В работе исследовано воздействие СО2-лазера (λ=10,6 мкм) на свойства карбонового углепластика с эпоксидным наполнителем. Для характеристики образцов привлечены методы сканирующей электронной и оптической микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света, измерены краевые углы смачивания поверхности образцов. Исследования проводились в зависимости от мощности излучения лазера, скорости и периода сканирования луча. Морфология поверхности материала показывает высокую чувствительность к мощности лазерного пучка. Из полученных результатов следует, что воздействие лазера мощностью 9 Вт может приводить к полному испарению эпоксидной матрицы углепластика. Спектры комбинационного рассеяния света исходного углепластика соответствуют спектрам эпоксидной смолы и отвердителя. С усилением степени воздействия лазерной обработки происходит подавление эпоксидных линий и доминирование D-, G- и 2D- полос, соответствующих плоской графитовой структуре углеволокна. Для исследований значений краевых углов смачивания были отобраны образцы, в которых на микрофотографиях отсутствовали видимые изменения рельефа поверхности после лазерных обработок. Наибольшее уменьшение краевого угла смачивания от исходных значений, равных 85-90о, до ~65о наблюдалось после обработки лазером мощностью 8,5 Вт со скоростью сканирования 20 мм/с и межстрочным шагом 0,25 мм. Снижение мощности лазера до 7 Вт или увеличение межстрочного периода сканирования до 0,5 мм уменьшает разность контактных углов до/после обработки на 10-15°. Полученные результаты объяснены повышением поверхностной энергии за счет формирования оксидов и диоксидов углерода, а также удалением поверхностных загрязнений.
The effect of a CO2 laser (λ = 10.6 μm) on the properties of epoxy-filled carbon fiber reinforced plastic (CFRP) was studied. Scanning electron and optical microscopy, Raman spectroscopy, and surface contact angles were used to characterize the samples. The studies were conducted depending on the laser power, beam scanning speed, and period. The surface morphology of the material exhibits high sensitivity to laser beam power. The obtained results demonstrate that exposure to a 9 W laser can lead to complete evaporation of the epoxy matrix of the CFRP. The Raman spectra of the initial CFRP correspond to the spectra of the epoxy resin and hardener. Increasing the laser radiation intensity suppresses the epoxy lines. At the same time, the intensities of the D-, G-, and 2D-bands, corresponding to the flat graphite structure of the carbon fiber, begin to dominate in the Raman spectra. To study contact angle values, samples were selected for which micrographs showed no visible changes in surface relief after laser treatment. The greatest reduction in contact angle from initial values of 85-90° to ~65° was observed after laser treatment with an 8.5-W laser, a scanning speed of 20 mm/s, and a line spacing of 0.25 mm. Reducing the laser power to 7 W or increasing the line spacing to 0.5 mm reduces the difference in contact angles before and after treatment by 10-15°. These results are explained by an increase in surface energy due to the formation of carbon oxides and dioxides, as well as the removal of surface contaminants.
