CN112411191A - 一种碳纤维材料表面缺陷的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳纤维材料表面缺陷的修复方法，所述修复方法包括以下步骤：将碳纤维材料的表面缺陷部位进行打磨后，向缺陷部位加入胶粘剂；待所述胶粘剂固化后去除多余的胶粘剂，将修复部位打磨平整；采用树脂胶对处理后的碳纤维材料表面进行润色，得到修复后的碳纤维材料。本发明所述方法对碳纤维材料表面的缺陷采用胶粘剂进行快速修复，胶粘剂粘合力大，粘合速度快，可有效修复碳纤维制品的轻微缺陷，改善碳纤维制品的外观异常，保证修复部位与正常部位的外观一致，提高碳纤维材料的外观质量；所述方法操作简单，修复速度快，可有效节省产品生产周期，处理便捷，降低人力及物力成本。
Description
技术领域
本发明属于碳纤维材料技术领域，涉及一种碳纤维材料表面缺陷的修复方法。
背景技术
碳纤维作为一种重要的无机纤维材料，除了优异的力学性能，还具有多种优良性能，如耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀等，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，已成为目前不可或缺的增强纤维材料，在能源、建筑、材料等领域具有广泛的应用前景。
由于碳纤维生产过程中原丝自身缺陷以及加工工艺的问题，碳纤维普遍存在结构缺陷，造成其强度下降。而目前的碳纤维制品中碳纤维通常是以复合材料的形式进行使用，例如树脂增强碳纤维复合材料，以满足不同应用的需要。碳纤维预浸布是制备碳纤维复合材料及其制件的中间材料，是构成复合材料的基本单元，其质量的均匀性和稳定性是保证复合材料质量的重要环节，受预浸布的树脂含量、分布及加工条件等因素的影响，环氧树脂与碳纤维加压加热的成型过程中的含浸不充分、不均匀会造成制品表面出现细孔等缺陷。
碳纤维材料表面的缺陷，对于产品的外观及使用性能都会造成影响，因此需要采用相应的操作进行修复。CN 103046310A公开了一种碳纤维表面结构缺陷修复技术，包括：预氧化、炭化后的碳纤维束先经表面氧化处理，然后高压电晕放电处理，使碳纤维表面功能化及结构缺陷中带上一定量的负电荷；再将碳纳米管、水和分散剂配制成均一稳定悬浮液，碳纳米管悬浮液施加正极静电，带电碳纤维束构成喷涂液接受体，通过电雾化沉积将碳纳米管植入碳纤维表面结构缺陷内；经碳纳米管雾化沉积后碳纤维在惰性气氛下进行热处理。该方法采用电雾化沉积法将碳纳米管植入碳纤维的表面结构缺陷，进而改善其强度，操作步骤较为复杂，且只适用于单一的碳纤维材料，对于碳纤维复合材料不一定适用。
CN 106986664A公开了一种碳纤维增强碳化硅复合材料缺陷的修复方法，包括：打磨待修复复合材料表面，配置修补材料有机溶液，向修补材料有机溶液中加入二甲苯和碳化硅微粉得到浆料；将修剪后的碳纤维布逐层填入待修复复合材料的缺陷中，每填充一层后在该层碳纤维布上涂覆所述浆料，直至把缺陷填满；将碳纤维布复合材料依序进行烘干、烧结后，多次重复一次称重、真空浸渍、烧结和二次称重步骤，得到修复后的碳纤维增强碳化硅复合材料；该方法采用特定组成的有机修补溶液和碳纤维布进行缺陷修复，主要适用于大面积缺陷的情况，且修复溶液的选择受复合材料组成的影响较大，难以广泛使用。
综上所述，对于表面存在缺陷的碳纤维材料的修复，还需选择广泛适用的修复剂，可以简单快速的实现表面缺陷的修补，同时不影响原材料的外观和性能。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种碳纤维材料表面缺陷的修复方法，所述方法对碳纤维材料表面的缺陷采用胶粘剂进行快速修复，胶粘剂粘合力大，粘合速度快，可有效修复碳纤维制品的轻微缺陷，改善碳纤维制品的外观异常，提高其使用性能；所述方法修复速度快，处理便捷，有效降低操作成本。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种碳纤维材料表面缺陷的修复方法，所述修复方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维材料的表面缺陷部位进行打磨后，向缺陷部位加入胶粘剂；
(2)待所述胶粘剂固化后去除多余的胶粘剂，将修复部位打磨平整；
(3)采用树脂胶对步骤(2)处理后的碳纤维材料表面进行润色，得到修复后的碳纤维材料。
本发明中，由于碳纤维材料制备过程中不同因素的影响，所得碳纤维制品的表面往往会存在细孔、损伤等缺陷，造成其外观异常，也会影响使用性能，因此需要对表面缺陷进行修复；本发明中将表面缺陷部位打磨后加入胶粘剂，利用其强粘合力作用，快速实现缺陷部位的修补，固化并打磨后进行涂层润色，使得修复部位与其他部位的外观保持一致，提高碳纤维材料的外观质量，也有利于各项性能的发挥；所述方法操作简单，修复速度快，人力物力成本较低。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述碳纤维材料包括碳纤维复合材料。
优选地，所述碳纤维复合材料以碳纤维为增强材料，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶中任意一种为基体。
本发明中，所述修复方法主要适用于碳纤维增强复合材料，该修复方法主要是对复合材料进行外观修复，并不会影响材料的结构，因而不会影响其原本的材料性能。
优选地，步骤(1)所述碳纤维材料为碳纤维成型制品。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述碳纤维材料的表面缺陷包括细孔、龟裂或轻微损伤中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：细孔和龟裂的组合，龟裂和轻微损伤的组合，细孔、龟裂和轻微损伤的组合等。
优选地，所述表面缺陷中单个细孔的直径不超过2mm，例如2mm、1.8mm、1.5mm、1.2mm、1mm、0.8mm或0.5mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述表面缺陷中龟裂的面积不超过10mm2，例如10mm2、9mm2、8mm2、7mm2、6mm2、5mm2、4mm2或3mm2等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述表面缺陷中的轻微损伤为未伤及碳纤维材料表皮层的表面损伤。
本发明中，根据碳纤维材料的制备工艺的不同，其表面缺陷的种类以及缺陷部位的面积也会有所不同，本发明中的修复方法主要适用于缺陷部位面积较小或损伤较轻的材料的修复。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)采用砂纸或百洁布进行打磨，所述缺陷部位的打磨纹路保持一致。
优选地，所述砂纸包括600#砂纸或800#砂纸。
优选地，所述百洁布包括2000#百洁布。
本发明中，对碳纤维表面缺陷的修复，首先需要将缺陷部位打磨粗糙，缩小缺陷部位与正常部位的区别，其中打磨纹路需要保持一致，以避免破坏纤维材料表面原有的花纹。
优选地，步骤(1)所述打磨后对打磨部位进行清洁。
优选地，所述打磨部位的清洁采用有机溶剂进行。
优选地，所述有机溶剂包括乙醇、异丙醇或丙酮中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：乙醇和异丙醇的组合，异丙醇和丙酮的组合，乙醇、异丙醇和丙酮的组合等。
本发明中，所述缺陷部位打磨后进行清洁，以去除打磨部位的杂质，并通过采用有机溶剂提高胶粘剂的粘性，增加与纤维材料之间的粘合力，从而增加修复部位的稳定性。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述胶粘剂点在缺陷部位。
优选地，步骤(1)所述胶粘剂包括丙烯酸酯类胶粘剂，优选为氰基丙烯酸酯胶粘剂。
本发明中，所述胶粘剂使用时根据细孔等缺陷范围的大小选择合适的用量，胶粘剂一般不宜使用过多，可采用多次点胶的方式；根据碳纤维复合材料的组成以及不同胶粘剂的粘合作用强弱，可选择丙烯酸酯类胶粘剂，其具有透明、安全及稳定的特点，可提供瞬间及永久性的粘合力量，尤其是优先选择氰基丙烯酸酯类胶粘剂。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述胶粘剂固化的方式包括自然固化或采用固化加速剂。
本发明中，所述固化加速剂是指氰基丙烯酯胶粘剂固化的催化剂，可选择瞬间胶加速剂喷雾来快速固化胶粘剂。
优选地，所述去除多余的胶粘剂的方式包括采用刀片刮除。
优选地，去除多余的胶粘剂后，采用砂纸或百洁布将修复部位打磨平整。
优选地，所述砂纸包括600#砂纸或800#砂纸。
优选地，所述百洁布包括2000#百洁布。
本发明中，根据胶粘剂的特性，其固化后才能具备足够的强度填充缺陷区域，固化时间根据胶粘剂种类的不同而有所区别，所需时间较短可以采用自然固化的方式，若所需时间较长，则可采用固化加速剂进行固化，固化后对于多余的胶粘剂可直接刮除，再用砂纸打磨填胶处，保证修复部位的平整，打磨后还可进行清洁，保证表面干净。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述树脂胶包括环氧树脂胶。
优选地，所述环氧树脂胶的组成包括主剂、硬化剂和稀释剂。
优选地，所述主剂、硬化剂和稀释剂的质量比为(1.5～2.5):1:(1～2)，例如1.5:1:1、2:1:1、2.5:1:1、1.5:1:1.5、2:1:1.5、2.5:1:1.5、1.5:1:2、2:1:2或2.5:1:2等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述胶粘剂修复完成后，还需要采用树脂胶对产品表面涂层润色，并保持涂层的厚度均匀一致，进一步保证修复部位与其他部位的外观色泽的一致性；
所述树脂胶种类的选择，一般需要具备无色、粘度强、防水、耐油、通用性强等特性，其中环氧树脂胶为优先选择，其组成包括主剂、硬化剂和稀释剂，主剂可选择YD-128，硬化剂可选择EH-451K，稀释剂可选择ED-502S，根据三者比例的不同，其色泽等性能也会有所区别，以保证与原产品的色泽一致。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述树脂胶润色形成的涂层厚度为3～5μm，例如3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述润色后，碳纤维材料进行干燥。
优选地，所述干燥温度为60～100℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述干燥时间为0.5～2h，例如0.5h、0.75h、1h、1.25h、1.5h、1.75h或2h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述修复后的碳纤维材料再进行抛光处理。
优选地，所述抛光处理采用百洁布进行。
本发明中，经过上述处理后，若材料表面的修复区域与正常区域仍有少许色差，可使用百洁布对表面请抛光，选择3000#型号的百洁布即可。
本发明中，所述缺陷修复过程中，需要细心保护好其他的表面，避免造成新的损伤。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维复合材料的表面缺陷部位采用砂纸或百洁布进行打磨，打磨纹路保持一致，然后采用有机溶剂对打磨部位进行清洁，再向缺陷部位点入胶粘剂，所述胶粘剂包括丙烯酸酯类胶粘剂；
(2)待所述胶粘剂固化，固化的方式包括自然固化或采用固化加速剂，然后采用刀片去除多余的胶粘剂，采用砂纸或百洁布将修复部位打磨平整；
(3)采用环氧树脂胶对步骤(2)处理后的碳纤维材料表面进行润色，所述环氧树脂胶的组成包括主剂、硬化剂和稀释剂，其质量比分别为(1.5～2.5):1:(1～2)，润色形成的涂层厚度为3～5μm，然后在60～100℃条件下干燥0.5～2h，得到修复后的碳纤维复合材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述方法对碳纤维材料表面的缺陷采用胶粘剂进行快速修复，胶粘剂粘合力大，粘合速度快，可有效修复碳纤维制品的轻微缺陷，改善碳纤维制品的外观异常，保证修复部位与正常部位的外观一致，提高碳纤维材料的外观质量，在一般目视情况下不易发现缺陷部位，缺陷修复率达到99.9％以上，且不影响材料性能；
(2)本发明所述方法操作简单，修复速度快，可有效节省产品生产周期，处理便捷，降低人力及物力成本。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种碳纤维材料表面缺陷的修复方法，所述修复方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维材料的表面缺陷部位进行打磨后，向缺陷部位加入胶粘剂；
(2)待所述胶粘剂固化后去除多余的胶粘剂，将修复部位打磨平整；
(3)采用树脂胶对步骤(2)处理后的碳纤维材料表面进行润色，得到修复后的碳纤维材料。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种碳纤维材料表面缺陷的修复方法，所述修复方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维与树脂的复合材料表面缺陷部位采用600#砂纸进行打磨，所述复合材料的表面缺陷为细孔，单个细孔的直径均不超过2mm，打磨时打磨纹路保持一致，然后采用异丙醇对打磨部位进行清洁，再向缺陷部位点入氰基丙烯酸酯胶粘剂；
(2)待所述胶粘剂自然固化，然后采用刀片去除多余的胶粘剂，采用600#砂纸将修复部位打磨平整；
(3)采用环氧树脂胶对步骤(2)处理后的碳纤维复合材料表面进行润色，所述环氧树脂胶的组成包括YD-128主剂、EH-451K硬化剂和ED-502S稀释剂，其质量比分别为2:1:1.5，润色形成的涂层厚度为4μm，然后在80℃条件下干燥1h，得到修复后的碳纤维复合材料。
实施例2：
本实施例提供了一种碳纤维材料表面缺陷的修复方法，所述修复方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维与陶瓷的复合材料的表面缺陷部位采用800#砂纸进行打磨，所述复合材料的表面缺陷为细孔和轻微表面损伤，单个细孔的直径均不超过1.5mm，打磨时打磨纹路保持一致，然后采用异丙醇对打磨部位进行清洁，再向缺陷部位分次点入氰基丙烯酸酯胶粘剂；
(2)待所述胶粘剂固化，固化方式为采用固化加速剂喷涂，然后采用刀片去除多余的胶粘剂，采用800#砂纸将修复部位打磨平整；
(3)采用环氧树脂胶对步骤(2)处理后的碳纤维复合材料表面进行润色，所述环氧树脂胶的组成包括YD-128主剂、EH-451K硬化剂和ED-502S稀释剂，其质量比分别为1.5:1:2，润色形成的涂层厚度为3μm，然后在100℃条件下干燥0.5h，干燥后采用3000#百洁布进行抛光，得到修复后的碳纤维复合材料。
实施例3：
本实施例提供了一种碳纤维材料表面缺陷的修复方法，所述修复方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维与橡胶的复合材料的表面缺陷部位采用2000#百洁布进行打磨，所述复合材料的表面缺陷为细孔和龟裂，单个细孔的直径均不超过2mm，龟裂的面积不超过10mm2，打磨时打磨纹路保持一致，然后采用乙醇对打磨部位进行清洁，再向缺陷部位分次点入氰基丙烯酸酯胶粘剂；
(2)待所述胶粘剂固化，固化方式为采用瞬间胶加速剂喷雾，然后采用刀片去除多余的胶粘剂，采用2000#百洁布将修复部位打磨平整；
(3)采用环氧树脂胶对步骤(2)处理后的碳纤维复合材料表面进行润色，所述环氧树脂胶的组成包括YD-128主剂、EH-451K硬化剂和ED-502S稀释剂，其质量比分别为2.5:1:1，润色形成的涂层厚度为5μm，然后在60℃条件下干燥2h，干燥后采用3000#百洁布进行抛光，得到修复后的碳纤维复合材料。
实施例4：
本实施例提供了一种碳纤维材料表面缺陷的修复方法，所述修复方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维与树脂的复合材料的表面缺陷部位采用600#砂纸进行打磨，所述复合材料的表面缺陷为轻微表面损伤，未伤及复合材料的表皮层，打磨时打磨纹路保持一致，然后采用丙酮对打磨部位进行清洁，再向缺陷部位分次点入氰基丙烯酸酯胶粘剂；
(2)待所述胶粘剂自然固化，然后采用刀片去除多余的胶粘剂，采用600#砂纸将修复部位打磨平整；
(3)采用环氧树脂胶对步骤(2)处理后的碳纤维复合材料表面进行润色，所述环氧树脂胶的组成包括YD-128主剂、EH-451K硬化剂和ED-502S稀释剂其质量比分别为2.5:1:2，润色形成的涂层厚度为3.5μm，然后在90℃条件下干燥0.75h，得到修复后的碳纤维复合材料。
实施例5：
本实施例提供了一种碳纤维材料表面缺陷的修复方法，所述修复方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维与金属的复合材料的表面缺陷部位采用800#砂纸进行打磨，所述复合材料的表面缺陷为细孔，单个细孔的直径均不超过1.2mm，打磨时打磨纹路保持一致，然后采用异丙醇对打磨部位进行清洁，再向缺陷部位分次点入氰基丙烯酸酯胶粘剂；
(2)待所述胶粘剂固化，固化方式为采用瞬间胶加速剂喷雾，然后采用刀片去除多余的胶粘剂，采用800#砂纸将修复部位打磨平整；
(3)采用环氧树脂胶对步骤(2)处理后的碳纤维复合材料表面进行润色，所述环氧树脂胶的组成包括YD-128主剂、EH-451K硬化剂和ED-502S稀释剂，其质量比分别为1.5:1:1，润色形成的涂层厚度为4.5μm，然后在70℃条件下干燥1.5h，干燥后采用3000#百洁布进行抛光，得到修复后的碳纤维复合材料。
综合上述实施例可以得出，本发明所述方法对碳纤维材料表面的缺陷采用胶粘剂进行快速修复，胶粘剂粘合力大，粘合速度快，可有效修复碳纤维制品的轻微缺陷，改善碳纤维制品的外观异常，保证修复部位与正常部位的外观一致，在一般目视情况下不易发现缺陷部位，缺陷修复率达到99.9％以上，提高碳纤维材料的外观质量；所述方法操作简单，修复速度快，可有效节省产品生产周期，处理便捷，降低人力及物力成本。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明方法的等效替换及辅助操作的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种碳纤维材料表面缺陷的修复方法，其特征在于，所述修复方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维材料的表面缺陷部位进行打磨后，向缺陷部位加入胶粘剂；
(2)待所述胶粘剂固化后去除多余的胶粘剂，将修复部位打磨平整；
(3)采用树脂胶对步骤(2)处理后的碳纤维材料表面进行润色，得到修复后的碳纤维材料。
2.根据权利要求1所述的修复方法，其特征在于，步骤(1)所述碳纤维材料包括碳纤维复合材料；
优选地，所述碳纤维复合材料以碳纤维为增强材料，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶中任意一种为基体；
优选地，步骤(1)所述碳纤维材料为碳纤维成型制品。
3.根据权利要求1或2所述的修复方法，其特征在于，步骤(1)所述碳纤维材料的表面缺陷包括细孔、龟裂或轻微损伤中任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述表面缺陷中单个细孔的直径不超过2mm；
优选地，所述表面缺陷中龟裂的面积不超过10mm2；
优选地，所述表面缺陷中的轻微损伤为未伤及碳纤维材料表皮层的表面损伤。
4.根据权利要求1-3任一项所述的修复方法，其特征在于，步骤(1)采用砂纸或百洁布进行打磨，所述缺陷部位的打磨纹路保持一致；
优选地，所述砂纸包括600#砂纸或800#砂纸；
优选地，所述百洁布包括2000#百洁布；
优选地，步骤(1)所述打磨后对打磨部位进行清洁；
优选地，所述打磨部位的清洁采用有机溶剂进行；
优选地，所述有机溶剂包括乙醇、异丙醇或丙酮中任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的修复方法，其特征在于，步骤(1)所述胶粘剂点在缺陷部位；
优选地，步骤(1)所述胶粘剂包括丙烯酸酯类胶粘剂，优选为氰基丙烯酸酯胶粘剂。
6.根据权利要求1-5任一项所述的修复方法，其特征在于，步骤(2)所述胶粘剂固化的方式包括自然固化或采用固化加速剂；
优选地，所述去除多余的胶粘剂的方式包括采用刀片刮除；
优选地，去除多余的胶粘剂后，采用砂纸或百洁布将修复部位打磨平整；
优选地，所述砂纸包括600#砂纸或800#砂纸；
优选地，所述百洁布包括2000#百洁布。
7.根据权利要求1-6任一项所述的修复方法，其特征在于，步骤(3)所述树脂胶包括环氧树脂胶；
优选地，所述环氧树脂胶的组成包括主剂、硬化剂和稀释剂；
优选地，所述主剂、硬化剂和稀释剂的质量比为(1.5～2.5):1:(1～2)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的修复方法，其特征在于，步骤(3)所述树脂胶润色形成的涂层厚度为3～5μm；
优选地，步骤(3)所述润色后，碳纤维材料进行干燥；
优选地，所述干燥温度为60～100℃；
优选地，所述干燥时间为0.5～2h。
9.根据权利要求1-8任一项所述的修复方法，其特征在于，步骤(3)所述修复后的碳纤维材料再进行抛光处理；
优选地，所述抛光处理采用百洁布进行。
10.根据权利要求1-9任一项所述的修复方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维复合材料的表面缺陷部位采用砂纸或百洁布进行打磨，打磨纹路保持一致，然后采用有机溶剂对打磨部位进行清洁，再向缺陷部位点入胶粘剂，所述胶粘剂包括丙烯酸酯类胶粘剂；
(2)待所述胶粘剂固化，固化的方式包括自然固化或采用固化加速剂，然后采用刀片去除多余的胶粘剂，采用砂纸或百洁布将修复部位打磨平整；
(3)采用环氧树脂胶对步骤(2)处理后的碳纤维材料表面进行润色，所述环氧树脂胶的组成包括主剂、硬化剂和稀释剂，其质量比分别为(1.5～2.5):1:(1～2)，润色形成的涂层厚度为3～5μm，然后在60～100℃条件下干燥0.5～2h，得到修复后的碳纤维复合材料。
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| CN202011217384.4A CN112411191A (zh) | 2020-11-04 | 2020-11-04 | 一种碳纤维材料表面缺陷的修复方法 |
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