随着航空航天装备对轻量化结构材料的需求持续增长，碳纤维复合材料（CFRP，carbon fiber-reinforced polymer）凭借其优异的比强度、比模量、抗疲劳与耐腐蚀性能，已成为替代传统铝、钛合金的关键材料，广泛应用于民用飞机机翼、机身、尾翼等主承力结构中。为满足复杂构件的装配需求，胶接连接作为一种无须开孔、应力分布均匀且适用于异种材料连接的工艺技术，在复合材料结构设计中占据重要地位。然而，复合材料与胶黏剂之间的界面结合性能较弱，尤其在剪切与剥离载荷共同作用下，胶接接头易出现界面脱黏或分层失效的问题，制约了其在主承力结构中的规模化应用。研究表明，胶接性能高度依赖于被黏表面的物理化学状态，包括表面粗糙度、表面能及官能团组成等关键因素。因此，有必要采用适宜的表面预处理手段改善界面状态、提升胶接性能。

在清洁度与环境适应性方面，等离子体清洗技术具有显著优势。等离子体可引入大量极性基团，改善界面能匹配与化学相容性，是一种绿色、高效且可重复的表面处理方法。

本文采用大气等离子清洗机对CFRP表面进行活化处理。该设备结构紧凑、运行稳定，可实现材料表面快速处理，在成本与效率等方面具备显著优势，尤其适用于中小型复材构件的胶接预处理。结合能量色散谱（EDS）表征及断口形貌分析，从表面物理化学调控、与失效模式等方面，揭示大气等离子体清洗强化界面粘接强度的机制。

为分析等离子体清洗对复合材料表面元素组成的影响，对处理前后样品进行了EDS测试，结果如图1所示。处理前样品表面主要由C、O、S3种元素组成，其中C元素含量为75.05wt%，O元素含量为20.50wt%，S元素含量为4.36wt%；处理后，C元素含量略降至70.73wt%，O元素含量升高至24.72wt%，S元素含量变化不大，为4.56wt%。其中，推测S元素主要来源于复合材料表面残留的脱模剂，含量变化较小，表明等离子体对其清除作用有限。相比之下，O元素含量的明显提升，表明等离子体清洗有效引入了更多含氧极性基团，提高了表面活性和亲水性，为后续胶接界面增强提供了良好的基础。

图1 等离子体清洗前后CFRP表面EDS能谱

图2为等离子体清洗前后CFRP胶接试样的拉伸断裂形貌。由图2（a）可以看出，未经等离子体清洗的样品断裂界面表现出典型的界面剥离特征。断面中可观察到一侧几乎无胶黏剂残留，基材裸露明显，另一侧残留部分胶黏剂，分布不均，呈斑块状分布，未形成完整覆盖。此类断裂形貌反映出胶黏剂主要与基材的界面发生分离，断裂路径基本沿胶层与基材之间扩展，表明界面结合力相对较弱。在载荷作用下，由于基材表面极性基团含量有限、表面能较低，胶黏剂难以形成有效的化学键合或稳定的界面微观嵌合结构，导致载荷主要集中于界面处并引发界面脱黏破坏。相比之下，图2（b）为经等离子体清洗后的复合材料样品断裂界面，其形貌特征明显不同。胶黏剂在断面上分布更为连续且均匀，覆盖范围显著增大，并伴有局部基材表层被撕裂的现象，表明破坏已部分延伸至胶黏剂内部甚至基材近表层，表现出典型的胶层破坏或混合破坏特征。该破坏模式的转变说明等离子体清洗显著增强了界面结合性能，使得界面结合强度超过胶层或材料本体的局部承载能力。其增强机制主要源于等离子体作用引入了丰富的极性含氧官能团，从而显著改善了胶黏剂的润湿性与界面化学活性，促进了界面间的化学键合。

图2 等离子体清洗前后CFRP胶接接头断裂形貌