一种碳纤维复合材料的表面处理与涂装方法技术

本发明专利技术涉及一种在表面能较低、残余脱模剂较多的碳纤维增强型环氧树脂或酚醛树脂复合材料表面上的涂装方法，包括以下步骤：(1)用等离子体处理基材表面3‑15分钟，除掉表面杂质、脱模剂，并使基体中亲水性较强官能团得以增强；(2)在处理后的基材表面涂覆一层相容性较好的树脂类薄膜，自然干燥3h，厚度约为10～40μm；(3)在底漆掺入10％～30％的未固化树脂，充分混合后喷涂在上述体系表面，自然干燥24h，干膜厚度约为20～50μm；(4)继续喷涂一层纯底漆，自然干燥48h，干膜厚度为50～90μm；(5)底漆干燥完毕再喷涂一层50～90μm厚的面漆。本发明专利技术简单易操作，最终可得到美观、附着力优良的碳纤维复合材料涂层体系。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料的表面处理与涂装方法
本专利技术涉及一种以碳纤维增强型环氧树脂或酚醛树脂复合材料为涂装对象，在常温下经过漆前处理后再进行涂装作业，涂装完毕后各涂层间附着力优良，符合工艺生产的要求，属于新型塑料基材涂装工艺

技术介绍
碳纤维具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐磨擦、耐高温、导电和导热等多种优异性能，既具有碳材料优异的力学性能，又具备纺织纤维材料的柔软可加工性，已广泛用于国防、军用、民用等领域。碳纤维已经实现工业化生产的有聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维和人造丝碳纤维三种，其中聚丙烯腈基碳纤维的综合性能最好，产量占90％以上。按使用性能，碳纤维一般可分为高强度、高模量碳纤维、活性碳纤维和离子交换碳纤维。其中高强度、高模量碳纤维可在军民两用工业中作为轻质材料的增强体。碳纤维复合材料主要有碳纤维/树脂基复合材料、碳纤维/陶瓷基复合材料、碳纤维/碳复合材料、碳纤维/金属基复合材料四种。碳纤维复合材料固有的外观颜色不能满足人们的视觉要求，且在不同应用领域碳纤维复合材料需具备一定的装饰性能，所以需要对材料表面涂以不同颜色的涂料，通过表面涂覆处理，不仅能对材料起到一定的保护作用，而且能提高产品的使用和销售价值。材料涂装的一般工艺包括漆前处理、涂底漆、涂中间涂层、打磨、涂面漆、漆膜干燥等工序，而对于碳纤维复合材料则需对某些步骤进行调整。众多周知，碳纤维/树脂基复合材料表面极性官能团较少，故表面能低，不利于底漆的润湿与附着，所以需对材料基体表面进行除杂以及活化处理，处理完毕后再根据不同的用途喷涂相对应的油漆。涂装作业时不同的涂装手法对漆膜附着力影响也很大，目前比较接受的“湿碰湿”喷涂工艺被广为应用，但该工艺中每道漆喷涂的间隔时间也是影响漆膜附着的一大因素。而本专利技术以碳纤维增强型环氧树脂或酚醛树脂复合材料为涂装对象，在常温下经过漆前处理再进行涂装作业。漆前处理时，等离子处理完毕基材表面需喷涂一层树脂类薄膜，从而增加基材表面的亲水基团；涂装处理时，采用“湿碰湿”工艺，其中在喷涂底漆之前需额外喷涂一道树脂过渡层，以增加与树脂类薄膜的相容性，该层干燥后再喷涂底漆与面漆。涂装完毕后各涂层间附着力优良，耐候性、耐盐雾性、耐紫外线性、耐湿热性等均符合生产的要求。
技术实现思路
本专利技术主要解决现有碳纤维复合材料涂装时涂层附着力差、易脱落的问题，以碳纤维增强型环氧树脂或酚醛树脂复合材料为主要研究对象，属于新型塑料基材涂装工艺
本专利技术为实现上述目的采取以下涂装工艺：(1)在该工艺中首先将碳纤维增强型环氧树脂或酚醛树脂复合材料的表面用等离子进行表面处理3-15分钟，除掉表面杂质、脱模剂等物质，并使基体中亲水性较强的官能团得以增强，等离子处理后基体中的碳纤维丝没有受损，且碳纤维增强型环氧树脂或酚醛树脂复合材料表面亲水性增强。(2)在等离子处理后的基材表面涂覆一层相容性、粘附性较好的树脂类薄膜，自然干燥3h后，薄膜厚度约为10～40μm，涂覆树脂类薄膜的目的是因为该薄膜和基材结合力优良，并可提供含更多亲水性官能团的表面。所述树脂类薄膜进一步优选为环氧或聚氨酯树脂类薄膜。(3)在底漆中掺入10％～30％的未固化树脂，树脂的成分和上述薄膜成分相同，将他们充分混合后喷涂在上述体系表面，并自然干燥24h，得到树脂过渡层，其干膜厚度约为20～50μm，底漆中掺入未固化树脂可以增加与树脂类薄膜的相容性又不改变底漆的涂装性能；并为处理步骤(4)底漆的优良附着提供一个良好的过渡层，可见该步骤的目的是提高该层与树脂类薄膜的结合力，利于后期底漆的附着。(4)用150～200目砂纸打磨树脂过渡层，并将打磨下来的残渣除去，为喷涂底漆做准备。(5)继续喷涂未掺杂的底漆，喷涂时采用“湿碰湿”工艺，连续喷涂3道，每道时间间隔为30min，喷涂完毕后自然干燥48h，干膜厚度为50～90μm。(6)底漆干燥完毕用150～200目砂纸打磨并除去残渣，再喷涂50～90μm厚的面漆。喷涂时采用“湿碰湿”工艺，连续喷涂3道，每道时间间隔为30min，喷涂完毕后自然干燥48h。本专利技术中“湿碰湿”喷涂工艺为涂料喷涂中的已有技术，专利CN101067069A、CN101440241A、CN101574689A中均记载了该工艺。本专利技术与已有涂装手段相比具有以下优势：(1)本专利技术简单易操作，可在常温下进行，适合大面积的涂装作业，利于碳纤维复合材料涂装工业化推广及应用。(2)本专利技术能显著提高碳纤维复合材料涂层之间的结合力，漆膜附着力优良，对材料保护力度更大。(3)本专利技术在喷涂底漆之前需喷涂一道树脂类过渡层，该过渡层将底漆与树脂类硬质薄膜紧密粘接在一起，可使底漆发挥更大的作用。附图说明图1为本专利技术的涂装工艺流程图。具体实施方式下面结合实施例和对比例进一步叙述本专利技术所提供的对碳纤维增强型环氧树脂或酚醛树脂复合材料涂装工艺的方法。实施例1：用等离子处理机处理碳纤维增强型环氧树脂复合材料基材表面8min，之后涂覆一层20μm厚的高活性的环氧树脂类薄膜，自然干燥3h后喷涂一层50μm厚的环氧树脂类过渡层，该过渡层为在环氧底漆中掺入15％的环氧树脂与聚酰胺的混合物，自然干燥24h后用200目砂纸打磨并除去残渣，采用“湿碰湿”喷涂工艺，连续喷涂3道环氧底漆，每道时间间隔为30min，喷涂完毕后自然干燥48h，干膜厚度为53μm。最后再采用“湿碰湿”喷涂工艺，再用200目砂纸打磨后的环氧底漆表面连续喷涂3道聚氨酯面漆，每道时间间隔为30min，喷涂完毕后自然干燥48h，干膜厚度为76μm。用划圈法定性分析漆膜的附着力为0级，用拉开法定量分析漆膜的附着力为8.32MPa。对比例1：用等离子处理机处理碳纤维增强型环氧树脂复合材料基材表面5min，之后涂覆一层约30μm厚的高活性的环氧树脂类薄膜，自然干燥3h，采用“湿碰湿”喷涂工艺，连续喷涂3道环氧底漆，每道时间间隔为30min，喷涂完毕后自然干燥48h，干膜厚度为62μm。最后再采用“湿碰湿”喷涂工艺，再用180目砂纸打磨后的环氧底漆表面连续喷涂3道聚氨酯面漆，每道时间间隔为30min，喷涂完毕后自然干燥48h，干膜厚度为83μm。用划圈法定性分析漆膜的附着力为0级，用拉开法定量分析漆膜的附着力为6.07MPa。实施例2：用等离子处理机处理碳纤维增强型酚醛树脂复合材料基材表面12min，之后涂覆一层27μm厚的高活性的聚氨酯树脂类薄膜，自然干燥3h后喷涂一层56μm厚的聚氨酯树脂类过渡层，该过渡层为在聚氨酯底漆中掺入15％的聚醚多元醇与异氰酸酯的混合体，自然干燥24h后用180目砂纸打磨并除去残渣，采用“湿碰湿”喷涂工艺，连续喷涂3道聚氨酯底漆，每道时间间隔为30min，喷涂完毕后自然干燥48h，干膜厚度为67μm。最后再采用“湿碰湿”喷涂工艺，再用150目砂纸打磨后的环氧底漆表面连续喷涂3道聚氨酯面漆，每道时间间隔为30min，喷涂完毕后自然干燥48h，干膜厚度为79μm。用划圈法定性分析漆膜的附着力为0级，用拉开法定量分析漆膜的附着力为8.78MPa。对比例2：用等离子处理机处理碳纤维增强型酚醛树脂复合材料基材表面6min，之后涂覆一层约29μm厚的高活性的聚氨酯树脂类薄膜，自然干燥3h，采用“湿碰湿”喷涂工艺，连续喷涂3道聚氨酯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在表面能较低、残余脱模剂较多的碳纤维增强型环氧树脂或酚醛树脂复合材料表面上的涂装方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)对复合材料表面进行等离子处理3‑15分钟；(2)在处理后的复合材料表面涂覆一层相容性较好的树脂类薄膜，自然干燥3h；(3)在底漆中掺入10％～30％的未固化树脂，充分混合后喷涂在上述体系表面，自然干燥24h，干膜厚度约为20～50μm，得到树脂过渡层；(4)喷涂未掺杂的底漆，自然干燥48h，干膜厚度为50～90μm；(5)底漆干燥完毕再喷涂50～90μm厚的面漆。

【技术特征摘要】
1.一种在表面能较低、残余脱模剂较多的碳纤维增强型环氧树脂或酚醛树脂复合材料表面上的涂装方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)对复合材料表面进行等离子处理3-15分钟；(2)在处理后的复合材料表面涂覆一层相容性较好的树脂类薄膜，自然干燥3h；(3)在底漆中掺入10％～30％的未固化树脂，充分混合后喷涂在上述体系表面，自然干燥24h，干膜厚度约为20～50μm，得到树脂过渡层；(4)喷涂未掺杂的底漆，自然干燥48h，干膜厚度为50～90μm；(5)底漆干燥完毕再喷涂50～90μm厚的面漆。2.根据权利要求1所述的涂装方法，其特征在于：步骤(3)中掺入未固化树脂优选为15-25％。3.根据权利要求1所述的涂装方法，其特征在于：步骤(2)中薄膜的厚度约为10～40μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，温福山，夏海渤，陈旭，王浩，丁若男，李丽，赵民，于冉，张亚东，李敏，陈清泰，娄斌，李志恒，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37