复合材料制品如何达到A级表面精度

一、复合材料制品产生纹理、波纹的原因

织物在基层面上产生肉眼可见的清晰的纹理、波纹。产生纹理、波纹的原因有：

1、制品成型冷却过程中，粘接剂基材的收缩远大于增强纤维；

2、粘接剂、纤维分布不均匀（例如：经线与纬线交会处纤维含量大，粘接剂含量小；其余地方则相反）；

3、绝大部分热塑性塑料的线性热膨胀系数，至少比纤维（如：GF、CF、aramid）大一个数量级，导致局部产生可变体积收缩；

4、晶体聚合物会产生附加结晶收缩。

二、表面性能随时间推移而降解

即使费大力气使制品达到了A级表面精度，但制品存放（特别是存放在恶劣环境里）不久后，其表面性能会降解，“A级”会不翼而飞。

如某轿车的前发动机罩，是喷漆的先进纤维（织物）复合材料，达到了A级表面精度。但喷漆后存放在温度为70℃、62％相对湿度的环境里，一周后肉眼可观察到制品表面上隐约的经、纬线纹理，但不能定量表述，以及不规则的桔皮纹——而这与A级表面精度无关。

 

三、实现A级表面精度的技术措施

提高复合材料制品的表面性能的方法很多，例如：粘接、模内涂层、喷胶衣、打底漆、喷漆、火焰处理、等离子处理 、电晕放电、flocking工艺和气相氟处理等。总的来说该技术研究方向大致分为三个方面：

1. 从原材料着眼。

筛选性能价格比最佳的原材料，且各种原材料之间科学匹配。为了使树脂充分浸渍纤维，提高制品的强度和表面性能，采用不同形式的纤维（如：织物、非织物和特种表面毡等），不同形式的填料（如有必要的话，如：棒状填料[硅灰石]、片状填料[云母]相配和，达到最佳匹配，效果见下表)。

采用低糙度树脂，树脂与纤维精确匹配，并进行联机喷漆。有的制品喷漆前进行清洗，如：火焰或等离子体处理。制品表面涂覆底漆（一般为双组份胶衣），这样可掩蔽表面波纹，并提高制品表面与胶衣之间的粘接强度。

接着喷透明胶衣。采用水剂漆进行着色，着色方法有：喷漆、静电粉末涂层和浸涂。喷漆可提高制品的热变形温度和热膨胀系数。喷漆方法有：离线喷漆，物理干燥；联机喷漆，采用单组份漆或双组份漆（温度较低）。有的 RTM制品可喷着色胶衣。有的SMC制品采用模内涂层(IMC)技术。

1.从工艺技术着眼。

如筛选所用材料的最佳成型工艺、最佳工艺参数等，探索直至达到目的。

首先，探索具有A级表面精度的SMC制品模塑过程中的反应收缩率。第二步，探索该反应收缩率的最佳工艺参数。最后，反其道而行之，直至达到制品获得A级表面精度的目的。

实践说明，在模塑过程中SMC制件的反应收缩率(s)，是施加于它的模压压力(v)和模内温度(t)的函数，即s=f(v,t)。也就是说，s随着v的增大而增大，随着t的增大而减小。下面附带介绍一种预处理工艺。

气相氟处理(gas fashion fluorination)是新近才出现的较新颖、先进的表面预处理工艺。氟是最活泼的非金属元素，自然气相氟的化学性也非常活泼。塑料、复合材料制品的表面能很低（<40mN/m），低于喷漆等表面处理工艺所需的表面能：两相材料在界面上粘接得牢固，其先决条件之一是彼此都必须具有足够大的强度——表面能。补救的办法是表面处理以前进行预处理。后者的作用是提高制品的表面能、表面活性、改善表面形状和降低浸渍角。而气相氟处理正好起到了这些作用。

该工艺不受制品的限制，可处理三维制品；可在线或离线处理(与产品的生产情况一致)。其重要工艺参数有：

(1)反应温度，一般为25℃，温度越高反应速度越快 ；

(2)气相氟的浓度；

(3)反应(滞留)时间。

下面举三个实例：PP—EPDM气囊盖气相氟处理后喷水剂漆；某车的后挡板的内面气相氟处理后达到A级表面精度；PP／PE内饰件采用了气相氟处理。

3、借助于光学测量仪。

如上所说，织物增强塑料制品的表面势必产生纹理、波纹，于是就喷漆。喷漆可使微细结构光滑，产生高光泽。但是欲盖弥彰，实际上漆与基层隔绝，反而使粗结构（波纹）更清晰。

这样喷漆后波纹仍然影响表面质量。怎么办呢？借助于光学测量仪

（如：表面光洁度仪），可定性或定量地测波纹的类型，系统、准确地测到已喷漆的制品的材料参数。（如：基材类型、织物精细度、纤维含量）、技术参数（压力、温度等）对纹理发展的影响。从而探索到制品达到A级表面精度的目的。

四、SMC制品联机喷漆与A级表面精度层压板的结构

SMC制品脱模后利用氧化剂进行表面处理。涂覆导电底漆，再涂覆胶衣。为适应阴极浸涂工艺的要求，宜利用胶衣使SMC制品具有一定的表面张力。某低密度、挠性的导电SMC——具有耐高温、不降解、尺寸稳定性好、膨胀系数与其他材料相近、纯静电喷漆性能好等优点，采用联机阴极浸涂工艺。另外，为达到A级表面精度，有的制品表面涂覆一层厚11μm的丙烯酸粉末涂层。有的A级表面精度的树脂糊的配方是：低收缩树脂100份，三水和氢氧化铝（填料）100份，玻璃纤维 30％（这是低收缩、A级表面精度混杂树脂，Reichhold GmbH出品)。

经耐候试验后仍达到A级表面精度的、已喷漆的手糊成型环氧树脂层压板的横断面结构，共有三层 ： 

1、表面层（胶衣层）。快速固化的表面树脂胶衣，用量较大，可能有肉眼可发觉的规则的表面结构； 

2、中间层。分为3层：玻纤毡、单重较小的纤维织物、无纺布（随机纤维层）至少1层。

3、增强层，单重较大的纤维织物。

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