「激光清洗」CFRP激光表面清洗研究进展与展望：综述

2026-09-09 21:57:20

　　

　　碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）作为一种轻质复合材料，在航空航天领域得到了广泛应用。与此同时，CFRP的表面清洗也受到了关注。激光清洗技术作为一种新兴的表面清洗方法，在清洗CFRP表面的树脂、脱模剂、油漆等方面展现出了广阔的应用前景。本文首先简要综述了传统的CFRP清洗方法，然后重点阐述了激光清洗原理及影响参数的研究进展。随后，探讨了激光清洗对基体性能的影响。尤其是激光清洗对复合材料基体的损伤特征和机制受到了充分关注。最后，讨论了复合材料激光清洗的研究挑战和发展趋势。总之，本综述为复合材料的激光清洗研究提供了参考，并推动了激光清洗技术在航空航天领域的推广应用。

　　图3.激光脱漆机器人LCR：（a）通过LCR机械臂移动的二氧化碳激光；（b）油漆燃烧和蒸发

　　图4.激光清洗机制：（a1）热致气化机制示意图；（a2）产生的分解气体的红外光谱；（b1）热应力去除机制；（b2）基于热应力效应的油漆剥落动态行为；（c1）等离子体冲击效应示意图；（c2）激光诱导等离子体的时间演化；（d1）1064nm和355nm激光的不同烧蚀形貌；（d2）树脂分子的光化学烧蚀原理

　　图6.不同波长的激光对碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）的清洗效果：（a）波长λ=1064nm和343nm的激光清洗油漆和聚合物涂层；（b）波长λ=10600nm和λ=532nm的激光清洗后CFRP的表面形貌；（c波长λ=355nm和λ=1064nm的激光蚀刻CFRP的形貌；（d）波长λ=1064nm和λ=532nm的激光烧蚀CFRP的热影响区

　　图8.超快激光在碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）表面处理中的应用：（a）皮秒激光清洗后，CFRP表面的硅/碳比降低；（b）飞秒激光在碳纤维表面诱导出的激光诱导周期性表面结构（LIPSS）；（c）LIPSS结构赋予CFRP超疏水性能。其中，LSFL和HSFL分别代表低空间频率和高空间频率的激光诱导周期性表面结构，通过不同的周期长度来区分

　　图9.工艺参数对碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）激光清洗的影响：（a）初始能量E0对CFRP表面形貌的影响；（b）速度V对激光清洗后CFRP形貌的影响；（c）不同扫描间隔对基体温度的影响

　　图10.（a）激光清洗后碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）内部的微观结构；（b）CFRP粘结界面的微观结构

　　图11.（a）基于激光热效应的材料损伤示意图；（b）基于力学效应的材料损伤示意图

　　图12.（a）温度分布和材料去除的时间演变；（b）不同激光模式下碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）的烧蚀形貌；（c）不同激光扫描方向下CFRP的切割宽度；（d）不同激光扫描角度下CFRP的表面温度场分布；（e）不同时刻热影响区（HAZ）的大小

　　图13.（a）由气化诱导的反冲力导致的材料喷射；（b）激光力学响应下被喷出的短切纤维；（c）脉冲激光在不同气氛下加工CFRP层压板的动态观察图像

　　图15.有限元法（FEM）在激光清洗中的应用：（a）异质材料建模；（b）多层壳法建模；（c）基于多层壳模型计算的温度和应力场；（d）均质材料建模；（e）局部均匀材料模型，其中相同颜色代表相同类型的均质材料；（f）基于生死单元技术的激光烧蚀；（g）基于变形几何技术的激光烧蚀

　　本文首先介绍了碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）的表面污染物以及传统的清洗方法。然后从激光清洗原理、工艺与性能以及激光损伤机制等方面，综述了激光清洗技术在CFRP领域的最新研究进展。最后，总结了激光清洗CFRP存在的瓶颈与不足，同时对CFRP激光清洗技术未来的研究重点和方向进行了展望。本文的主要内容如下：

　　1.由于劳动力成本和环保压力，传统的工业清洗方PG电子网站法需要新的替代工艺。激光清洗是一种清洁、自动化且可控的清洗技术，在CFRP的清洗方面展现出了巨大的潜力。

　　2.激光清洗CFRP的机制包括热烧蚀、热应力、等离子体冲击、光化学等，这取决于激光波长、脉冲宽度、材料特性，同时也与工艺参数PG电子网站有关。目前，各种机制之间的耦合关系尚未完全明晰。

　　3.激光清洗是一个涉及多参数的过程。然而，清洗质量与工艺参数之间的关系还需要更细致的研究和总结。

　　4.激光清洗CFRP面临着基体过热和表面损伤的挑战。对基体的损伤源于清洗过程中的热效应和机械效应。

　　5.目前迫切需要获取足够的数据，评估激光清洗对CFRP各种性能的影响，如润湿性、粘附性，尤其是机械性能。此外，新型树脂基复合材料的激光清洗特性也备受关注。

　　6.随着激光技术的快速发展，可以预见，高重复频率、高功率激光器以及价格昂贵的短波长激光器的价格将持续下降。有望实现对大型CFRP部件的高效清洗以及对精密结构的低温清洗。综上所述，目前关于CFRP激光清洗的研究已展现出巨大的工业应用前景，并为其他新兴树脂复合材料提供了应用示范。

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