第七節　Prodrive公司制備碳纖維復合材料新工藝與表面的質量控制

一、復合材料部件表面現狀

為了獲得光滑高光澤度的復合材料部件表面，大多數情況下必須在已拋光的表面再噴涂一層油漆。遺憾的是，表面的任何問題（例如微弱的沖擊和磨蝕）都會導致油漆從碳纖維基材上脫落，導致難看的白斑，同時長時間暴露于紫外線下，會導致表面泛黃。

復合材料部件表面的長期質量對于各種應用來說都是非常重要的，包括汽車、船艇和家具，這些領域對強度和重量或者高科技的優質外觀都有要求，但實現起來并不容易。

碳纖維復合材料部件的油漆脫落問題現在有了解決方法，Prodrive公司開發的新工藝完全摒棄了油漆的使用。新工藝不僅能夠提高表面的耐久性，降低成本，還可以帶來一流的表面質量，據說至少可以達到最好的油漆表面質量。

為得到優質的表面，Prodrive分析了生產碳纖維復合材料部件的基本工藝過程，并找出了影響表面質量的參數。關鍵因素之一是要非常嚴格的控制部件和模具之間的接觸面。由于復合材料層是逐層鋪放到模具內的，那么就有可能滯留氣泡，從而影響層間的黏結和與模具相接觸的最外層材料的鋪放。Prodrive的工藝通過控制這一制造過程的壓力、溫度和耐久性數值，可以取得非常好的結果。

二、工藝及制備過程

該工藝采用的是在零下18℃冷藏的粒狀材料，以防止樹脂的脫落。該材料在冷凍條件下可以保存12個月，而在室溫條件下，30天之后就無法使用了。Prodrive不使用標準材料，而是對不同的應用有其自身的規范要求。

成卷的預浸片材在室溫下穩定24h之后展開，采用計算機程序在平面繪圖儀上畫出部件的形狀，然后通過合理排列使浪費減至最少，材料的利用率通常可達90%。

四組人同時將預浸料部件手工鋪放到模具內；根據所需部件的數量，模具可以采用碳纖維復合材料或鋁合金制造。復合材料模具可以生產大約250個部件，但鋁模具可以一直使用。

無漆工藝的成功應用需要操作人員具有較高的技術水平和專注程度，他們必須親手將預浸料熟練地鋪放到模具的每個角落，不能破壞纖維。Prodrive依照最高標準培訓他們自己的技術人員，以進行此項操作，整個培訓要持續2～3年。

預浸料部件放到模具中后，在進入高壓釜之前，要用抽空的真空袋包裹起來。真空操作有助于消除樹脂中的氣泡，從而避免形成孔隙，造成分層。高壓釜在一定壓力下加熱組件，時間通常為1h左右。

高溫加熱后，該部件從模具中取出后，根據精度要求、操作難度和加工的復雜度，進行手工或采用CNC機床修整。此處采用的是氣動工具，因為電機會吸收灰塵。在進行最后的檢查之前，還要進行手工拋光。

三、質量標準

Prodrive的貢獻不僅在于供應部件，而且還為客戶撰寫適用于新工藝的生產質量標準。

過去所有的質量檢查過程都是以油漆表面為基礎的。無漆表面的質量控制問題是完全不同的。例如，噴涂的表面通常會造成滲色或魚眼；非噴涂的表面則可能會出現針孔。考慮到這些，Prodrive公司為客戶撰寫了新的質量標準，使客戶不僅得到了頂級質量的部件，而且制定了他們自己的供應商質量標準。

Prodrive工藝制成的部件如果存在預加工過程，則必須進行一定程度的拋光，以達到必需的表面標準。目前Prodrive工藝的最大產量為每個月400個部件。對于以手工操作為主的小型生產商，該工藝可以根據需要進行調整以滿足產量要求。