关键词：喷砂预处理、热塑性复合材料、界面结合强度、金属/复合材料连接
在汽车与航空制造领域，碳纤维热塑性复合材料（TPCs）因其优异的比强度、成型周期短与可回收性，正逐步替代传统金属材料。然而，TPCs 与铝合金等金属的连接仍面临表面能低、界面相容性差等挑战。胶接技术因其应力分布均匀、不破坏结构连续性而备受青睐，而界面预处理则成为影响胶接性能的关键因素。
喷砂处理是一种无需化学试剂、可实现自动化的物理表面处理方式。Karthik Ramaswamy等[1]系统评估了氧化铝喷砂对碳纤维/聚酰胺12（CF/PA12）复合材料表面形貌与化学性质的影响，并探讨其对胶接铝合金性能的提升机制。
图一 金属和复合材料粘接形式
表面处理现状与喷砂优势
传统的CFRP胶接界面多采用打磨、化学蚀刻、等离子体或激光处理，但这些方式存在成本高、重复性差或环境风险等问题。相比之下，喷砂通过高速粒子轰击表面，可实现微观粗糙结构的快速形成，同时诱导表面能与极性官能团的变化，具备设备简单、工艺稳定、适应多种复合材料的优势。然而，喷砂参数（如时间、粒径、压力等）对界面性能的具体影响机制仍不明确。特别是在热塑性基体复合材料中的应用尚属空白。
实验设计与表面分析
Karthik Ramaswamy等选用CF/PA12复合材料与AA5754铝合金，通过不同喷砂时间（10 s、20 s、40 s）对复合材料进行处理，利用接触角测量、轮廓仪、扫描电镜（SEM）、能谱（EDX）与X射线光电子能谱（XPS）等方法评估表面状态。
结果显示，喷砂能显著提高表面粗糙度（Ra值从0.5 μm增至2.9 μm）并改变润湿性。20 s处理样本表现出最佳极性官能团含量（34.6 at.%），同时保持了基体连续性与较低的碳纤维裸露率，形成了有利于微观嵌合与化学键合的“塑化表面”。
图二 (a) 接触角和表面能极性分量占总表面能的百分比，(b) 经过不同表面处理的复合样品的表面粗糙度 Ra
胶接性能提升机制
为验证表面状态与连接性能的关联性，采用结构胶（Betamate 1496V）制备单搭接剪切试样，并在静态与动态加载（0.5 m/s）下进行拉伸测试。
结果表明，20 s 喷砂处理试样在静载下吸收能量提高90%，在动载下提高31%，明显优于10 s 和 40 s组。尤其在动态载荷下，20 s处理组展现出最优的裂纹扩展稳定性与延展性破坏行为。
图三 单搭接试件的破坏面
SEM分析显示，20 s处理样本在失效界面呈现均匀的塑性破坏与轻微纤维撕裂，而40 s组则因纤维过度暴露，界面形成弱边界层，导致严重的纤维撕裂和能量吸收下降。
工艺可持续性与工业潜力
喷砂作为一种绿色、无溶剂、可实现机器人自动化的表面预处理方法，具备高重复性与低操作门槛，适合规模化制造需求。其对热塑性复合材料表现出良好的界面活化能力，为未来热塑性-金属混合结构连接提供了可行路径。
特别是在汽车工业中，喷砂配合结构胶接技术，有望替代传统机械连接方式，实现结构减重与连接性能双赢。
未来展望
喷砂处理在CF/TPCs胶接预处理中的研究尚属起步阶段，未来工作可聚焦于以下方向：
精准控制喷砂参数与界面损伤的平衡；
探索不同热塑性基体（如PPS、PEEK）的响应机制；
联合应用等离子体或底涂剂形成多尺度复合表面；
建立喷砂-界面性能-失效行为的定量关联模型。
综上所述，喷砂不仅是一种简洁有效的界面激活方式，更展现出极大的工程应用潜力。随着设备与表征手段的不断进步，喷砂有望在热塑性复合材料多材料连接技术中发挥重要作用。
[1] V. K. Thakre et al., Evaluation of grit blasting as a pre-treatment for carbon fibre/thermoplastic composite joining, Composites Part A, 2020.
