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碳纖維表面處理

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近年來，隨著航空航天、汽車、石油化工和民用生活等領(lǐng)域的制造技術(shù)不斷突破，相應(yīng)的對(duì)材料的要求也朝著高強(qiáng)度、輕量化等高性能方向發(fā)展。傳統(tǒng)的金屬或合金材料雖然具有優(yōu)越的物理和力學(xué)性能，但優(yōu)勢(shì)不再明顯，不能完全滿足新技術(shù)的發(fā)展需求，相比較而言，碳纖維復(fù)合材料等高分子材料不僅具有高比強(qiáng)度、高比模量和輕量化特性，而且碳纖維復(fù)合材料具有較高的耐熱性、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性、抗疲勞、抗腐蝕能力、抗震動(dòng)能力和電磁屏蔽能力，更加符合行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)。

以新能源電池包箱體為例，材料應(yīng)具備電絕緣性、高散熱性和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，箱體一般由上、下箱體和密封系統(tǒng)組成。電池包質(zhì)量占整車系統(tǒng)質(zhì)量的 18%~30%，而箱體質(zhì)量約占電池包總質(zhì)量的10%~20%，目前普遍使用金屬作為電池包箱體材料，復(fù)合材料由于其優(yōu)異的比剛強(qiáng)度也逐漸受到重視。電池包箱體使用的復(fù)合材料以碳纖維復(fù)合材料、玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和SMC復(fù)合材料等輕量材料為主，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有密度低、剛強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，已在電池包箱體中大量應(yīng)用。

在碳纖維箱體中，箱體與車身的連接處常使用金屬接頭，接頭與材料主體結(jié)構(gòu)層采用膠接輔助粘接，以混合連接的方式進(jìn)行固定。“機(jī)械固定+膠接”混合連接的方式，也可以有效提高輕型構(gòu)件和車身結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)剛度和耐撞性，輕量化的同時(shí)使得連接具有良好的穩(wěn)定性。

在進(jìn)行碳纖維粘接工序時(shí)，往往需要對(duì)膠結(jié)表面進(jìn)行處理，對(duì)于碳纖維復(fù)合材料的表面處理技術(shù)，由傳統(tǒng)的處理方式向著高效、智能、環(huán)保的方向發(fā)展。激光表面改性碳纖維材料，當(dāng)激光能量密度低于材料損傷閾值時(shí)，并不會(huì)引起材料表面微觀形貌的變化；當(dāng)激光能量密度高于材料損傷閾值時(shí)，激光能夠使材料發(fā)生熔化、氣化、分解和去除等，從而在材料表面形成凸起、凹坑、多孔-海綿狀、周期性結(jié)構(gòu)等微觀形貌。

以某車企電池PACK上蓋碳纖維為試驗(yàn)對(duì)象，通過激光清洗碳纖維表面，增加膠接能力。碳纖維材料維為某車企碳纖維供應(yīng)商所提供。激光清洗設(shè)備采用強(qiáng)遠(yuǎn)激光生產(chǎn)的激光清洗設(shè)備。

清洗工序，首先對(duì)碳纖維切片樣件進(jìn)行初步清洗工藝，效果如圖所示清洗后使用達(dá)因筆測(cè)試表面張力數(shù)值，結(jié)果滿足客戶要求。

隨后進(jìn)行殼體碳纖維清洗試驗(yàn)，試驗(yàn)用件為某知名車企電池PACK蓋板，用以評(píng)估效率，設(shè)備可達(dá)性等生產(chǎn)流程能力。

對(duì)于碳纖維表面清洗技術(shù)，激光清洗是一種合適的選擇，清洗過程環(huán)保綠色，幾乎不產(chǎn)生污染物且清洗過程不損耗任何耗材。效率高，最大清洗效率可達(dá)20m2/h,對(duì)于更高的清洗效率，可以通過提高激光功率來獲得。易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，由于電池PACK蓋板的規(guī)則性，使用機(jī)器人或龍門加翻轉(zhuǎn)平臺(tái)加上下料工作臺(tái)便可輕松實(shí)現(xiàn)碳纖維板的自動(dòng)化清洗。

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