橡胶-铝单层粘接材料脱粘缺陷太赫兹时域特征谱及反射成像分析

徐凤 罗辉 四川职业技术学院机械工程系

一、样本准备

（一）脱粘

复合材料脱粘是指由于各种因素引起的复合材料层内、层间或胶接接头间产生分离的现象。

（二）预制脱粘

脱粘缺陷预制两个，在右边中下方和下方中间位置分别植入1mm宽的长条形聚四氟乙烯薄高温布模拟脱粘，植入深度为2mm，一共预制缺陷八个。

橡胶和铝板之间用SJ-2A（非多孔蜂窝结构胶）粘接。待缺陷预制完毕，将样件静置30分钟左右，撕下橡胶和铝板之间模拟脱粘的聚四氟乙烯高温布以后，用沙袋压3个小时。

二、橡胶-铝单层粘接材料脱粘缺陷THz时域特征谱分析

（1）特征谱分析

图一 被测样件正常区域和脱粘区域波形对比

对脱粘缺陷的光谱进行观察，对比正常没缺陷的橡胶-铝复合材料，可发现存在差异，太赫兹时域光谱如图一所示，为标准样件正常区域和下脱粘区域波形图，黑色为正常区域波形，第一个波峰为空气-橡胶界面反射回波，第二个波峰为橡胶下表面-粘接界面反射回波，第三个波峰为粘接界面-铝界面的反射回波，红色为下部脱粘区域波形图，可以看到，下脱粘波形相对正常区域波形在粘接-铝界面有一个红色波谷（绿色圈圈出），由于在粘贴之处有漏洞，此漏洞会使空气进入粘贴处，由光的反射定律可以得知，当光线由光疏介质入射到光密介质时，反射波相较入射波会产生 的相位突变，即半波损失。通过半波损失即可判断为脱粘。因此，在本处的研究中，可以通过光以及空气的研究方法，了解橡胶-铝单层粘接材料中出现脱粘缺陷的产品和正常成品存在的误差。通过图二可以看出，比较正常区域和脱粘区域的主反射波的波前峰，可以知道，脱粘区域主反射波的波前峰有明显波谷现象（蓝色圈出），如果脱粘的情况越明显，反射会增强。

图二 脱粘与非脱粘功率密度谱

把图一通过傅里叶变换转化为频域波形图，如图二，可以看到，在0.6THz频段以内，当频率处于0.215THz时，脱粘波形和正常区域的未脱粘波形功率谱变化稍大，当大于0.6THz频段时，功率谱的幅度迅速降低（低于-100dB），且波形图噪音变大，所以选取频段小于0.6THz以内正常波形图和脱粘波形图功率谱作为反射成像的特定谱，即频率处于0.215THz时。在时域成像里，由于系统信号最大值出现明显的变化可以用吸收系数的变化而确定，而信号最小值存在明显的波动则无法用折射率和吸收系数得到，而峰-峰值成像是信号最大和最小之间的差，会受到信号最小波动性的影响，因而在时域成像里，用最大值成像进行评估可更好的满足应用要求。 图三为时域最大值成像与频域在0.215THz频率下的特征谱成像比较，a) 图为右侧脱粘时域最大值成像，b) 图为右侧脱粘0.215THz的特征谱成像，可以看到，功率特征谱成像比时域最大值成像效果更佳。

图三 脱粘的成像结果a)右侧脱粘时域最大值成像 b)右侧脱粘频域0.215THz特征谱成像