CN114474508B - 一种复合材料模具的表面处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合材料模具的表面处理方法，包括以下步骤：步骤一，预压；步骤二，模具铣削加工；步骤三，模具表面粗抛光；步骤四，模具表面半精抛光；步骤五，模具表面精抛光；步骤六，模具表面的镜面抛光；步骤七：粘贴脱模布。或包括以下步骤：步骤一：聚四氟乙烯的选型；步骤二：预压工艺；步骤三，喷涂前的复合材料模具表面处理；步骤四：聚四氟乙烯的喷涂；步骤五：固化。使用本发明的方法，在热压罐或烘箱工艺内使用模具进行脱模，脱模下来的碳纤维制品，脱模面表面光洁可以达到镜面效果，无需二次后处理进行喷涂抛光等工艺进行处理。

Description

一种复合材料模具的表面处理方法
技术领域
本发明涉及模具工程领域，尤其是一种复合材料模具的表面处理方法。
背景技术
原以PC-CF材料的(以聚碳酸酯为基材，碳纤维为增强材料)模具表面孔隙率高，表面有肉眼不可见的微孔及微小缝隙，造成在热压罐或烘箱工艺内使用这些模具进行脱模，脱模下来的碳纤维制品，脱模面表面不够光洁难以达到镜面效果，需二次后处理进行喷涂抛光等工艺进行处理才能达到需要的效果。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种复合材料模具的表面处理方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术实施例是：
一种复合材料模具的表面处理方法，选用带胶聚四氟乙烯脱模布替代脱模剂，包括以下步骤：
步骤一，预压
采用PC-CF复合材料制成的模具先在热压罐内采用1.6MPa、135℃，进行8h的预压消除应力；
步骤二，模具铣削加工
模具表面需先进行数控铣削加工工艺，需加工至IT8级精度，粗糙度为Ra1.6-Ra3.2，
步骤三，模具表面粗抛光
选用320目水磨砂纸进行人工打磨，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完铣削加工后余留的层纹；
步骤四，模具表面半精抛光
采用800目砂纸抛光打磨掉之前320目砂纸打磨时产生的划痕，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完320目砂纸打磨时产生的划痕；
步骤五，模具表面精抛光
再采用1200目砂纸抛光打磨掉之前800目砂纸打磨时产生的划痕，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完800目砂纸打磨时产生的划痕；
步骤六，模具表面的镜面抛光
使用1500目的抛光剂，在气动抛光机上安装羊毛轮，再在模具表面抹上抛光剂，均匀抛光打磨；最后使用2000目的抛光剂，在气动抛光机上安装羊毛轮，再在模具表面抹上抛光剂，均匀抛光打磨，打磨后模具表面具有光泽度75-80的亚镜面效果，最后再使用酒精及无尘布擦拭干净模具表面；
步骤七：粘贴脱模布
在进热压罐前的铺贴准备工艺中，在模具表面裁剪粘贴脱模布，再进行后续的预浸料、纤维布的铺贴工艺。
一种复合材料模具的表面处理方法，采用双酚A类环氧乙烯基胶衣作为涂层替代带胶聚四氟乙烯脱模布，应用于采用PC-CF复合材料制成的模具，包括以下步骤：
步骤一，胶衣的选型
采用双酚A类乙烯基高耐温类胶衣，采用PC-CF复合材料制成的模具进行耐温及耐压性能测试，于120℃、0.6MPa的热压罐中进行固化体制工艺；过氧化物与双酚A类乙烯基的配比为1：50，配比为重量配比非体积配比；
步骤二，预压
采用PC-CF复合材料制成的模具先在热压罐内采用1.6MPa、135℃，进行8h的预压消除应力；
步骤三，表面加工与预处理
模具表面需先进行数控铣削加工工艺，需加工至IT8级精度，粗糙度为Ra1.6-Ra3.2，用300目的砂纸进行抛光抛除表面加工层纹，再用高纯度酒精进行表面清洗及脱脂工序；
步骤三，胶衣的调制
胶衣按要求的过氧化物固化剂与胶衣本体的配比，在容器内进行均匀搅拌；搅拌需5min确保固化剂与胶衣本体搅拌均匀无气泡方可使用；
胶衣采用口径为2.5mm直径的高压高雾化类喷枪进行喷涂，可在胶衣内加入苯乙烯作为稀释剂降低粘度；
步骤四，胶衣的喷涂
喷枪内装入事先混合好的胶衣，喷涂时喷枪需距离模具表面200至300mm，调节喷枪调压旋钮，进行往复式喷涂，喷涂次数10个来回，部分薄弱位如模具使用面拐角位置需增加2-3个来回加厚，喷涂厚度0.8mm-1.5mm；每平米模具需消耗胶衣1.5Kg至2Kg；
步骤五，胶衣的固化
喷涂结束后需进行常温固化及高温后固化工艺，在一个25℃，较干燥的常温下待干进行表面固化常温固化工艺，固化需12h-20h；
表面固化后，之前提到双酚A类乙烯基会在过氧化物的帮助下双酚A成分与PC材料产生化学反应，还需进行高温后固化工艺，在专用烘干箱内，在80℃环境温度下固化2h，之后降温至室温，再在100℃下固化2h进行，再降温至室温；
步骤六，胶衣的粗打磨
胶衣完成之前的固化工艺后进行打磨，选用320目水磨砂纸进行人工打磨，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，避免打磨后产生发热现象，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完起皱及凹陷；
步骤六，胶衣的半精打磨
再采用800目砂纸抛光打磨掉之前320目砂纸打磨时产生的划痕，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完320目砂纸打磨时产生的划痕；
步骤七：胶衣的精打磨
再采用1200目砂纸抛光打磨掉之前800目砂纸打磨时产生的划痕，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完800目砂纸打磨时产生的划痕；
步骤八：胶衣的镜面抛光
使用1500目的抛光剂，在气动抛光机上安装羊毛轮，再在模具表面抹上抛光剂，均匀抛光打磨；最后使用2000目的抛光剂，在气动抛光机上安装羊毛轮，再在模具表面抹上抛光剂，均匀抛光打磨，打磨后模具表面具有光泽度75-80的亚镜面效果，最后再使用酒精及无尘布擦拭干净模具表面。
一种复合材料模具的表面处理方法，选用聚四氟乙烯涂层替代脱模剂，应用于采用PC-CF复合材料制成的模具，包括以下步骤：
步骤一：聚四氟乙烯的选型
聚四氟乙烯采用耐热温度260℃耐温的聚四氟乙烯材料，并配有固化剂，固化剂与聚四氟乙烯本体可使用分装双头喷枪的方式进行喷涂或预先进行调制；
步骤二：预压工艺
采用PC-CF复合材料制成的模具先在热压罐内采用1.6MPa、135℃，进行8h的预压消除应力；
步骤三，喷涂前的复合材料模具表面处理
模具表面需先进行数控铣削加工工艺，需加工至IT8级精度，粗糙度为Ra1.6-Ra3.2，用300目的砂纸进行抛光抛除表面加工层纹，之后再使用800目砂纸抛光去除300目砂纸抛光时形成的划痕，之后还需使用高纯度酒精进行表面清洗及脱脂工序；
步骤四：聚四氟乙烯的喷涂
喷枪内装入事先混合好的胶衣，喷涂时喷枪需距离模具表面200至300mm，喷枪口径采用1.5mm口径；调节喷枪调压旋钮，进行往复式喷涂，喷涂次数3-5个来回，部分薄弱位如模具使用面拐角位置需增加2-3个来回加厚，喷涂厚度0.2mm-0.4mm；
步骤五：固化
常温下固化24h，该实施例固化后表面即可达到75-80光泽度，亚镜面效果，无需进行后续抛光。
本发明和现有技术相比，其优点在于：
使用本发明的方法，在热压罐或烘箱工艺内使用模具进行脱模，脱模下来的碳纤维制品，脱模面表面光洁可以达到镜面效果，无需二次后处理进行喷涂抛光等工艺进行处理。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术实施例，下面将对实施例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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：聚四氟乙烯脱模布在进热压罐前的铺贴工艺时的使用位置，处于模具和复合材料中间，替代脱模剂；
图2：双酚A类乙烯基胶衣的成分光谱分析图；
图3：300倍放大下，未经处理的聚碳酸酯复合材料模具表面；
图4：300倍放大下，表面喷涂聚四氟乙烯涂层后的复合材料模具表面；
图5：300倍放大下，表面喷涂双酚A类乙烯基胶衣的复合材料模具表面；
图6：未经任何优化实施例处理下，模具脱模所得碳纤维制品的表面，无光泽只能做到平整，后续还需后处理；
图7：经优化实施例处理后，模具脱模所得碳纤维制品的表面，有光泽，亚镜面，无需做后续处理。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施例，这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本发明公开的示例性实施例，然而应当理解，本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。
实施例1
一种复合材料模具的表面处理方法，采用表面抛光工艺使PC-CF材料的(以聚碳酸酯为基材，碳纤维为增强材料)模具达到较好的光泽度，再在热压罐工艺中，在模具与预浸料之间先铺带胶脱模布，替代脱模剂，包括以下步骤：
步骤一，预压
PC-CF材料(以聚碳酸酯为基材，碳纤维为增强材料)的复合材料模具先在热压罐内采用1.6MPa、135℃，进行8h的预压消除应力。
步骤二，模具铣削加工
模具表面需先进行数控铣削加工工艺，需加工至IT8级精度，粗糙度为Ra1.6-Ra3.2，
步骤三，模具表面粗抛光
选用320目水磨砂纸进行人工打磨，打磨掉喷涂时难以避免的起皱及凹限位置，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，避免打磨后产生发热现象，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完铣削加工后余留的层纹。
步骤四，模具表面半精抛光
采用800目砂纸抛光打磨掉之前320目砂纸打磨时产生的划痕，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，避免打磨后产生发热现象，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完320目砂纸打磨时产生的划痕。
步骤五，模具表面精抛光
再采用1200目砂纸抛光打磨掉之前800目砂纸打磨时产生的划痕，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，避免打磨后产生发热现象，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完800目砂纸打磨时产生的划痕。
步骤六，模具表面的镜面抛光
使用1500目的抛光剂，在气动抛光机上安装羊毛轮，再在模具表面抹上抛光剂，均匀抛光打磨。最后使用2000目的抛光剂，在气动抛光机上安装羊毛轮，再在模具表面抹上抛光剂，均匀抛光打磨，打磨后模具表面具有光泽度75-80的亚镜面效果，最后再使用酒精及无尘布擦拭干净模具表面，注意：禁止使用丙酮类或油脂类清洗表面
步骤七：粘贴脱模布
在进热压罐前的铺贴准备工艺中，在模具表面裁剪粘贴脱模布，再进行后续的预浸料、纤维布的铺贴工艺。
实施例2
一种复合材料模具的表面处理方法，为解决优化实施例1内带胶聚四氟乙烯脱模布每次使用铺贴，采用双酚A类环氧乙烯基胶衣作为涂层替代带胶聚四氟乙烯脱模布，应用于PC-CF材料的(以聚碳酸酯为基材，碳纤维为增强材料)模具，包括以下步骤：
步骤一，胶衣的选型
采用双酚A类乙烯基高耐温类胶衣，PC-CF材料的(以聚碳酸酯为基材，碳纤维为增强材料)模具耐温及耐压性能试用于120℃、0.6MPa的热压罐固化体制工艺，因此胶衣的耐温性能不可低于该120℃，否则在使用过程中会有胶衣脱落起皱等不良现象出现。因此需采用耐温到150℃左右的耐高温胶衣。
普通的耐高温乙烯基以及环氧类胶衣与PC（聚碳酸酯）材料的粘接性比较差，脱模后胶衣也会随之脱落。因此选用的胶衣的主要成分为双酚A环氧类乙烯基处分，固化剂为过氧化物，双酚A在固化剂过氧化物帮助下与会与基材PC（聚碳酸酯）表面产生一些化学反应，大幅度增强了胶衣与本体之间的粘接性。过氧化物与双酚A类乙烯基的配比为1：50，配比为重量配比非体积配比。
步骤二，预压
PC-CF材料(以聚碳酸酯为基材，碳纤维为增强材料)的复合材料模具先在热压罐内采用1.6MPa、135℃，进行8h的预压消除应力。
步骤三，表面加工与预处理
模具表面需先进行数控铣削加工工艺，需加工至IT8级精度，粗糙度为Ra1.6-Ra3.2，用300目的砂纸进行抛光抛除表面加工层纹。之后还需使用高纯度酒精进行表面清洗及脱脂工序。
步骤三，胶衣的调制
胶衣按要求的过氧化物固化剂与胶衣本体的配比，在容器内进行均匀搅拌。容器不可采用尼龙类或聚乙烯类塑料为容器，尼龙类材料会在搅拌过程中与乙烯基胶衣产生化学反应并有发热现象且会产生大量气泡，乙烯基类容器与胶衣有粘接性，从容器中倒入喷枪以及容器清洗会十分困难。因此需使用金属既铝合金，不锈钢容器，或使用PP类容器（聚丙烯）。搅拌需5min确保固化剂与胶衣本体搅拌均匀无气泡方可使用。
胶衣采用口径为2.5mm直径的高压高雾化类喷枪进行喷涂，为方便喷涂可在胶衣内加入苯乙烯作为稀释剂降低粘度。喷枪的高压气路中必须有油水分离器及冷干机设备，避免喷涂时有水气混入造成喷涂后有气泡。
步骤四，胶衣的喷涂
喷枪内装入事先混合好的胶衣，喷涂时喷枪需距离模具表面200至300mm，调节喷枪调压旋钮，达到较好的雾化效果后，进行往复式喷涂，喷涂次数10个来回，部分薄弱位如模具使用面拐角位置需增加2-3个来回加厚，喷涂厚度0.8mm-1.5mm。每平米模具需消耗胶衣1.5Kg至2Kg。
步骤五，胶衣的固化
喷涂结束后需进行常温固化及高温后固化工艺，在一个25℃，较干燥的常温下待干进行表面固化常温固化工艺，固化需12h-20h。
表面固化后，之前提到双酚A类乙烯基会在过氧化物的帮助下双酚A成分与PC(聚碳酸酯）材料产生化学反应，这一层一般无法进行常温固化，还需进行高温后固化工艺，在专用烘干箱内，在80℃环境温度下固化2h，之后降温至室温，再在100℃下固化2h进行，再降温至室温。注意：固化时间是指烘箱内环境温度达到指定温度的时间，升温及降温时间不计算在内。
步骤六，胶衣的粗打磨
胶衣完成之前的固化工艺后进行打磨，选用320目水磨砂纸进行人工打磨，打磨掉喷涂时难以避免的起皱及凹限位置，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，避免打磨后产生发热现象，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完起皱及凹陷。
步骤六，胶衣的半精打磨
再采用800目砂纸抛光打磨掉之前320目砂纸打磨时产生的划痕，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，避免打磨后产生发热现象，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完320目砂纸打磨时产生的划痕。
步骤七：胶衣的精打磨
再采用1200目砂纸抛光打磨掉之前800目砂纸打磨时产生的划痕，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，避免打磨后产生发热现象，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完800目砂纸打磨时产生的划痕。
步骤八：胶衣的镜面抛光
使用1500目的抛光剂，在气动抛光机上安装羊毛轮，再在模具表面抹上抛光剂，均匀抛光打磨。最后使用2000目的抛光剂，在气动抛光机上安装羊毛轮，再在模具表面抹上抛光剂，均匀抛光打磨，打磨后模具表面具有光泽度75-80的亚镜面效果，最后再使用酒精及无尘布擦拭干净模具表面，注意：禁止使用丙酮类或油脂类清洗表面
实施例3
一种复合材料模具的表面处理方法，为优化实施例2内提到的胶衣类实施例的操作步骤复杂步序多，人工成本高的问题，选用聚四氟乙烯涂层替代脱模剂，应用于PC-CF材料的(以聚碳酸酯为基材，碳纤维为增强材料)复合材料模具，包括以下步骤：
步骤一：聚四氟乙烯的选型
聚四氟乙烯采用耐热温度260℃耐温的聚四氟乙烯材料，并配有固化剂，固化剂与聚四氟乙烯本体可使用分装双头喷枪的方式进行喷涂或预先进行调制。
步骤二：预压工艺
PC-CF材料(以聚碳酸酯为基材，碳纤维为增强材料)的复合材料模具先在热压罐内采用1.6MPa、135℃，进行8h的预压消除应力
步骤三，喷涂前的复合材料模具表面处理
模具表面需先进行数控铣削加工工艺，需加工至IT8级精度，粗糙度为Ra1.6-Ra3.2，用300目的砂纸进行抛光抛除表面加工层纹，之后再使用800目砂纸抛光去除300目砂纸抛光时形成的划痕，之后还需使用高纯度酒精进行表面清洗及脱脂工序。
步骤四：聚四氟乙烯的喷涂
喷枪内装入事先混合好的胶衣，喷涂时喷枪需距离模具表面200至300mm，喷枪口径采用1.5mm口径。调节喷枪调压旋钮，达到较好的雾化效果后，进行往复式喷涂，喷涂次数3-5个来回，部分薄弱位如模具使用面拐角位置需增加2-3个来回加厚，喷涂厚度0.2mm-0.4mm。
步骤五：固化
常温下固化24h，该实施例固化后表面即可达到75-80光泽度，亚镜面效果，无需进行后续抛光。
为使本发明实施例的目的、技术实施例和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术实施例进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

Claims (1)

1.一种复合材料模具的表面处理方法，其特征在于，采用双酚A类环氧乙烯基胶衣作为涂层替代带胶聚四氟乙烯脱模布，应用于采用PC-CF复合材料制成的模具，包括以下步骤：
步骤一，胶衣的选型
采用双酚A类乙烯基高耐温类胶衣，采用PC-CF复合材料制成的模具进行耐温及耐压性能测试，于120℃、0.6MPa的热压罐中进行固化体制工艺；过氧化物与双酚A类乙烯基的配比为1：50，配比为重量配比非体积配比；
步骤二，预压
采用PC-CF复合材料制成的模具先在热压罐内采用1.6MPa、135℃，进行8h的预压消除应力；
步骤三，表面加工与预处理
模具表面需先进行数控铣削加工工艺，需加工至IT8级精度，粗糙度为Ra1.6-Ra3.2，用300目的砂纸进行抛光抛除表面加工层纹，再用高纯度酒精进行表面清洗及脱脂工序；
步骤三，胶衣的调制
胶衣按要求的过氧化物固化剂与胶衣本体的配比，在容器内进行均匀搅拌；搅拌需5min确保固化剂与胶衣本体搅拌均匀无气泡方可使用；
胶衣采用口径为2.5mm直径的高压高雾化类喷枪进行喷涂，可在胶衣内加入苯乙烯作为稀释剂降低粘度；
步骤四，胶衣的喷涂
喷枪内装入事先混合好的胶衣，喷涂时喷枪需距离模具表面200至300mm，调节喷枪调压旋钮，进行往复式喷涂，喷涂次数10个来回，部分薄弱位如模具使用面拐角位置需增加2-3个来回加厚，喷涂厚度0.8mm-1.5mm；每平米模具需消耗胶衣1.5Kg至2Kg；
步骤五，胶衣的固化
喷涂结束后需进行常温固化及高温后固化工艺，在一个25℃，较干燥的常温下待干进行表面固化常温固化工艺，固化需12h-20h；
表面固化后，之前提到双酚A类乙烯基会在过氧化物的帮助下双酚A成分与PC材料产生化学反应，还需进行高温后固化工艺，在专用烘干箱内，在80℃环境温度下固化2h，之后降温至室温，再在100℃下固化2h进行，再降温至室温；
步骤六，胶衣的粗打磨
胶衣完成之前的固化工艺后进行打磨，选用320目水磨砂纸进行人工打磨，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，避免打磨后产生发热现象，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完起皱及凹陷；
步骤六，胶衣的半精打磨
再采用800目砂纸抛光打磨掉之前320目砂纸打磨时产生的划痕，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完320目砂纸打磨时产生的划痕；
步骤七：胶衣的精打磨
再采用1200目砂纸抛光打磨掉之前800目砂纸打磨时产生的划痕，打磨时需在模具表面抹水作为冷却介质，打磨3min-5min，气枪吹干表面水迹观察打磨情况，之后再涂抹水，再进行打磨往复进行，直至抛光完800目砂纸打磨时产生的划痕；
步骤八：胶衣的镜面抛光
使用1500目的抛光剂，在气动抛光机上安装羊毛轮，再在模具表面抹上抛光剂，均匀抛光打磨；最后使用2000目的抛光剂，在气动抛光机上安装羊毛轮，再在模具表面抹上抛光剂，均匀抛光打磨，打磨后模具表面具有光泽度75-80的亚镜面效果，最后再使用酒精及无尘布擦拭干净模具表面。
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