楊利軍 林社超

摘要：碳纖維復(fù)合材料（CFRP）由作為增強(qiáng)材料的碳纖維和作為基體材料的樹(shù)脂組成，早期碳纖維材料主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨著制造工藝技術(shù)及設(shè)備的不斷發(fā)展，CFRP在一般工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。相比傳統(tǒng)材料，CFRP具有比強(qiáng)度高、比模量高、質(zhì)量輕、抗疲勞性能好及減振性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合材料匯聚了2種材料的優(yōu)勢(shì)，各組分在性能上起協(xié)同作用，具有單一材料無(wú)法比擬的優(yōu)越綜合性能。在汽車(chē)行業(yè)，CFRP應(yīng)用于汽車(chē)外飾件、汽車(chē)結(jié)構(gòu)件等的設(shè)計(jì)與制造。

關(guān)鍵詞：碳纖維材料;涂裝工藝;基材質(zhì)量

1碳纖維復(fù)合材料的涂裝工藝流程

1.1碳纖維基材表面預(yù)處理

碳纖維基材在來(lái)料時(shí)，往往帶有以下缺陷：表面不平，樹(shù)脂富集，樹(shù)脂缺失，白點(diǎn)，針孔，顆粒等。對(duì)后續(xù)的噴涂質(zhì)量影響較大，需要對(duì)其進(jìn)行表面處理。表面處理的具體工藝為：采用砂紙對(duì)表面進(jìn)行打磨，主要目的是去除表面殘留的脫模劑，對(duì)表面進(jìn)行粗化以增強(qiáng)涂料的附著力，更大限度地暴露覆蓋在樹(shù)脂表面的針孔。在打磨完成之后，對(duì)于基材缺損處使用樹(shù)脂進(jìn)行修補(bǔ)，之后進(jìn)行烘烤，打磨修復(fù)直至表面平整。隨后整車(chē)噴涂底漆，待固化之后檢查表面質(zhì)量狀態(tài)，如還存有類(lèi)似顆粒、針孔、表面不平等影響后續(xù)外觀質(zhì)量的缺陷，則對(duì)缺陷處進(jìn)行打磨處理，重復(fù)噴涂作業(yè)直至外觀質(zhì)量符合要求。對(duì)于Polestar1車(chē)型來(lái)講，以上工作是在碳纖維供應(yīng)商處完成，達(dá)到來(lái)件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之后送至極星汽車(chē)廠(chǎng)，到廠(chǎng)后檢查出的來(lái)件質(zhì)量問(wèn)題以駐廠(chǎng)供應(yīng)商返修為主。

1.2基材打磨

待白車(chē)身運(yùn)轉(zhuǎn)到涂裝車(chē)間之后，首先進(jìn)行整車(chē)打磨，主要的工藝步驟包括擦拭，檢查，打磨，除塵。打磨工藝的目的是去除來(lái)件表面的顆粒、劃痕、毛刺等，同時(shí)增加底漆與中涂之間的附著力。

第1步為擦拭，采用異丙醇與純水（體積比1∶1）的混合液，用擦拭布對(duì)車(chē)身內(nèi)外表面進(jìn)行整體擦拭，除去車(chē)身表面的油污，擦拭的要點(diǎn)為由內(nèi)至外、由上至下、由前至后，擦拭動(dòng)作方向一致，避免來(lái)回擦拭，以防止油污殘留。

第2步為檢查，擦拭完成后，佩戴手套，對(duì)車(chē)身整體質(zhì)量進(jìn)行檢查，檢查的步驟方法與擦拭一致，尤其要注意尖角處，部件交界處的涂裝缺陷。

第3步為打磨，步驟方法與擦拭一致，對(duì)于平面的打磨采用打磨機(jī)完成，凹凸面及部件邊緣的打磨采用手工打磨完成，打磨過(guò)程中采用畫(huà)圓的打磨手法。打磨時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待造型線(xiàn)附近區(qū)域的打磨，不要破壞現(xiàn)有的車(chē)身造型線(xiàn)，如，腰線(xiàn)、引擎蓋造型線(xiàn)等。

第4步為除塵，在打磨完成之后，要對(duì)遺留的打磨灰進(jìn)行最大限度的清理，以增加底漆與中涂之間的附著力。除了采用帶有真空集灰設(shè)備的Festool打磨機(jī)及時(shí)處理打磨過(guò)程中產(chǎn)生的打磨灰，在打磨完成后，需要增加吹灰、真空吸塵器吸灰及濕抹布擦拭除灰工藝;尤其是在內(nèi)腔殘留的打磨灰如未能得到有效的清理，在后續(xù)噴涂過(guò)程中，很容易形成質(zhì)量缺陷。

1.3中涂

中涂工藝與傳統(tǒng)噴漆工藝一致，在對(duì)噴漆表面進(jìn)行擦拭除塵之后進(jìn)行噴漆作業(yè)。由于Polestar1上車(chē)身為碳纖維復(fù)合材料，烘烤溫度過(guò)高有破壞零件強(qiáng)度的風(fēng)險(xiǎn)，如，出現(xiàn)分層、零件變形等缺陷，長(zhǎng)時(shí)間烘烤溫度建議為80℃，短時(shí)間烘烤可采用100℃。為了配合碳纖維復(fù)合材料對(duì)低溫烘烤的需求，Polestar1車(chē)型上使用的中涂為BASF提供的低溫烘烤水性雙組分涂料，中涂膜厚下限為30μm且不能出現(xiàn)流掛，中涂涂裝完成后，流平10min，送至中涂烘爐中在80℃烘烤60min，完成中涂工藝。

1.4中涂打磨

中涂后，車(chē)身再次轉(zhuǎn)運(yùn)至打磨間進(jìn)行整車(chē)身打磨，打磨流程與基材打磨一致。此次打磨采用更為細(xì)膩的打磨紙，現(xiàn)場(chǎng)使用的是800#打磨紙。主要目的是處理中涂涂層的缺陷，增加中涂與色漆層之間的附著力。在中涂打磨過(guò)程中，要注意檢查是否有針孔，發(fā)現(xiàn)針孔需要用單組分修補(bǔ)漆進(jìn)行修復(fù)。另外，為了減少打磨灰對(duì)面漆噴涂（亞光清漆）的影響，在完成中涂打磨之后，采用塑料薄膜對(duì)車(chē)身底盤(pán)，門(mén)內(nèi)板進(jìn)行遮蔽。總之，要盡可能去除打磨灰，避免打磨灰對(duì)面漆噴涂造成缺陷。

1.5面漆

面漆工藝包括色漆和罩光清漆。車(chē)身在潔凈間完成包括靜電除塵、溶劑擦拭、粘塵等一系列準(zhǔn)備工作之后，首先進(jìn)行色漆層的涂裝，Polestar1車(chē)身采用的色漆為水性色漆，除珠光白顏色的白底為雙組分涂料外，其余顏色均為單組分涂料。色漆噴涂完成后送至閃干爐進(jìn)行閃干，工藝條件為70℃、6min。待車(chē)身冷卻降溫后，涂裝罩光清漆，Polestar1車(chē)身采用的清漆為溶劑型雙組分低溫清漆，共有高光清漆和亞光清漆2種類(lèi)型，烘干條件為80℃、60min。高光清漆的噴涂與傳統(tǒng)噴涂一致，對(duì)亞光清漆的噴涂而言，有很多注意事項(xiàng)。

1.6拋光精修

完成面漆工藝之后，在拋光時(shí)對(duì)表面質(zhì)量先進(jìn)行全面檢查，對(duì)于類(lèi)似清漆顆粒、流掛、橘皮、失光等可以進(jìn)行打磨拋光處理，消除漆膜表面的細(xì)小缺陷，增加漆膜的光澤與平滑度，其他無(wú)法精修處理的需要送至點(diǎn)補(bǔ)間進(jìn)行處理，完成涂裝工藝。

2碳纖維復(fù)合材料涂裝缺陷及處理方法

2.1中涂氣泡

在Polestar1的車(chē)身涂裝調(diào)試過(guò)程初期，中涂氣泡始終存在。中涂氣泡主要集中在板材邊緣（如，門(mén)邊尖角處），部件交界處（如，翼子板與前門(mén)板交界處），車(chē)身凹面區(qū)域（如，門(mén)檻區(qū)域），偶爾也出現(xiàn)在板材的非邊緣部位，通過(guò)對(duì)多次調(diào)試氣泡的數(shù)據(jù)分析，結(jié)合碳纖維來(lái)料基材的比對(duì)分析，采取了以下措施解決了中涂氣泡的問(wèn)題。

（1）優(yōu)化中涂膜厚，使膜厚適當(dāng)偏下限;（2）優(yōu)化噴涂軌跡，避免涂料在板材邊緣和部件交界處等地聚集;（3）增加對(duì)碳纖維來(lái)料的監(jiān)測(cè)，對(duì)于來(lái)件出現(xiàn)的針孔及時(shí)進(jìn)行膩?zhàn)幽z修補(bǔ)并刮平。

2.2漆面開(kāi)裂

漆面開(kāi)裂一般源于基材開(kāi)裂。雖然有來(lái)件質(zhì)量檢測(cè)和第三方駐廠(chǎng)支持解決碳纖維來(lái)件質(zhì)量缺陷問(wèn)題，但在噴涂完成之后，還會(huì)遇到此類(lèi)問(wèn)題，結(jié)合碳纖維廠(chǎng)家以及第三方的經(jīng)驗(yàn)，本文總結(jié)了以下適用于涂裝現(xiàn)場(chǎng)的修補(bǔ)方法。

（1）打開(kāi)開(kāi)裂區(qū)域，檢查開(kāi)裂區(qū)域是否存在氣孔并將氣孔的涂層一并去除;（2）使用壓縮空氣進(jìn)行吹掃，清潔缺陷區(qū)域;（3）填充雙組分環(huán)氧粘接劑，固化20min;（4）采用雙組分膩?zhàn)幽z對(duì)缺陷區(qū)域進(jìn)行充分填充，使用刮刀進(jìn)行刮平處理，使用紅外烤燈在60℃烘烤60min;（5）打磨該區(qū)域至光滑無(wú)顆粒，如有必要繼續(xù)重復(fù)上一步驟直到該區(qū)域表面平整光滑，無(wú)凸起或者凹坑;（6）噴涂雙組分底涂，在60℃烘烤15min，再采用400#砂紙將表面打磨平整;（7）正常噴涂中涂及面漆。

2.3門(mén)檻氣泡

門(mén)檻氣泡是在總裝完成線(xiàn)之后發(fā)現(xiàn)的，且隨著時(shí)間的推移，氣泡有增多變大的趨勢(shì)，連續(xù)觀察數(shù)量車(chē)之后，發(fā)現(xiàn)氣泡主要集中在門(mén)檻區(qū)域。通過(guò)對(duì)鋼板和碳纖維復(fù)合材料同時(shí)涂裝之后的水煮實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致該問(wèn)題的原因與碳纖基材相關(guān)，之后通過(guò)切片SEM分析，發(fā)現(xiàn)氣泡的形成主要是在來(lái)料的底涂涂層之間，初步判斷供應(yīng)商的碳纖維基材處理工藝及底涂工藝存在問(wèn)題。經(jīng)過(guò)與供應(yīng)商及研發(fā)部門(mén)在供應(yīng)商現(xiàn)場(chǎng)的工藝摸排，最終給出了如下解決方案：（1）將碳纖維來(lái)料表面材料的密度由200g/m2提高到300g/m2;（2）優(yōu)化底涂工藝，提高底涂噴涂霧化及流平時(shí)間。

碳纖維復(fù)合材料以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)，是汽車(chē)新材料的發(fā)展趨勢(shì)。但由于目前碳纖維材料成本較高，在量產(chǎn)車(chē)型上大規(guī)模的使用，在國(guó)內(nèi)涂裝的實(shí)際應(yīng)用中還比較少見(jiàn)。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)過(guò)程的跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料在涂裝過(guò)程中需要注意打磨工藝，涂料低溫烘烤工藝，尤其是要注意碳纖維來(lái)料基材質(zhì)量的檢查，這些都對(duì)最終的表面質(zhì)量具有重要影響。

結(jié)語(yǔ)

碳纖維復(fù)合材料以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)，是汽車(chē)新材料的發(fā)展趨勢(shì)。但由于目前碳纖維材料成本較高，在量產(chǎn)車(chē)型上大規(guī)模的使用，在國(guó)內(nèi)涂裝的實(shí)際應(yīng)用中還比較少見(jiàn)。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)過(guò)程的跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料在涂裝過(guò)程中需要注意打磨工藝，涂料低溫烘烤工藝，尤其是要注意碳纖維來(lái)料基材質(zhì)量的檢查，這些都對(duì)最終的表面質(zhì)量具有重要影響。

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