的材料类别。例如，金属具有非常高的表面能，这意味着表面具有高度的化学反应性并且污染很快。金属的表面处理侧重于清洁和产生稳定的氧化物。对于复合材料，需要采用不同的方法才能成功粘合和涂覆，因为热塑性聚合物具有相对较低的表面能，因此不像金属那样容易污染，并且在环境暴露期间相对稳定。然而，这些相同的特性使粘合剂不太可能粘附在复合材料上。因此，复合材料的表面处理通常侧重于上面列出的第二个因素：增加表面能，以便与粘合剂形成牢固的粘合。
确定表面能
图2：手动打磨是复合材料表面处理的常用方法，但它本身可能无法有效清洁表面。
虽然表面能通常较低，但不同材料和复合部件的表面能会有所不同，表面处理也因此而不同。根据 Dillingham 的说法，快速定量地测量物体或材料的表面能是设计、实施或理解正确表面处理的重要第一步。
测试表面能的方法有很多种；BTG 实验室经常使用的一种流行技术是测量一滴液体在测试表面上形成的接触角。在这种方法中，如果液体在与表面接触时形成珠状，则表明它没有被表面吸引。同样，粘合剂或油漆也不会被这种表面强烈吸引，附着力会很差。污染是表面以这种方式排斥液滴的原因之一。
然而，如果液体很容易扩散而不是形成水珠，则表明表面对液体有很强的吸引力。这样的表面具有很高的化学能，一般来说，能很好地粘附在粘合剂上。表面活性剂（如肥皂）的污染也会导致液体在表面扩散，但表面活性剂引起的润湿可以通过液体扩散的速度很容易区分。
图3：测量水接触角可以显示表面的粘合性。高接触角（水滴成珠状）通常表示表面清洁度不够，而低接触角（水滴散开）表示表面清洁度适当。
液滴与表面之间的角度（即接触角，见左图）决定了表面对液体的吸引力。有几个因素决定了在给定表面上形成良好粘合效果的目标接触角，包括是否通过搭接剪切接头或双悬臂梁 (DCB) 评估粘合效果。通常，低接触角（从 0 度到 ~30-40 度）表示清洁、高能表面，可与粘合剂和涂料形成良好的粘合效果；高角度（60-90 度或更大）表示低能或受污染表面，通常难以粘合。40-60 度范围内的接触角不太明确：这可能表示表面比接触角较低的表面更不干净且更难粘合，但与产生高于该范围的接触角测量值的表面相比，它不会产生弱粘合。
热塑性塑料
热塑性复合材料（如 PAEK、PEEK、PEKK 和聚苯硫醚）具有不同的表面特性，需要不同的表面处理策略。
图4：采用 Solvay 377S 薄膜粘合剂粘合的 PEKK 的搭接强度与接触角
热塑性聚合物的行为，由于聚合物链没有通过交联锁定在刚性网络中，因此它们在磨损下往往会流动（换句话说，塑性变形 ），而不是断裂。虽然磨损的热塑性复合材料可能很粗糙，但它仍然不具有化学反应性，无法与粘合剂、涂层或密封剂建立良好的粘合。此外，这些表面上的水接触角通常不会因磨损而发生显著变化。对于热塑性复合材料，等离子处理可以成为增加表面能的有效方法。上图显示了与 Solvay 377S 薄膜粘合剂粘合的 PEKK 的搭接接头强度（垂直轴）与接触角（水平轴）。根据数据，在这种情况下，溶剂擦拭、手工打磨和喷砂处理并没有提高接头强度，而等离子处理使强度提高了 30% 以上。此外，等离子处理的样品在粘合剂中发生内聚失效，而其他样品在粘合剂和基材之间的界面至少部分失效。
Dillingham 总结说，大多数结构材料之间都可以实现适合结构用途的牢固、可靠的粘合。但是，对一类材料有效的表面处理可能不适用于另一类材料；表面处理的设计需要考虑基材和粘合剂的具体化学特性。大多数热塑性复合材料的应用需要比热固性复合材料更高程度地提高表面能的处理，因此表面处理应区别对待。将表面处理与适当的测量和控制策略相结合可确保表面处理有效可靠。
