橡膠-鋁單層粘接材料脫粘缺陷太赫茲時域特征譜及反射成像分析

徐鳳 羅輝 四川職業技術學院機械工程系

一、樣本準備

（一）脫粘

復合材料脫粘是指由于各種因素引起的復合材料層內、層間或膠接接頭間產生分離的現象。

（二）預制脫粘

脫粘缺陷預制兩個，在右邊中下方和下方中間位置分別植入1mm寬的長條形聚四氟乙烯薄高溫布模擬脫粘，植入深度為2mm，一共預制缺陷八個。

橡膠和鋁板之間用SJ-2A（非多孔蜂窩結構膠）粘接。待缺陷預制完畢，將樣件靜置30分鐘左右，撕下橡膠和鋁板之間模擬脫粘的聚四氟乙烯高溫布以后，用沙袋壓3個小時。

二、橡膠-鋁單層粘接材料脫粘缺陷THz時域特征譜分析

（1）特征譜分析

圖一 被測樣件正常區域和脫粘區域波形對比

對脫粘缺陷的光譜進行觀察，對比正常沒缺陷的橡膠-鋁復合材料，可發現存在差異，太赫茲時域光譜如圖一所示，為標準樣件正常區域和下脫粘區域波形圖，黑色為正常區域波形，第一個波峰為空氣-橡膠界面反射回波，第二個波峰為橡膠下表面-粘接界面反射回波，第三個波峰為粘接界面-鋁界面的反射回波，紅色為下部脫粘區域波形圖，可以看到，下脫粘波形相對正常區域波形在粘接-鋁界面有一個紅色波谷（綠色圈圈出），由于在粘貼之處有漏洞，此漏洞會使空氣進入粘貼處，由光的反射定律可以得知，當光線由光疏介質入射到光密介質時，反射波相較入射波會產生 的相位突變，即半波損失。通過半波損失即可判斷為脫粘。因此，在本處的研究中，可以通過光以及空氣的研究方法，了解橡膠-鋁單層粘接材料中出現脫粘缺陷的產品和正常成品存在的誤差。通過圖二可以看出，比較正常區域和脫粘區域的主反射波的波前峰，可以知道，脫粘區域主反射波的波前峰有明顯波谷現象（藍色圈出），如果脫粘的情況越明顯，反射會增強。

圖二 脫粘與非脫粘功率密度譜

把圖一通過傅里葉變換轉化為頻域波形圖，如圖二，可以看到，在0.6THz頻段以內，當頻率處于0.215THz時，脫粘波形和正常區域的未脫粘波形功率譜變化稍大，當大于0.6THz頻段時，功率譜的幅度迅速降低（低于-100dB），且波形圖噪音變大，所以選取頻段小于0.6THz以內正常波形圖和脫粘波形圖功率譜作為反射成像的特定譜，即頻率處于0.215THz時。在時域成像里，由于系統信號最大值出現明顯的變化可以用吸收系數的變化而確定，而信號最小值存在明顯的波動則無法用折射率和吸收系數得到，而峰-峰值成像是信號最大和最小之間的差，會受到信號最小波動性的影響，因而在時域成像里，用最大值成像進行評估可更好的滿足應用要求。 圖三為時域最大值成像與頻域在0.215THz頻率下的特征譜成像比較，a) 圖為右側脫粘時域最大值成像，b) 圖為右側脫粘0.215THz的特征譜成像，可以看到，功率特征譜成像比時域最大值成像效果更佳。

圖三 脫粘的成像結果a)右側脫粘時域最大值成像 b)右側脫粘頻域0.215THz特征譜成像