碳纖維復合材料同步成型涂裝工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種碳纖維復合材料的加工工藝，尤其涉及一種碳纖維復合材料同 步成型涂裝工藝，屬于復合材料加工領域。
【背景技術】
[0002] 碳纖維復合材料具有優異的機械性能，例如高比強度和高比模量等，因此它們廣 泛的應用于航天航空工業、高檔汽車、體育器材、風能、豪華游艇、3C產品、醫療產品和軍事 工業等領域中。由于碳纖維復合材料具有復雜變化的多尺度結構，使其從原材料生產到最 終工業化應用均不能完全實現自動化，且由于其生產過程中工序多、周期長、產量低，導致 了復合材料部件的價格昂貴，不能在普通民用裝備上大量使用。現有的碳纖維復合材料成 型和涂裝的加工工藝是將碳纖維體編織成布狀形成碳纖維編織體，通過浸漬上漿劑成為預 浸料，然后對預浸料進行成型加工（如采用吹氣成型法、模壓成型法、貼模成型法等）得到 初步產品，該成型后的初步產品再做精加工（如切削、包射、埋設等）后進行涂裝。
[0003]目前碳纖維復合材料制品表面進行涂裝涂層成為其加工的重要工序，這是因為此 類材料特別是3C產品和醫療產品等的外觀色澤是相關廠商吸引消費者時考量的重要因 素。而目前的涂裝工藝中"三涂三烤"是主要涂裝程序，即碳纖維復合材料制品先噴涂后靜 置，之后再烘烤，中間為增加漆的附著力及去除雜質還含有打磨程序。有的產品為了看得到 碳纖維的編織紋路，需要噴涂透明皮革漆，使其有皮革的觸摸感，具有特殊視覺質感，以提 高產品的檔次。這個成型好的碳纖維復合材料制品經歷了三次噴涂，三次靜置，三次打磨， 三次烘烤，投入人力龐大，各制程不良率高，導致整個涂裝工藝良率低下，成本居高不下，亦 成為當前業界急需改進的目標。
【發明內容】
[0004] 為了克服上述現有技術中存在的不足，本發明提供了一種碳纖維復合材料同步成 型涂裝工藝，該工藝簡化了涂裝工藝，降低了碳纖維復合材料制品涂裝的成本，大大提升了 產品良率，縮短了制程時間。
[0005] 本發明為了解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0006] -種碳纖維復合材料同步成型涂裝工藝，包括下述步驟：
[0007] (1)將碳纖維編織體浸漬于上漿樹脂中形成碳纖維預浸料；將需要涂裝的涂料按 順序印刷于耐高溫離型膜上形成可撕涂層薄膜，所述上漿樹脂的固化溫度與需要涂裝的涂 料的固化溫度保持一致，且需要涂裝的涂料在該固化溫度下能夠與耐高溫離型膜剝離。該 涂料和涂料印刷的順序根據產品所需性能的不同會有改動，該印刷過程可按照涂層印刷領 域內的常規做法進行，在實際操作中可外包給涂層印刷廠按照條件需求批量性提供。與傳 統碳纖維復合材料的涂裝工藝相比，傳統工藝是在已經成型的材料表面進行三次噴涂，三 次靜置，三次打磨，三次烘烤，而該步驟中以離型膜為中介，將涂層先涂覆好，涂層作為一個 整體與碳纖維復合材料之間僅有一次接觸，為簡化涂裝程序提供了良好的基礎。
[0008] (2)將（1)中所得的碳纖維預浸料層疊好并放置在成型機的模具上，然后將可撕 涂層薄膜上的涂料層和碳纖維預浸料的表面緊密貼合在一起；其中可撕涂層薄膜的尺寸大 于或等于碳纖維預浸料的尺寸，一般采用等尺寸的可撕涂層薄膜。
[0009] (3)將成型機的模具進行合模并加溫至所述上漿樹脂的固化溫度，同時對模具進 行抽真空，在上述溫度和抽真空狀態下對貼覆有可撕涂層薄膜的碳纖維預浸料預加熱3~ 5min，且所述抽真空的壓力為7~9kg/cm 2,通過抽真空的方式來控制涂裝完成的產品表面 無氣泡且光滑平整。
[0010] (4)預加熱結束后在仍保持上述溫度和抽真空狀態下進行熱壓成型，并待成型后 的碳纖維復合材料冷卻后移出模具，將耐高溫離型膜撕除，得到同步完成成型和涂裝的碳 纖維復合材料。
[0011] 在步驟（3)和（4)中進行涂裝和成型時采用了分段加熱的方式，即先進行預加熱， 然后再進行熱壓成型。其中步驟（3)中預加熱的目的是采用烘烤的方式令碳纖維預浸料 和涂料中的水分能夠緩慢揮發，避免在后續的熱壓工藝中出現涂層表面起泡的現象。步驟 (4)中將涂裝和烘烤通過熱壓工藝同步進行，當達到上漿樹脂的固化溫度時，此時碳纖維預 浸料的表面和涂層的表面均處于輕微融化，但仍不能像液體一樣四處流動的狀態，此時在 壓力作用下，上漿樹脂和涂料能夠達到分子層面的相互滲透，使得需要涂裝的涂層很好的 結合在碳纖維預浸料上，同時碳纖維預浸料也通過熱壓成型為所需的形狀。
[0012] 其進一步的技術方案是：
[0013] 步驟（1)中所述可撕涂層薄膜由耐高溫離型膜和涂料層組成，所述耐高溫離型膜 由載體和離型層層疊組成，所述涂料層由需要涂裝的涂料按照皮革層、介質層、油墨層和膠 層的順序依次印刷于所述離型層上組成。其中載體一般采用聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET) 薄膜，離型層一般為硅油等離型劑，可便于在成型后將載體撕除。其中膠層主要用來提供良 好粘著力；油墨層是顏色和圖案的主要提供者；介質層作為皮革層和油墨層連接層，能很 好的將二者結合起來；皮革層能夠為成型后的碳纖維復合材料提供良好的表面觸感，能夠 提高材料的檔次。該耐高溫離型膜在撕除時要能夠很好的撕除，涂料層不能經高溫后與上 漿樹脂結合后仍有殘留在離型膜上。
[0014] 步驟（2)中與碳纖維預浸料的表面緊密貼合在一起的為所述膠層。即在放置的時 候，將可撕涂層薄膜印刷有膠層的一面緊貼于碳纖維預浸料的表面上。
[0015] 耐高溫離型膜的所述載體為能夠承受溫度高于所述上漿樹脂的固化溫度的塑料 薄膜。
[0016] 步驟（4)中熱壓成型的時長由所述碳纖維預浸料的成型工藝決定，一般是由上漿 樹脂決定的，且通常為8~15min，熱壓成型結束的冷卻時長為8~lOmin，該時間內能夠保 證碳纖維預浸料制品的硬化及涂裝后涂層表面附著的平滑性，可以有效保證制品表面外觀 質量的同時能夠進行大批量生產。
[0017] 所述上漿樹脂為熱固性樹脂或熱塑性樹脂，且該上漿樹脂的固化溫度為150~ 200。。。
[0018] 本發明的有益技術效果是：該加工工藝將碳纖維復合材料的成型加工工藝與涂 裝加工工藝合并，大大節約了生產周期的時間，僅就涂裝工藝相比，傳統的涂裝生產周期需 30h，而本發明所述成型及涂裝共需約幾十分鐘；此外該工藝避免了碳纖維復合材料制品在 涂裝中受烘烤，因此避免了涂裝烘烤中制品變形扭曲的現象，且成型造成的外觀瑕疵可直 接被涂層面覆蓋，大大提高了產品的良率；加工過程中人力物力成本均大大減少，降低成 本，同時取消噴漆制程，避免了環境污染和對操作者的危險，環保安全。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合具體實施例和對比實施例對本發明進行詳細說明。
[0020] 下述具體實施例和對比實施例中所采用的上漿樹脂為環氧樹脂和酚醛樹脂，所采 用的碳纖維編織體為由日本東麗T300-3K碳纖維編織布、纖維編織布UD和玻璃纖維布中的 至少一種。將日本東麗T300-3K碳纖維編織布和纖維編織布UD分別浸漬環氧樹脂形成碳 纖維預浸料，然后將浸漬好的日本東麗T300-3K碳纖維編織布和纖維編織布UD層疊構成物 品A 1，其中層疊次序按照最終產品的需求而定。將日本東麗T300-3K碳纖維編織布和玻璃 纖維布分別浸漬酚醛樹脂形成碳纖維預浸料，然后將浸漬好的日本東麗T300-3K碳纖維編 織布和玻璃纖維布層疊構成物品A 2，其中層疊次序按照最終產品的需求而定。上述碳纖維 編織布的型號種類及上將樹脂的種類可根據最終產品的實際需求進行選擇，并不限制于上 述內容。
[0021] 按照碳纖維復合材料制品最終的外觀要求將不同的涂料按照順序印刷在耐高溫 的PET載體膜上形成可撕涂層薄膜B，下述實施例中采用的順序為PET膜-離型層-皮革 層-介質層-油墨層_膠層，但本發明中所使用的可撕涂層薄膜B上的涂層并不限制于上 述種類和順序。
[0022] 其中物品&和六2中環氧樹脂和酚醛樹脂的固化溫度和可撕涂層薄膜B中涂料（最 主要是膠層）的固化溫度保持一致，本具體實施例中選用的環氧樹脂、酚醛樹脂和可撕涂 層薄膜B中涂料的固化溫度均為150~160°C。
[0023] 下述具體實施例中采用的成型方法為模壓成型法，所采用的成型機至少為50噸 位以上，一般選擇100~200噸位的，最優選擇200~300噸位的，本具體實施例中選用 200~300噸位的成型機。
[0024] 具體實施例1
[0025] 將層疊好的物品A1放置在成型機的模具上，然后將可撕涂層薄膜B倒扣使膠層和 物品4的表面緊密貼合在一起，保證可撕涂層薄膜B的膠層與物品A i的外觀紋路面結合； 然后將成型機的模具進行合模并加溫至150°C，同時對模具進行抽真空7kg/cm2,在上述溫 度和