第七节　Prodrive公司制备碳纤维复合材料新工艺与表面的质量控制

一、复合材料部件表面现状

为了获得光滑高光泽度的复合材料部件表面，大多数情况下必须在已抛光的表面再喷涂一层油漆。遗憾的是，表面的任何问题（例如微弱的冲击和磨蚀）都会导致油漆从碳纤维基材上脱落，导致难看的白斑，同时长时间暴露于紫外线下，会导致表面泛黄。

复合材料部件表面的长期质量对于各种应用来说都是非常重要的，包括汽车、船艇和家具，这些领域对强度和重量或者高科技的优质外观都有要求，但实现起来并不容易。

碳纤维复合材料部件的油漆脱落问题现在有了解决方法，Prodrive公司开发的新工艺完全摒弃了油漆的使用。新工艺不仅能够提高表面的耐久性，降低成本，还可以带来一流的表面质量，据说至少可以达到最好的油漆表面质量。

为得到优质的表面，Prodrive分析了生产碳纤维复合材料部件的基本工艺过程，并找出了影响表面质量的参数。关键因素之一是要非常严格的控制部件和模具之间的接触面。由于复合材料层是逐层铺放到模具内的，那么就有可能滞留气泡，从而影响层间的黏结和与模具相接触的最外层材料的铺放。Prodrive的工艺通过控制这一制造过程的压力、温度和耐久性数值，可以取得非常好的结果。

二、工艺及制备过程

该工艺采用的是在零下18℃冷藏的粒状材料，以防止树脂的脱落。该材料在冷冻条件下可以保存12个月，而在室温条件下，30天之后就无法使用了。Prodrive不使用标准材料，而是对不同的应用有其自身的规范要求。

成卷的预浸片材在室温下稳定24h之后展开，采用计算机程序在平面绘图仪上画出部件的形状，然后通过合理排列使浪费减至最少，材料的利用率通常可达90%。

四组人同时将预浸料部件手工铺放到模具内；根据所需部件的数量，模具可以采用碳纤维复合材料或铝合金制造。复合材料模具可以生产大约250个部件，但铝模具可以一直使用。

无漆工艺的成功应用需要操作人员具有较高的技术水平和专注程度，他们必须亲手将预浸料熟练地铺放到模具的每个角落，不能破坏纤维。Prodrive依照最高标准培训他们自己的技术人员，以进行此项操作，整个培训要持续2～3年。

预浸料部件放到模具中后，在进入高压釜之前，要用抽空的真空袋包裹起来。真空操作有助于消除树脂中的气泡，从而避免形成孔隙，造成分层。高压釜在一定压力下加热组件，时间通常为1h左右。

高温加热后，该部件从模具中取出后，根据精度要求、操作难度和加工的复杂度，进行手工或采用CNC机床修整。此处采用的是气动工具，因为电机会吸收灰尘。在进行最后的检查之前，还要进行手工抛光。

三、质量标准

Prodrive的贡献不仅在于供应部件，而且还为客户撰写适用于新工艺的生产质量标准。

过去所有的质量检查过程都是以油漆表面为基础的。无漆表面的质量控制问题是完全不同的。例如，喷涂的表面通常会造成渗色或鱼眼；非喷涂的表面则可能会出现针孔。考虑到这些，Prodrive公司为客户撰写了新的质量标准，使客户不仅得到了顶级质量的部件，而且制定了他们自己的供应商质量标准。

Prodrive工艺制成的部件如果存在预加工过程，则必须进行一定程度的抛光，以达到必需的表面标准。目前Prodrive工艺的最大产量为每个月400个部件。对于以手工操作为主的小型生产商，该工艺可以根据需要进行调整以满足产量要求。