汽車復(fù)合材料粘接前的表面處理：

 

    汽車復(fù)合材料（尤其是熱塑性汽車復(fù)合材料）的表面能都相對(duì)較低，所以在使用結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑之前，需要對(duì)汽車復(fù)合材料表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，以去除表面的污垢、粉塵、油污、油脂、水分、脫模劑和增塑劑等，同時(shí)，提高基材的表面能，使其高于結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑的表面能量，從而確保結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑能夠充分潤(rùn)濕基材表面，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)堅(jiān)固可靠且耐久的粘接是至關(guān)重要的。下面，將介紹三種常用的表面處理方法。

 

    1.溶劑擦拭法

 

    這是最簡(jiǎn)單的表面處理方式，能夠去除粘接表面的蠟質(zhì)、油污和其他小分子量的污染物。這項(xiàng)技術(shù)要求污染物可溶于溶劑，且溶劑本身不含溶解的污染物。為此，對(duì)溶劑的選擇就顯得非常重要。一般，常用的溶劑包括：丙酮、丁酮、甲基異丁基酮、二甲苯、三氯乙烯、乙醇和異丙醇等，在擦拭中應(yīng)注意使用清潔的無塵擦布或紙巾。但這種表面處理方法的缺點(diǎn)是：溶劑可能會(huì)對(duì)基材產(chǎn)生不良影響，如熱塑性復(fù)合材料可能會(huì)被溶解，顯現(xiàn)出應(yīng)力裂紋或龜裂；可能會(huì)造成交叉污染，如樣品與樣品之間的污染、重復(fù)使用或浸入到溶劑中的擦布的污染等；產(chǎn)生的蒸汽可能會(huì)危害工人的健康；不適用于大規(guī)模的生產(chǎn)要求（大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)可選用蒸汽脫脂和超聲波蒸汽脫脂的方法）。

 

    2.打磨法

 

    打磨可去除表面污染物，并獲得高度毛化的表面，從而增加結(jié)構(gòu)粘接劑的粘接接觸面，以產(chǎn)生“咬合效應(yīng)”。常用的打磨方法包括：采用鋼絲刷、砂紙或銼削等的手工打磨；采用砂帶、砂輪或噴丸/噴砂等的自動(dòng)打磨；以及相對(duì)較快，對(duì)操作者依賴性低且重復(fù)性和成本效益均較好的機(jī)械打磨等。

 

    3.火焰處理法

 

    火焰處理是利用氣體或氣體/氧氣火焰，對(duì)表面進(jìn)行部分氧化，以產(chǎn)生極性基，從而提高聚合物的表面能。此技術(shù)所處理的基材厚度較采用電暈預(yù)處理的基材厚度大，尤其適用于不均勻的熱塑性復(fù)合材料制品。其優(yōu)點(diǎn)是：氣體與氧氣的比例、流量、暴露時(shí)間和火焰與基材的距離易于調(diào)節(jié)，已被證實(shí)是適用于聚丙烯類復(fù)合材料的較有效的方法。

 

    汽車復(fù)合材料粘接前的表面處理除了以上介紹三種常用的表面處理方法外，還有一些相對(duì)先進(jìn)和準(zhǔn)對(duì)特殊粘接要求的復(fù)雜的表面處理技術(shù)，如等離子體處理電暈放電處理化學(xué)處理等。但無論采用那種表面處理方法，關(guān)鍵是要求有清潔的粘接表面和確保粘結(jié)劑能夠充分潤(rùn)濕基材，這是我們應(yīng)該嚴(yán)格加以關(guān)注的。

 

    汽車復(fù)合材料粘接接頭的設(shè)計(jì)

 

    汽車復(fù)合材料粘結(jié)劑粘接連接固定方法除了粘結(jié)劑的選擇與配制以及粘接表面處理是很關(guān)鍵的步驟外，粘接接頭的設(shè)計(jì)好壞同樣將直接影響到粘接性能和強(qiáng)度。汽車復(fù)合材料粘接接頭設(shè)計(jì)的一般原則是：保證粘接面上應(yīng)力分布均勻；將應(yīng)力減少到最小限度，使之純粹受拉力和剪切力；盡可能擴(kuò)大粘接面積等。汽車復(fù)合材料粘接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式也是多種多樣的，根據(jù)被粘物形狀可分為平面搭接、角形搭接、T形粘接和管、棒形粘接等形式；根據(jù)材料的粘接方式又可分為對(duì)接、搭接、插接、對(duì)切雙搭接等等。從接頭形式看，一般認(rèn)為插接結(jié)構(gòu)比較理想，其次是搭接和斜搭接。但在實(shí)際應(yīng)用中，主要根據(jù)被粘接制品的結(jié)構(gòu)和需粘接的部位而具體確定。

 

    汽車復(fù)合材料的維修

 

    傳統(tǒng)意義上的汽車碰撞維修，只是簡(jiǎn)單將碰撞受損變形的車身固定后，用加熱、機(jī)械拉伸的方式進(jìn)行維修，然后再靠榔頭等簡(jiǎn)單工具調(diào)整和修復(fù)車身鋼板、車門和立柱等的間隙和形狀，最后靠膩?zhàn)?、原子灰以及修補(bǔ)漆恢復(fù)原貌。對(duì)于鋼板車身的碰撞維修我們都已駕輕就熟了，但隨著汽車復(fù)合材料在汽車車身上應(yīng)用的日益廣泛，汽車復(fù)合材料車身碰撞受損后的維護(hù)修復(fù)卻開始成為汽車行業(yè)新的困惑，汽車復(fù)合材料碰撞受損后究竟能不能修復(fù)？如果可以的話，怎么進(jìn)行修復(fù)？經(jīng)過修復(fù)后的車身能否恢復(fù)到受損前的狀態(tài)？這些問題的答案是明確的：目前在汽車上所使用的復(fù)合材料部件都是可以修補(bǔ)的，而且完全能達(dá)到受損前的狀態(tài)。之所以會(huì)得出這樣的結(jié)論，是因?yàn)樵谶^去的若干年中，維修汽車復(fù)合材料所用的粘結(jié)劑等產(chǎn)品得到了很大的改進(jìn)，維修的工藝技術(shù)也已日臻成熟，從某種程度上講，汽車復(fù)合材料的維修工序要比鋼板材料更加簡(jiǎn)便和易于操作。

 

    汽車復(fù)合材料部件是否需要進(jìn)行修復(fù)主要取決于碰撞的程度，汽車復(fù)合材料發(fā)生碰撞一般會(huì)有三種狀況：一是輕微的撞擊，由于汽車復(fù)合材料本身具有良好的抗撞擊性能，如能經(jīng)受普通手推車的撞擊而不會(huì)產(chǎn)生凹陷，也不會(huì)損壞，因此這種狀況不需要維修；二是猛烈的撞擊，汽車復(fù)合材料嚴(yán)重受損，通常建議更換部件而不作維修，因?yàn)榫S修成夲將會(huì)大于更換部件的成夲；三是雖經(jīng)碰撞而受損不嚴(yán)重，在經(jīng)濟(jì)上值得維修，這類汽車復(fù)合材料是本節(jié)關(guān)注的重點(diǎn)。

 

    目前大多數(shù)維修部門已經(jīng)掌握手工鋪層玻璃纖維增強(qiáng)塑料的維修技術(shù)，而對(duì)復(fù)合材料在汽車車身面板方面使用最多的片狀模塑料SMC部件的維修卻缺乏認(rèn)識(shí)，仍采用傳統(tǒng)維修手工鋪層玻璃纖維增強(qiáng)塑料的方法，結(jié)果經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生維修失敗的情況。這是由于SMC的化學(xué)組成成份和手工鋪層玻璃纖維增強(qiáng)塑料是不相同的。維修SMC部件通常需要專用SMC材料制成的粘結(jié)劑，而SMC維修專用粘結(jié)劑的玻纖含量要與被維修SMC部件的玻纖含量基夲一致，這樣才能使修補(bǔ)的部分與被修部件保持相對(duì)一致的熱膨脹或收縮比率，否則的話，維修數(shù)周后會(huì)出現(xiàn)類似“牛眼”或“暈環(huán)”的形狀，說明維修工作同樣是失敗的。另外，無論在維修過程中使用何種材料，都必須按照粘結(jié)劑生產(chǎn)商的指導(dǎo)說明正確地去操作，尤其要特別注意維修材料的固化時(shí)間

 

    汽車復(fù)合材料的回收

 

    出于經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的原因，在汽車行業(yè)中采用回收工藝已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史。早期的汽車，如轎車、客車、卡車幾乎全都使用了金屬，回收的方法主要就是將廢舊的金屬部件熔化掉，以便于再次利用。

 

    這種回收方法對(duì)于金屬材料來說是相當(dāng)理想的，通過熔融處理，金屬部件可以成為新的材料。但遺憾的是，汽車復(fù)合材料卻不能像金屬材料這樣進(jìn)行回收，我們經(jīng)常會(huì)被問及：汽車復(fù)合材料是否屬于可回收的材料？如果屬于可回收的材料，怎樣才能方便地回收汽車復(fù)合材料？正如我們己經(jīng)知道，汽車復(fù)合材料包括熱固性汽車復(fù)合材料和熱塑性汽車復(fù)合材料兩大類，其中熱塑性汽車復(fù)合材料可以通過再熔化回收利用已為大家所了解，持有疑問或?yàn)槠囆袠I(yè)專家頗感頭痛的問題是熱固性汽車復(fù)合材料能否進(jìn)行回收和再利用？事實(shí)上熱固性汽車復(fù)合材料同樣屬于可回收的材料，這在汽車復(fù)合材料應(yīng)用最為發(fā)達(dá)的美國(guó)、歐洲等國(guó)家早己有定論，只是熱固性汽車復(fù)合材料因?yàn)榫哂谢瘜W(xué)、熱力學(xué)、機(jī)械穩(wěn)定性較高的特點(diǎn)，一方面使它們成為汽車許多應(yīng)用領(lǐng)域的首選材料，另一方面也存在著其回收有一定困難的客觀事實(shí)。熱固性汽車復(fù)合材料不像傳統(tǒng)金屬材料和熱塑性汽車復(fù)合材料那樣可以通過簡(jiǎn)單再熔化方式來回收，它們必須用不同的加工方法處理。

 

    針對(duì)熱固性汽車復(fù)合材料的處理和回收，人們通過不斷的探索和實(shí)踐已研發(fā)出多種回收處理技術(shù)方案，其中較為行業(yè)普遍接受的回收處理方法有下列三種：

 

    1、熱解法。

 

    熱解法又稱為化學(xué)回收處理方法，簡(jiǎn)單地講，熱解法是在無氧的環(huán)境中加熱，將有機(jī)物質(zhì)有控制地?zé)岱纸獬煽苫厥盏囊环N或多種物質(zhì)的方法。熱固性汽車復(fù)合材料熱解處理的一般過程為：先將廢舊的熱固性汽車復(fù)合材料制品切割成50mm×50mm大小的碎塊，用水蒸氣蒸煮后，置于熱解爐中處理。結(jié)果顯示，熱固性汽車復(fù)合材料在處理系統(tǒng)中很容易被蒸餾，苯乙烯-聚酯樹脂基材料很快被揮發(fā)而轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇細(xì)怏w和可燃油，并將有機(jī)物質(zhì)完全從玻璃纖維和CaCO3中分離出來。經(jīng)熱解法處理我們得到了三種可回收的物質(zhì)，即熱解氣、熱解油及固體副產(chǎn)物。

 

    2、粉碎法

 

    粉碎法又稱為物理回收處理方法，是一種直接利用廢舊熱固性汽車復(fù)合材料而并不改變其化學(xué)性質(zhì)的一種回收方法，也是目前最直接、最有效的方法。熱固性汽車復(fù)合材料粉碎處理的一般過程為：先將廢舊的熱固性汽車復(fù)合材料切成50mm×20mm大小的碎塊，并通過除鐵處理，然后用錘磨機(jī)對(duì)碎塊進(jìn)一步粉碎，粉碎后的粉料通過二級(jí)氣旋式分離器進(jìn)行分級(jí)分理，粗料重回錘磨機(jī)再粉碎，粉料進(jìn)入振動(dòng)篩進(jìn)行分級(jí)處理，將各種不同顆粒直徑粉料分別貯存于相應(yīng)的收集箱內(nèi)，供各種不同應(yīng)用場(chǎng)合再利用。粉碎法的效果較好，效率較高，實(shí)用性也強(qiáng)，可以制成大至9.5mm有用顆粒粗料，也可生產(chǎn)小至200目(60μm)或更細(xì)的粉狀填料。

 

    3、焚燒法

 

    焚燒法又稱為能量回收法，是一種利用廢舊熱固性汽車復(fù)合材料作燃料進(jìn)行焚燒，以獲取能量的一種回收方法。熱固性汽車復(fù)合材料焚燒處理的一般過程為：先將廢舊的熱固性汽車復(fù)合材料粉碎為粒徑10mm大小的粉末，然后吹入水泥窯爐內(nèi)，作為燃料燃燒，以能量的方式回收由于焚燒交聯(lián)的聚酯產(chǎn)生的熱能，而經(jīng)煅燒的灰分能作為水泥原料使用。這種方法的特點(diǎn)是：把廢舊熱固性汽車復(fù)合材料一部分轉(zhuǎn)化成能源，可以減小部分燃料用量，也減少了二氧化碳的排放，另外因窯爐內(nèi)溫度高，產(chǎn)生的有害氣體極少，沒有有害氣體污染空氣的問題；再由于經(jīng)煅燒的灰分與水泥的化學(xué)成分相同，完全可以作為水泥原料使用。因此，焚燒法能把廢舊熱固性汽車復(fù)合材料通過焚燒將能源利用和材料回收結(jié)合起來一次性全部回收，具有很好的推廣價(jià)值。

 

    通過上述三種回收處理方法介紹，我們可以更加明確地知道汽車復(fù)合材料部件不僅是可以回收的，是一種可回收材料，而且在回收技術(shù)沒有任何障礙。根據(jù)國(guó)外回收處理的經(jīng)驗(yàn)，汽車復(fù)合材料存在的最大問題是回收后材料的最終使用以及成本方面的問題，這些問題需要我們今后認(rèn)真去研究和關(guān)注。

 

    結(jié)束語(yǔ)

 

    復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用已有五十五年的悠久歷史，在世界范圍內(nèi)，復(fù)合材料被廣泛地應(yīng)用到汽車的車身內(nèi)、外飾件以及部分半結(jié)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)件，為汽車工業(yè)的輕量化做出了巨大的貢獻(xiàn)，積累了豐富的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用方面的經(jīng)驗(yàn)和大量的成功范例，這是汽車復(fù)合材料行業(yè)的驕傲，也是汽車工業(yè)引以為榮的成就。但是，我們應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到：盡管汽車復(fù)合材料具有很大的發(fā)展?jié)摿?，汽車?fù)合材料行業(yè)需要展示這些復(fù)合材料產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，以及和金屬件相比所存在的優(yōu)勢(shì)，但這并不意味著復(fù)合材料在未來就一定或必然會(huì)替代金屬材料?？梢灶A(yù)見的是：在近階段，復(fù)合材料應(yīng)用于汽車部分的數(shù)量將不斷增加，但正如航空航天業(yè)那樣，在汽車行業(yè)中復(fù)合材料同樣不會(huì)也不可能完全替代金屬材料。比較理想的一種情況就是，汽車設(shè)計(jì)師將同時(shí)采用復(fù)合材料和金屬材料進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造，分別利用其最佳的性能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制造出真正性價(jià)比最佳的新一代汽車。但如果采用這種混合材料汽車的設(shè)計(jì)制造方法，我們必須要謹(jǐn)慎地考慮復(fù)合材料和金屬材料的相容性問題，另外一個(gè)必要的條件就是需要具備產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模擬和生產(chǎn)方面的軟件。希望有一天，汽車工業(yè)能像制造波音787飛機(jī)一樣，50%采用復(fù)合材料，這將對(duì)世界汽車能源、環(huán)保、安全、舒適性產(chǎn)生何等重大的影響啊！我們期待這一天，我們?yōu)檫@一天的早日到來而努力！