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新型碳纤维复合材料工艺带来一流表面质量

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-12-12  浏览次数:15
核心提示: 碳纤维复合材料部件的油漆脱落问题现在有了解决方法,汽车技术和制造专家Prodrive公司开发的新工艺完全摒弃了油漆的使用。新工艺不仅能够提高表面的耐久性,降低成本,还可以带来一流的表面质量,据说至少可以达到最好的油漆表面质量。Martyn Roberts对此进行了介绍。时至今日,为了获得光滑高光泽度的复合材料部件表面,大多数情况下必须在已抛光的表面再喷涂一层油漆。遗憾的是,表面的任何问题(例如微弱的冲击和磨蚀)都会导致油漆从碳纤维基材上脱落,导致难看的白斑,同时长时间暴露于紫外线下,会导致
       碳纤维复合材料部件的油漆脱落问题现在有了解决方法,汽车技术和制造专家Prodrive公司开发的新工艺完全摒弃了油漆的使用。新工艺不仅能够提高表面的耐久性,降低成本,还可以带来一流的表面质量,据说至少可以达到最好的油漆表面质量。Martyn Roberts对此进行了介绍。

    时至今日,为了获得光滑高光泽度的复合材料部件表面,大多数情况下必须在已抛光的表面再喷涂一层油漆。遗憾的是,表面的任何问题(例如微弱的冲击和磨蚀)都会导致油漆从碳纤维基材上脱落,导致难看的白斑,同时长时间暴露于紫外线下,会导致表面泛黄。

    “如果某个大型板材部件本身还很完美,但仅仅由于表面油漆脱落就要替换掉是非常可惜的,例如赛车的扰流板。”Prodrive公司的复合材料工程经理Gary White说,“我们现在能够获得非常好的表面质量,可以完全摒弃油漆,因而获得多重好处:单个部件成本降低、更高的耐久性和外观的一致性。”

    复合材料部件表面的长期质量对于各种应用来说都是非常重要的,包括汽车、船艇和家具,这些领域对强度和重量或者高科技的优质外观都有要求,但实现起来并不容易。

    “在复合材料领域20年的工作中,我从未看到过没用油漆的均一光泽的表面。” White说,“但现在我们在不借助油漆的情况下,甚至可以得到AA级表面质量。”(AA级表面质量是最重要的视觉要求,例如汽车内饰。)

     为得到优质的表面,Prodrive分析了生产碳纤维复合材料部件的基本工艺过程,并找出了影响表面质量的参数。关键因素之一是要非常严格的控制部件和模具之间的接触面。由于复合材料层是逐层铺放到模具内的,那么就有可能滞留气泡,从而影响层间的粘结和与模具相接触的最外层材料的铺放。Prodrive的工艺通过控制这一制造过程的压力、温度和耐久性数值,可以取得非常好的结果。

    “我们设定了一套工艺条件,以尽可能强化与模具表面接触的外层材料。我们也特别关注模具的表面质量,并与供应商制订了一个预浸料性能规范。”White说。

现代手工艺者

    该工艺采用的是在零下18℃冷藏的粒状材料,以防止树脂的脱落。该材料在冷冻条件下可以保存12个月,而在室温条件下,30天之后就无法使用了。Prodrive不使用标准材料,而是对不同的应用有其自身的规范要求

    成卷的预浸片材在室温下稳定24小时之后展开,采用计算机程序在平面绘图仪上划出部件的形状,然后通过合理排列使浪费减至最少,材料的利用率通常可达90%。

    作为Prodrive质量保证的一部分,每个部件从此时起都采用独一无二的标签做出标记,以便在整个制造过程和使用过程中进行跟踪。这些标签不会对这些过程造成干扰,也无法蓄意破坏。

    四组人同时将预浸料部件手工铺放到模具内;根据所需部件的数量,模具可以采用碳纤维复合材料或铝合金制造。复合材料模具可以生产大约250个部件,但铝模具可以一直使用。

    无漆工艺的成功应用需要操作人员具有较高的技术水平和专注程度,他们必须亲手将预浸料熟练地铺放到模具的每个角落,不能破坏纤维。Prodrive依照最高标准培训他们自己的技术人员,以进行此项操作,整个培训要持续2-3年。完成培训的复合材料技师就是现代的手工艺者,只是他们处理的不是金属、木材或者皮革,而是树脂和纤维。

    预浸料部件放到模具中后,在进入高压釜之前,要用抽空的真空袋包裹起来。真空操作有助于消除树脂中的气泡,从而避免形成孔隙,造成分层。高压釜在一定压力下加热组件,时间通常为一个小时左右。

    高温加热后,该部件从模具中取出后,根据精度要求、操作难度和加工厂的复杂度,进行手工或采用CNC机床修整。此处采用的是气动工具,因为电机会吸收灰尘。在进行最后的检查之前,还要进行手工抛光。

 
 
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