[發明專利]一種碳纖維復合材料的表面處理方法

有效

• 申請號: 201710776324.8
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107759816B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 溫福山;劉東;夏海渤;陳旭;王浩;丁若男;李麗;趙民;張慧;孫禹;王璐;賴怡;姚小林;劉治坤;孔維潔;袁昌旗;李涵;王志
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C08J7/043
• 分類號: C08J7/043;C08J7/12;C08J7/14;C08J7/00;C08L63/00;C08L61/06;C08K7/06
• 代理公司: 北京冠和權律師事務所 11399
• 代理人: 李建華

本發明涉及一種在表面自由能較低、含硅脫模劑較多的碳纖維增強環氧樹脂或酚醛樹脂復合材料表面上的處理方法，包括以下步驟：(1)用300～1000目的水砂紙初步打磨碳纖維復合材料基材表面，去除表面大部分的含硅脫模劑以及低活性組分，并使部分親水性較強的官能團裸露；(2)用脫脂棉蘸取1％～5％濃度的NaF與HCOOH混合液(NaF：HCOOH＝0.1～0.01)，擦拭打磨后的基材表面5～10min，將剩余的含硅脫模劑全部除去，并輕微溶脹碳纖維復合材料基材表面；(3)在去除脫模劑的表面涂覆一層約10～40μm厚的高活性、相容性較好的樹脂類過渡層，自然干燥3～5h后再做相應涂裝處理。本發明工藝簡單、成本低，最終可大幅度提高碳纖維復合材料表面與涂料的附著能力。

技術領域

本發明涉及一種以碳纖維增強環氧樹脂或酚醛樹脂復合材料為表面處理對象的方法，經過三步處理得到表面能較高、無脫模劑、無碳纖維損傷的碳纖維增強復合材料基材表面，可以大幅度提高之后涂裝作業時底漆的附著能力。屬于新型塑料基材涂裝前處理的技術領域。

背景技術

碳纖維是由有機母體纖維在1000℃～3000℃的高溫、惰性氣體環境下，高溫分解、碳化而成的含碳量90％以上的無機高分子纖維，其中含碳量超過99％的又稱石墨纖維。碳纖維具有相當獨特和出眾的物理和化學性能，它具有高強度、高模量、耐腐蝕、耐磨擦、耐高溫、導電和導熱等多種優異的性能，堪稱材料工業的明珠，被譽為“黑色黃金”。碳纖維與各種基體經過復合工藝后制成的碳纖維復合材料因“外柔內剛”，質量比金屬鋁輕，密度不到2×10³Kg/m³，強度卻是鋼鐵的10倍以上，不但在航空航天和軍事領域得到廣泛應用，而且在民用領域也得到大量應用。

隨著輕量化、新材料理念的深入人心、市場的發展以及國家政策的扶持將會有更多碳纖維復合材料應用案例出現。但碳纖維復合材料固有的外觀顏色不能滿足人們的視覺要求，所以需要對碳纖維復合材料涂以不同顏色的涂料，通過表面涂覆處理，不僅能提高產品的使用和銷售價值，而且能對材料本身起到一定的保護作用。但碳纖維復合材料成型時基體表面往往攜帶大量的脫模劑、增塑劑等雜質，這些物質如果不除去將會在很大程度上影響涂料的附著力；并且碳纖維復合材料表面極性極低，一般的底漆很難在其表面潤濕，如不經活化處理，漆膜在成型時會發生卷曲、收縮，附著力也將會大大下降。目前市場上對塑料基材表面的處理手段多采用鉻酸強氧化處理，雖然對塑料基體表面能進行有效的活化，提高基體表面能，但也帶來了廢水處理等問題，隨著工業的發展，涂裝生產線上都避免使用鉻酸處理。新型的等離子處理目前處于火熱階段，等離子設備在常溫下就可以對塑料基體進行活化，避免了高溫塑料基材變形的問題，但等離子處理只適用于小型零部件，對大面積的碳纖維復合材料的表面處理顯得捉襟見肘。盡管幾種處理方法都能使碳纖維復合材料表面極性官能團增多，提高了表面的潤濕性，但基材表面殘余的脫模劑不能被有效除去，從而在一定程度影響了后期底漆的附著能力。

而本發明針對基體表面含硅脫模劑較多的碳纖維增強環氧樹脂或酚醛樹脂復合材料，先用目數為300～1000的砂紙打磨復合材料表面，除掉大部分的含硅脫模劑以及其他污染物；再用脫脂棉蘸取濃度為1％～5％的NaF與HCOOH混合液(NaF：HCOOH＝0.1～0.01)擦拭，可將剩余的含硅脫模劑全部除去，并可輕微溶脹碳纖維增強復合材料基材表面；最后表面涂覆一層表面能較高、相容性較好的樹脂類過渡層，表干后可得到親水性好、無脫模劑、無碳纖維損傷的高活性碳纖維增強復合材料基材表面，有利于之后的表面涂裝作業。

發明內容

本發明主要解決現有碳纖維復合材料表面活性提高困難、脫模劑去除不徹底的問題，以基體表面含硅脫模劑較多的碳纖維增強環氧樹脂或酚醛樹脂復合材料為主要研究對象，經過三步關鍵步驟處理，可得到高活性的基體表面。

本發明為實現上述目的采取以下技術方案：一種表面自由能較低、含硅脫模劑較多、結晶度較高的碳纖維增強環氧樹脂或酚醛樹脂復合材料表面處理方法，包含以下步驟：