CN113071091A - 一种复合材料模内涂层工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合材料模内涂层工艺，包括如下步骤：步骤100、对模具进行预处理后通过外设装置将脱模剂均匀喷涂在模具表面；步骤200、将涂层和固化剂按照比例混合后通过外设装置按照预定轨迹喷涂在模具表面，通过控制固化条件在模具表面形成固化的胶衣层；步骤300、将与涂层同材质的预制件放入模具内，通过控制成型条件压制成型；步骤400、脱模取出成型工件并进行后处理；本发明采用复合材料模内涂层工艺，将胶衣均匀的喷涂在模具表面，待涂层固化后，再投入原材料固化成形即可取出产品获得带有颜色的产品，在工件成型阶的同时将胶衣涂层覆盖于工件的表面，一次性获得覆有胶衣层的成型工件，简化了原有的喷漆工序，且降低了压合难度。

Description

一种复合材料模内涂层工艺
技术领域
本发明涉及复合材料表面处理技术领域，具体涉及一种复合材料模内涂层工艺。
背景技术
复合材料由于其材料质轻、抗冲击强度高、温差变形小、抗老化、防腐蚀、雷电、静电并与各种材料间相容性高，被广泛的用到了各个领域中。在复合材料表面喷漆可消除制品表面的颜色不均等弊病，补充成型不足且可调整表面光泽等特殊。
目前，现有的复合材料制品喷涂方法与金属制品喷漆方法类似。首先是清洗、处理制品表面灰尘，打磨制品表面，保证光洁度，随后根据表面情况利用专用腻子打磨，随后完成喷涂工作。然而这种喷涂方法即费时又费力，总工期耗时长，且由于复合材料表面粘附力和光洁度差，常常需要通过喷涂腻子等其他工序来提高喷涂的效果，但是增加的其它工序一方面会增加成本投入，另外一方面对于复杂工件来说，打磨喷涂等工序难以使得整个表面都处于相同的状态，从而可能影响最终的效果。
因此，在现有技术中为了提高喷涂的效率，采用将固化的涂层直接通过压合的方式与工件形成一体从而覆盖于工件的表面，以减少喷涂的工序，但是由于工件的形状不一，对于形状较为复杂的工件，特别是具有内凹面的工件，涂层的贴合性不佳，并且常规压合是直接将涂层和工件接触再通过压力压合，这种压合方式容易导致涂层分布不均，使得涂层的分布密度或者厚度不一致，且不能够按照需求增强某个区域，不能根据工件的要求进行针对性的喷涂。另外，由于工件成型和喷涂是分次操作的，涂层难以与工件有效贴合，从而使其贴合的效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料模内涂层工艺，以解决现有技术中对于形状复杂的工件直接将固化的涂层压合于工件表面操作难度大的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
一种复合材料模内涂层工艺，包括如下步骤：
步骤100、对模具进行预处理后通过外设装置将脱模剂均匀喷涂在模具表面；
步骤200、将涂层和固化剂按照比例混合后通过外设装置按照预定轨迹喷涂在模具表面，通过控制固化条件在模具表面形成固化的胶衣层；
步骤300、将与涂层同材质的预制件放入模具内，通过控制成型条件压制成型；
步骤400、脱模取出成型工件并进行后处理。
作为本发明的一种优选方案，所述模具包括上模和下模，所述模具在预处理后，所述上模和下模的温度均为140℃-150℃；
将涂层和固化剂按照比例混合后加热至所述模具温度后通过外设装置按照预定轨迹喷涂在模具表面；
所述固化条件包括固化温度和固化时间，所述固化温度为140℃-150℃，所述固化时间为60s-90s。
作为本发明的一种优选方案，所述胶衣层包括胶衣边缘部以及设置于所述胶衣边缘部的多个胶衣碎片；
所述成型条件包括成型温度和成型工艺，所述成型温度为上模150℃-160℃，下模135℃-145℃，所述成型工艺包括加压阶段和保压阶段；
在加压阶段对模具进行加压直至工件成型且胶衣层与成型工件压制于一体；
在保压阶段对模具进行压力保持并在胶衣碎片之间的间隙处填充与胶衣碎片的厚度以及材质相同的补充胶衣以使得胶衣边缘部和所有胶衣碎片拼合成一个整体；
待补充胶衣固化后，脱模取出成型工件并进行后处理。
作为本发明的一种优选方案，在步骤200中，通过外设装置按照预定轨迹喷涂在模具表面形成胶衣层的方法包括：
步骤201、取模具边缘处的一点作为外设装置的喷涂开始点，沿着模具边缘线的方向喷涂一圈以使得喷涂的终点与喷涂开始点重合获得胶衣边缘部；
步骤202、将胶衣边缘部围成的区域通过多次水平和垂直分割划分为多个格块；
步骤203、对于形成的每一行格块以及每一列格块，通过外设装置间隔喷涂格块以获得呈黑白棋盘状分布的多个胶衣中间部。
作为本发明的一种优选方案，压制成型的工件表面被涂层和固化剂的混合物完全包覆，在步骤300中，获得完全包覆的成型工件具体包括：
步骤301、待步骤200中的胶衣层固化后，将原材料预制件放入模具内；
步骤302、合模，并利用模具的内表面补平相邻两个胶衣中间部之间的间隙处与胶衣中间块之间的高度差，对模具加压以使得工件成型，获得外表面涂覆有胶衣层的成型工件；
步骤303、保持模具的压力不变，撤销模具的补平功能，向相邻两个胶衣中间部之间的间隙处填充满与胶衣层材质一致的补充胶衣，以使得所有碎片化胶衣区块拼合形成一个整体；
步骤304、待补充胶衣固化后，获得外表面完全覆盖有胶衣涂层的成型工件。
作为本发明的一种优选方案，所述模具包括上下两个用于压制工件的分模，所述分模上贯穿设置有多条通孔，所述通孔将所述分模的模面分割为多个独立的胶衣层涂覆面，每一条通孔内对应安装有一根补平块，所述补平块沿所述通孔上下移动以实现所述补平块的补平与撤销补平功能，在所述补平块开设有用于向所述涂覆面之间的空隙处填充补充胶衣的注流通道。
作为本发明的一种优选方案，所述补平块包括插设在所述通孔内的活动段以及安装在所述活动段远离所述模面一端的限位段，所述限位段的截面积大于所述通孔的截面积，在所述分模相对于所述模面的另一面开设有与所述限位段相匹配的内沉槽，在所述活动段旋转至限位段进入所述内沉槽内时，所述补平块的端部高于所述涂覆面以实现补平功能，在所述活动段旋转至所述限位段脱离所述内沉槽时，所述补平块的端部与所述涂覆面齐平以实现撤销补平功能。
作为本发明的一种优选方案，所述注流通道，在所述分模上开设有与所述注流通道相连通的溢流通道。
作为本发明的一种优选方案，在步骤302中，对模具进行加压的位点覆盖于所述限位段上以避免在加压阶段所述限位段脱离所述内沉槽。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
本发明采用复合材料模内涂层工艺，通过分区域的方式将胶衣按照需求的喷涂在模具表面，使得涂层在能够按照需求分布的同时不易开裂，且能够提高贴合效果，在涂层固化后，再投入原材料固化成形即可取出产品获得带有颜色的产品，在工件成型阶的同时将胶衣涂层覆盖于工件的表面，一次性获得覆有胶衣层的成型工件，简化了原有的喷漆工序，且降低了压合难度，提高了产品的贴合程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例提供的涂层工艺流程图。
图2为本发明实施例提供的模具的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的模具的模面俯视图。
图中的标号分别表示如下：
10-分模；
11-通孔；12-涂覆面；13-补平块；14-内沉槽；
131-活动段；132-限位段；133-注流通道；134-溢流通道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种复合材料模内涂层工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100、对模具进行预处理后通过外设装置将脱模剂均匀喷涂在模具表面；
步骤200、将涂层和固化剂按照比例混合后通过外设装置按照预定轨迹喷涂在模具表面，通过控制固化条件在模具表面形成固化的胶衣层；
步骤300、将与涂层同材质的预制件放入模具内，通过控制成型条件压制成型；
步骤400、脱模取出成型工件并进行后处理。
基于上述涂层工艺，本发明通过将胶衣涂覆与模具内表面，直接一次压制即可在工件成型的基础上将胶衣覆盖于工件的外表面，该制备不受工件外表面形状的复杂程度限制且简化了传统的多次打磨工艺，省时省力且节约了成本，由于工件处于成型时期，此时通过将同材质的涂层进行加工成型，使其更容易贴合，而且涂层处于成型条件下其与工件的贴合效果更好。
具体地：
脱模剂涂层是为了便于后续胶衣的脱模，在步骤100中，脱模剂涂层的形成包括：
步骤101、将模具的上模和下模加热到140℃至150℃；
步骤102、将模具的上模和下模的表面完全清理干净，确保无杂质，无残留；
步骤103、使用涂装机械手将模剂按照预设轨迹均匀喷涂在模具的上模和下模。
在步骤200中，所述胶衣层的原料包括带有颜色的环氧树脂胶衣和固化剂，这里的环氧树脂胶衣和固化剂的比例根据实践，1.5-1.8％的固化剂添加量，能达到最好的强度效果，可随着温度变化在一定的范围内调整。同时，环氧树脂材质与产品同材质，较原有涂装技术附着力提高60％。
所述模具包括上模和下模，所述模具在预处理后，所述上模和下模的温度均为140℃-150℃；
将涂层和固化剂按照比例混合后加热至所述模具温度后通过外设装置按照预定轨迹喷涂在模具表面；
所述固化条件包括固化温度和固化时间，所述固化温度为140℃-150℃，所述固化时间为60s-90s。
另外，由于胶衣层是固化后在压力条件下覆盖于成型工件的外表面，因此，在压力作用下，胶衣层具有一定的脆碎度，直接将大面积的胶衣层与工件进行压制，胶衣层有发生断裂的可能性，从而影响在成型工件表面形成多条碎纹，影响了成型工件的美观度也降低了胶衣层的附着力容易发生剥离。
因此，本发明中胶衣层的覆盖方式具体为：
所述胶衣层包括胶衣边缘部以及设置于所述胶衣边缘部的多个胶衣碎片；
所述成型条件包括成型温度和成型工艺，所述成型温度为上模150℃-160℃，下模135℃-145℃，所述成型工艺包括加压阶段和保压阶段；
在加压阶段对模具进行加压直至工件成型且胶衣层与成型工件压制于一体；
在保压阶段对模具进行压力保持并在胶衣碎片之间的间隙处填充与胶衣碎片的厚度以及材质相同的补充胶衣以使得胶衣边缘部和所有胶衣碎片拼合成一个整体；
待补充胶衣固化后，脱模取出成型工件并进行后处理。
在本实施方式中的喷涂工艺中，不仅仅适用于均匀厚度的喷涂，而且还适用于差异性厚度的喷涂，而为了使得涂层的喷涂效果更好(包括均匀厚度的喷涂以及差异性厚度的喷涂)，本发明中的喷涂方式还包括如下特征。
在本发明中采用两次附着的方式以在成型工件的表面获得完整的胶衣，采用第一次采用多个胶衣碎片小面积附着，第二次采用类似于注塑模具的形式将补充胶衣填充至胶衣碎片之间的间隙处，降低了胶衣碎裂的可能性且获得了完整的涂层；
这里的胶衣边缘部的设立是在填充之前建立了胶衣的边界，避免在边界处填充补充胶衣可能发生未固化的胶衣溢流至模具外部的风险。具体地，在步骤200中，通过外设装置按照预定轨迹喷涂在模具表面形成胶衣层的方法包括：
步骤201、取模具边缘处的一点作为外设装置的喷涂开始点，沿着模具边缘线的方向喷涂一圈以使得喷涂的终点与喷涂开始点重合获得胶衣边缘部；
步骤202、将胶衣边缘部围成的区域通过多次水平和垂直分割划分为多个格块；
步骤203、对于形成的每一行格块以及每一列格块，通过外设装置间隔喷涂格块以获得呈黑白棋盘状分布的多个胶衣中间部。在本实施方式中的黑白棋盘状指的是，第一批次喷涂的记为黑色，第二批次喷涂的记为白色，而黑色和白色相间排列形成棋盘状，换句话说，第一次喷涂形成的黑色和第二次喷涂形成的白色不直接接触。
其中，外设装置具体为机械手等可执行喷涂作业的装置。压制成型的工件表面被涂层和固化剂的混合物完全包覆，在步骤300中，获得完全包覆的成型工件具体包括：
步骤301、待步骤200中的胶衣层固化后，将原材料预制件放入模具内；
步骤302、合模，并利用模具的内表面补平相邻两个胶衣中间部之间的间隙处与胶衣中间块之间的高度差，对模具加压以使得工件成型，获得外表面涂覆有胶衣层的成型工件；
这里补平高度差的目的是为了避免在加压过程中，由于高度差的作用胶衣中间部受到两侧不平衡的力容易发生断裂，因此通过补平作用保证了受力面的平整性。
步骤303、保持模具的压力不变，撤销模具的补平功能，向相邻两个胶衣中间部之间的间隙处填充满与胶衣层材质一致的补充胶衣，以使得所有碎片化胶衣区块拼合形成一个整体；
撤销补平功能后，间隙处的高度即等于胶衣中间部的厚度，直接填充满即可获得与胶衣中间部形成一体化结构的补充胶衣。
步骤304、待补充胶衣固化后，获得外表面完全覆盖有胶衣涂层的成型工件。
综上，本发明实施例的涂层工艺采用二次覆盖的方式，第一次采用胶衣碎片不完全覆盖，第二次采用填充全间隙覆盖的方式以获得外表面光洁平整的涂层工件，该过程是建立在模具的结构特异性上，模具具有特异性的补平与撤销补平功能，因此本发明实施例对模具结构进行了进一步设计，具体地：
如图2和图3所示，所述模具包括上下两个分模10，所述分模10上贯穿设置有多条通孔11，所述通孔11将所述分模10的模面分割为多个独立的涂覆面12，每一条通孔11内对应安装有一根补平块13，所述补平块13沿所述通孔11上下移动以实现所述补平块13的补平与撤销补平功能。
这里的分模10可以理解成传统的上模和下模的结构，在本发明实施例中未作具体区分。
利用上述模具进行膜内涂层工艺的具体操作步骤为：
当补平块13向上移动时，补平块13的端部与涂覆面12齐平，可进行脱模剂涂覆工作；
当脱模剂涂完后，将补平块13继续向上移动，此时可进行胶衣的第一次涂覆工作；
当胶衣固化后，将原材料工件置于模具内，将补平块13向下移动直至补平块13的端部与胶衣面齐平，此时可进行对模具的下压工作；
最后工件压制完成后，将补平块13再次向上移动，用胶衣填充第一次胶衣面的间隙处即可。
进一步地，所述补平块13的具体结构为：所述补平块13包括插设在所述通孔11内的活动段131以及安装在所述活动段131远离所述模面一端的限位段132，所述限位段132的截面积大于所述通孔11的截面积，在所述分模10相对于所述模面的另一面开设有与所述限位段132相匹配的内沉槽14，在所述活动段131旋转至所述内沉槽14内时，所述补平块13的端部高于所述涂覆面12以实现补平功能，在所述活动段131旋转至所述限位段132脱离所述内沉槽14时，所述补平块13的端部与所述涂覆面12齐平以实现撤销补平功能。
同时，向间隙处填充胶衣可采用在所述补平块13的内部沿其中轴线方向开设有用于填充胶衣的注流通道133，由于注流通道133截面微小，采用注射器向内注射，因此对注流通道133的孔洞对工件的成型质量的影响较小，在实际生产中，若注流通道133的截面较大，当工件压制成型时，可利用堵塞形式封闭注流通道133即可，另外，在所述分模10上开设有与所述注流通道133相连通的溢流通道134，这里的溢流通道的目的是为了方便观察间隙内是否完全填充满胶衣。
基于模具的现有结构，在步骤302中，对模具进行加压的位点应覆盖于所述限位段132上以避免在加压阶段所述限位段132脱离所述内沉槽14。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (9)

1.一种复合材料模内涂层工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100、对模具进行预处理后通过外设装置将脱模剂均匀喷涂在模具表面；
步骤200、将涂层和固化剂按照比例混合后通过外设装置按照预定轨迹喷涂在模具表面，通过控制固化条件在模具表面形成固化的胶衣层；
步骤300、将与涂层同材质的预制件放入模具内，通过控制成型条件压制成型；
步骤400、脱模取出成型工件并进行后处理。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料模内涂层工艺，其特征在于，所述模具包括上模和下模，所述模具在预处理后，所述上模和下模的温度均为140℃-150℃；
将涂层和固化剂按照比例混合后加热至所述模具温度后通过外设装置按照预定轨迹喷涂在模具表面；
所述固化条件包括固化温度和固化时间，所述固化温度为140℃-150℃，所述固化时间为60s-90s。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料模内涂层工艺，其特征在于，所述胶衣层包括胶衣边缘部以及设置于所述胶衣边缘部的多个胶衣碎片；
所述成型条件包括成型温度和成型工艺，所述上模的成型温度为150℃-160℃，所述下模的成型温度为135℃-145℃，所述成型工艺包括加压阶段和保压阶段；
在加压阶段对模具进行加压直至工件成型形成成型工件，且所述胶衣层与成型工件压制于一体；
在保压阶段对模具进行压力保持并在胶衣碎片之间的间隙处填充与胶衣碎片的厚度以及材质相同的补充胶衣以使得胶衣边缘部和所有胶衣碎片拼合成一个整体；
待补充胶衣固化后，脱模取出成型工件并进行后处理。
4.根据权利要求3所述的一种复合材料模内涂层工艺，其特征在于，在步骤200中，通过外设装置按照预定轨迹喷涂在模具表面形成胶衣层的方法包括：
步骤201、取模具边缘处的一点作为外设装置的喷涂开始点，沿着模具边缘线的方向喷涂一圈以使得喷涂的终点与喷涂开始点重合获得胶衣边缘部；
步骤202、将胶衣边缘部围成的区域通过多次水平和垂直分割划分为多个格块；
步骤203、对于形成的每一行格块以及每一列格块，通过外设装置间隔喷涂格块以获得呈黑白棋盘状分布的多个胶衣中间部。
5.根据权利要求4所述的一种复合材料模内涂层工艺，其特征在于，所述成型工件的表面被涂层和固化剂的混合物完全包覆，在步骤300中，获得完全包覆的成型工件具体包括：
步骤301、待步骤200中的胶衣层固化后，将原材料预制件放入模具内；
步骤302、合模，并利用模具的内表面补平相邻两个胶衣中间部之间的间隙处与胶衣中间块之间的高度差，对模具加压以使得工件成型，获得外表面涂覆有胶衣层的成型工件；
步骤303、保持模具的压力不变，撤销模具的补平功能，向相邻两个胶衣中间部之间的间隙处填充满与胶衣层材质一致的补充胶衣，以使得所有碎片化胶衣区块拼合形成一个整体；
步骤304、待补充胶衣固化后，获得外表面完全覆盖有胶衣涂层的成型工件。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种复合材料模内涂层工艺，其特征在于，所述模具包括上下两个用于压制工件的分模(10)，所述分模(10)上贯穿设置有多条通孔(11)，所述通孔(11)将所述分模(10)的模面分割为多个独立的胶衣层涂覆面(12)，每一条通孔(11)内对应安装有一根补平块(13)，所述补平块(13)沿所述通孔(11)上下移动以实现所述补平块(13)的补平与撤销补平功能，在所述补平块(13)开设有用于向所述涂覆面(12)之间的空隙处填充补充胶衣的注流通道(133)。
7.根据权利要求6所述的一种复合材料模内涂层工艺，其特征在于，所述补平块(13)包括插设在所述通孔(11)内的活动段(131)以及安装在所述活动段(131)远离所述模面一端的限位段(132)，所述限位段(132)的截面积大于所述通孔(11)的截面积，在所述分模(10)相对于所述模面的另一面开设有与所述限位段(132)相匹配的内沉槽(14)，在所述活动段(131)旋转至限位段(132)进入所述内沉槽(14)内时，所述补平块(13)的端部高于所述涂覆面(12)以实现补平功能，在所述活动段(131)旋转至所述限位段(132)脱离所述内沉槽(14)时，所述补平块(13)的端部与所述涂覆面(12)齐平以实现撤销补平功能。
8.根据权利要求7所述的一种复合材料模内涂层工艺，其特征在于，所述注流通道(133)，在所述分模(10)上开设有与所述注流通道(133)相连通的溢流通道(134)。
9.根据权利要求8所述的一种复合材料模内涂层工艺，其特征在于，在步骤302中，对模具进行加压的位点覆盖于所述限位段(132)上以避免在加压阶段所述限位段(132)脱离所述内沉槽(14)。
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