復合材料制品如何達到A級表面精度

一、復合材料制品產(chǎn)生紋理、波紋的原因

織物在基層面上產(chǎn)生肉眼可見的清晰的紋理、波紋。產(chǎn)生紋理、波紋的原因有：

1、制品成型冷卻過程中，粘接劑基材的收縮遠大于增強纖維；

2、粘接劑、纖維分布不均勻（例如：經(jīng)線與緯線交會處纖維含量大，粘接劑含量小；其余地方則相反）；

3、絕大部分熱塑性塑料的線性熱膨脹系數(shù)，至少比纖維（如：GF、CF、aramid）大一個數(shù)量級，導致局部產(chǎn)生可變體積收縮；

4、晶體聚合物會產(chǎn)生附加結(jié)晶收縮。

二、表面性能隨時間推移而降解

即使費大力氣使制品達到了A級表面精度，但制品存放（特別是存放在惡劣環(huán)境里）不久后，其表面性能會降解，“A級”會不翼而飛。

如某轎車的前發(fā)動機罩，是噴漆的先進纖維（織物）復合材料，達到了A級表面精度。但噴漆后存放在溫度為70℃、62％相對濕度的環(huán)境里，一周后肉眼可觀察到制品表面上隱約的經(jīng)、緯線紋理，但不能定量表述，以及不規(guī)則的桔皮紋——而這與A級表面精度無關(guān)。

 

三、實現(xiàn)A級表面精度的技術(shù)措施

提高復合材料制品的表面性能的方法很多，例如：粘接、模內(nèi)涂層、噴膠衣、打底漆、噴漆、火焰處理、等離子處理 、電暈放電、flocking工藝和氣相氟處理等?？偟膩碚f該技術(shù)研究方向大致分為三個方面：

1. 從原材料著眼。

篩選性能價格比最佳的原材料，且各種原材料之間科學匹配。為了使樹脂充分浸漬纖維，提高制品的強度和表面性能，采用不同形式的纖維（如：織物、非織物和特種表面氈等），不同形式的填料（如有必要的話，如：棒狀填料[硅灰石]、片狀填料[云母]相配和，達到最佳匹配，效果見下表)。

采用低糙度樹脂，樹脂與纖維精確匹配，并進行聯(lián)機噴漆。有的制品噴漆前進行清洗，如：火焰或等離子體處理。制品表面涂覆底漆（一般為雙組份膠衣），這樣可掩蔽表面波紋，并提高制品表面與膠衣之間的粘接強度。

接著噴透明膠衣。采用水劑漆進行著色，著色方法有：噴漆、靜電粉末涂層和浸涂。噴漆可提高制品的熱變形溫度和熱膨脹系數(shù)。噴漆方法有：離線噴漆，物理干燥；聯(lián)機噴漆，采用單組份漆或雙組份漆（溫度較低）。有的 RTM制品可噴著色膠衣。有的SMC制品采用模內(nèi)涂層(IMC)技術(shù)。

1.從工藝技術(shù)著眼。

如篩選所用材料的最佳成型工藝、最佳工藝參數(shù)等，探索直至達到目的。

首先，探索具有A級表面精度的SMC制品模塑過程中的反應(yīng)收縮率。第二步，探索該反應(yīng)收縮率的最佳工藝參數(shù)。最后，反其道而行之，直至達到制品獲得A級表面精度的目的。

實踐說明，在模塑過程中SMC制件的反應(yīng)收縮率(s)，是施加于它的模壓壓力(v)和模內(nèi)溫度(t)的函數(shù)，即s=f(v,t)。也就是說，s隨著v的增大而增大，隨著t的增大而減小。下面附帶介紹一種預處理工藝。

氣相氟處理(gas fashion fluorination)是新近才出現(xiàn)的較新穎、先進的表面預處理工藝。氟是最活潑的非金屬元素，自然氣相氟的化學性也非?；顫?。塑料、復合材料制品的表面能很低（<40mN/m），低于噴漆等表面處理工藝所需的表面能：兩相材料在界面上粘接得牢固，其先決條件之一是彼此都必須具有足夠大的強度——表面能。補救的辦法是表面處理以前進行預處理。后者的作用是提高制品的表面能、表面活性、改善表面形狀和降低浸漬角。而氣相氟處理正好起到了這些作用。

該工藝不受制品的限制，可處理三維制品；可在線或離線處理(與產(chǎn)品的生產(chǎn)情況一致)。其重要工藝參數(shù)有：

(1)反應(yīng)溫度，一般為25℃，溫度越高反應(yīng)速度越快 ；

(2)氣相氟的濃度；

(3)反應(yīng)(滯留)時間。

下面舉三個實例：PP—EPDM氣囊蓋氣相氟處理后噴水劑漆；某車的后擋板的內(nèi)面氣相氟處理后達到A級表面精度；PP／PE內(nèi)飾件采用了氣相氟處理。

3、借助于光學測量儀。

如上所說，織物增強塑料制品的表面勢必產(chǎn)生紋理、波紋，于是就噴漆。噴漆可使微細結(jié)構(gòu)光滑，產(chǎn)生高光澤。但是欲蓋彌彰，實際上漆與基層隔絕，反而使粗結(jié)構(gòu)（波紋）更清晰。

這樣噴漆后波紋仍然影響表面質(zhì)量。怎么辦呢？借助于光學測量儀

（如：表面光潔度儀），可定性或定量地測波紋的類型，系統(tǒng)、準確地測到已噴漆的制品的材料參數(shù)。（如：基材類型、織物精細度、纖維含量）、技術(shù)參數(shù)（壓力、溫度等）對紋理發(fā)展的影響。從而探索到制品達到A級表面精度的目的。

四、SMC制品聯(lián)機噴漆與A級表面精度層壓板的結(jié)構(gòu)

SMC制品脫模后利用氧化劑進行表面處理。涂覆導電底漆，再涂覆膠衣。為適應(yīng)陰極浸涂工藝的要求，宜利用膠衣使SMC制品具有一定的表面張力。某低密度、撓性的導電SMC——具有耐高溫、不降解、尺寸穩(wěn)定性好、膨脹系數(shù)與其他材料相近、純靜電噴漆性能好等優(yōu)點，采用聯(lián)機陰極浸涂工藝。另外，為達到A級表面精度，有的制品表面涂覆一層厚11μm的丙烯酸粉末涂層。有的A級表面精度的樹脂糊的配方是：低收縮樹脂100份，三水和氫氧化鋁（填料）100份，玻璃纖維 30％（這是低收縮、A級表面精度混雜樹脂，Reichhold GmbH出品)。

經(jīng)耐候試驗后仍達到A級表面精度的、已噴漆的手糊成型環(huán)氧樹脂層壓板的橫斷面結(jié)構(gòu)，共有三層 ： 

1、表面層（膠衣層）。快速固化的表面樹脂膠衣，用量較大，可能有肉眼可發(fā)覺的規(guī)則的表面結(jié)構(gòu)； 

2、中間層。分為3層：玻纖氈、單重較小的纖維織物、無紡布（隨機纖維層）至少1層。

3、增強層，單重較大的纖維織物。

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