[发明专利]一种碳纤维复合材料的表面处理方法

说明书

本发明涉及一种在表面自由能较低、含硅脱模剂较多的碳纤维增强环氧树脂或酚醛树脂复合材料表面上的处理方法，包括以下步骤：(1)用300～1000目的水砂纸初步打磨碳纤维复合材料基材表面，去除表面大部分的含硅脱模剂以及低活性组分，并使部分亲水性较强的官能团裸露；(2)用脱脂棉蘸取1％～5％浓度的NaF与HCOOH混合液(NaF：HCOOH＝0.1～0.01)，擦拭打磨后的基材表面5～10min，将剩余的含硅脱模剂全部除去，并轻微溶胀碳纤维复合材料基材表面；(3)在去除脱模剂的表面涂覆一层约10～40μm厚的高活性、相容性较好的树脂类过渡层，自然干燥3～5h后再做相应涂装处理。本发明工艺简单、成本低，最终可大幅度提高碳纤维复合材料表面与涂料的附着能力。

技术领域

本发明涉及一种以碳纤维增强环氧树脂或酚醛树脂复合材料为表面处理对象的方法，经过三步处理得到表面能较高、无脱模剂、无碳纤维损伤的碳纤维增强复合材料基材表面，可以大幅度提高之后涂装作业时底漆的附着能力。属于新型塑料基材涂装前处理的技术领域。

背景技术

碳纤维是由有机母体纤维在1000℃～3000℃的高温、惰性气体环境下，高温分解、碳化而成的含碳量90％以上的无机高分子纤维，其中含碳量超过99％的又称石墨纤维。碳纤维具有相当独特和出众的物理和化学性能，它具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐磨擦、耐高温、导电和导热等多种优异的性能，堪称材料工业的明珠，被誉为“黑色黄金”。碳纤维与各种基体经过复合工艺后制成的碳纤维复合材料因“外柔内刚”，质量比金属铝轻，密度不到2×10³Kg/m³，强度却是钢铁的10倍以上，不但在航空航天和军事领域得到广泛应用，而且在民用领域也得到大量应用。

随着轻量化、新材料理念的深入人心、市场的发展以及国家政策的扶持将会有更多碳纤维复合材料应用案例出现。但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，所以需要对碳纤维复合材料涂以不同颜色的涂料，通过表面涂覆处理，不仅能提高产品的使用和销售价值，而且能对材料本身起到一定的保护作用。但碳纤维复合材料成型时基体表面往往携带大量的脱模剂、增塑剂等杂质，这些物质如果不除去将会在很大程度上影响涂料的附着力；并且碳纤维复合材料表面极性极低，一般的底漆很难在其表面润湿，如不经活化处理，漆膜在成型时会发生卷曲、收缩，附着力也将会大大下降。目前市场上对塑料基材表面的处理手段多采用铬酸强氧化处理，虽然对塑料基体表面能进行有效的活化，提高基体表面能，但也带来了废水处理等问题，随着工业的发展，涂装生产线上都避免使用铬酸处理。新型的等离子处理目前处于火热阶段，等离子设备在常温下就可以对塑料基体进行活化，避免了高温塑料基材变形的问题，但等离子处理只适用于小型零部件，对大面积的碳纤维复合材料的表面处理显得捉襟见肘。尽管几种处理方法都能使碳纤维复合材料表面极性官能团增多，提高了表面的润湿性，但基材表面残余的脱模剂不能被有效除去，从而在一定程度影响了后期底漆的附着能力。

而本发明针对基体表面含硅脱模剂较多的碳纤维增强环氧树脂或酚醛树脂复合材料，先用目数为300～1000的砂纸打磨复合材料表面，除掉大部分的含硅脱模剂以及其他污染物；再用脱脂棉蘸取浓度为1％～5％的NaF与HCOOH混合液(NaF：HCOOH＝0.1～0.01)擦拭，可将剩余的含硅脱模剂全部除去，并可轻微溶胀碳纤维增强复合材料基材表面；最后表面涂覆一层表面能较高、相容性较好的树脂类过渡层，表干后可得到亲水性好、无脱模剂、无碳纤维损伤的高活性碳纤维增强复合材料基材表面，有利于之后的表面涂装作业。

发明内容

本发明主要解决现有碳纤维复合材料表面活性提高困难、脱模剂去除不彻底的问题，以基体表面含硅脱模剂较多的碳纤维增强环氧树脂或酚醛树脂复合材料为主要研究对象，经过三步关键步骤处理，可得到高活性的基体表面。

本发明为实现上述目的采取以下技术方案：一种表面自由能较低、含硅脱模剂较多、结晶度较高的碳纤维增强环氧树脂或酚醛树脂复合材料表面处理方法，包含以下步骤：