可擴展的纖維增強塑料表面制備解決方案
FRP是采用多種材料和加工技術生產出來的，所以它們的主體結構性能可能各不相同，表面性能亦如此。在涉及到它們與其他材料如何結合、如何噴涂或涂裝的情況下，這可能是一個關鍵問題?；暮驼澈蟿ɑ蛴推幔┲g相容性差，就會產生一個脆弱的界面，終導致分層。因此，有效結合對產品性能來說至關重要，特別是那些在使用壽命期限內必須承受苛刻環境條件的產品。
聚碳酸酯（PC）和丙烯腈- 丁二烯-苯乙烯（ABS）等非晶態材料容易受到化學溶劑的攻擊。這一弱點被粘合劑和油漆系統所利用，其表面的溶脹和纏結可以提供必要的粘接力。然而，許多用于纖維增強塑料的工程聚合物，如尼龍，是半結晶體。這些材料對于化學溶劑具有很強的耐受力，這就使得許多傳統的油漆和膠粘劑系統失去了效力。同時，為減少揮發性有機化合物，水性油漆的應用增多，這意味著它們在許多塑料基材上的有效性會進一步降低。
為了保證難以粘接的基材和油漆/膠粘劑之間成功粘接，通常需要進行某種表面制備。FRP 的表面制備技術有很多種，但在許多生產條件下，它們并不實用。Oxford Advanced Surfaces（OAS）公司開發了一種實用的、可擴展的、能有效提高先進材料附著力的解決方案，該方案可以簡化FRP 到產品的制造過程，既適用于小眾也適用于大眾應用領域。
磨蝕過程就像砂磨、噴砂、蒸汽噴砂一樣，往往是提高附著力的有效方法，但它們也有幾個缺點。特別是對于批量生產，關鍵問題之一是，研磨過程耗時較長，在實際生產中并不實用。以汽車行業為例，針對利用快速固化樹脂制造熱固性FRP的研究已經有很多，所以表面制備的速度不能給這一過程造成瓶頸。特別是砂磨作為一種手工處理過程，本身不適合量產。
砂磨和噴砂會產生灰塵和砂礫，因此在進行粘接或噴漆之前，需要清除污染。這對于含有閉孔的組件來說問題尤其嚴重，因為砂礫和灰塵的去除比較困難。對于含有窄間隙或小拐角的結構來說，研磨介質不會均勻地分布于表面，從而在粘接點造成潛在的薄弱點，終導致分層。
真空等離子體處理技術在許多行業被用來提高塑料基材的附著力，對FRP可能一樣有效。然而，該技術并不總是一個實用的解決方案，因為它是一種典型的量產工藝，需要專業人員和高成本的設備。等離子體處理可以外包，但它在許多材料上的壽命極其有限，這意味著它的功效會隨時間遞減，從而導致未涂覆或粘接的基材分層。為了解決多種材料間的涂覆和粘接問題，OAS公司開發了其平臺技術：Onto™，以生產一系列的粘著促進劑。在其他技術不實用或無效的情況下，Onto™可以提供一種提高附著力的替代方法。
所有Onto™處理技術都含有被稱作卡賓（carbene）的高活性物質前驅體。在非活性狀態下，它們對光和熱沒有反應。一旦化學活性被激活，就可以對基材進行處理，然后需要一個固化步驟來啟動卡賓的形成過程?？ㄙe活性很高，會與任何與它們相接觸的物質發生反應，從而在基材表面形成化學鍵（圖1）。因為卡賓幾乎可以與任何東西發生反應，Onto™處理技術對于大量基材都是有效的，包括半結晶性塑料。它們同樣適用于熱固性和熱塑性復合材料。
圖1. (a)Onto™活化和（b）Onto™在基材上的應用。
Onto™表面處理技術將功能性成分和卡賓前驅體獨特地結合在一起。OAS公司設計了兩個系列的提高附著力的表面處理劑：SB1000 和EP1000。EP1000系列可以防止涂料和油漆從基材上剝離，SB1000 系列提高了材料與膠粘劑的粘接力。這兩個系列中的功能組分與聚氨酯和環氧樹脂系統都是兼容的，促進了油漆和膠粘劑與看起來具有耐受性的基材之間的粘接力。
OAS公司已經展示了Onto™附著力促進劑如何用于制備FRP 表面，以進行后續的涂層和粘接。
EP1000涂覆附著力促進劑：在采用2K 聚氨酯涂料涂裝前，使用Onto™EP1000對碳纖維增強熱塑性復合材料進行處理。暴露在惡劣的氣候條件下，在使用期限內暴露過量，控制樣本發生了分層，而Onto™處理過的樣品通過了測試。
SB1000膠粘附著力促進劑：碳纖維增強環氧樹脂板采用B 級環氧樹脂粘結劑粘接在一起，以進行搭接剪切試驗。在不進行表面處理時，在7.9 兆帕就會發生粘接失效。在采用Onto™SB1050處理CFRP 后，粘接失效壓力被提高到如此程度（11.4 MPa），基材在粘接失效前就斷裂了（圖2）。
圖2. CFRP 雙搭接剪切樣本在粘接前已用Onto理過——基材在膠粘劑失效前就斷裂了。
Onto™附著力促進劑可以集成到現有的生產流程中，只需要標準的工業涂料和固化設備，保持資本支出降到低?；囊坏┙涍^處理和固化，其余的處理流程可以在在線或離線狀態完成。這給生產過程帶來了靈活性，并消除了生產中潛在的瓶頸。處理過程可以很容易地實現自動化，減少所需的工人數量，使其適于批量生產。
大多數用于塑料材料的溶劑型底漆中含有芳香烴，會使基材表面溶脹，與底漆產生糾纏，但這些溶劑在生產工廠內是被禁用的，因為它們對環境有害。因為Onto™附著力促進劑是通過化學鍵合機理起作用的，在該配方中不需要芳香烴溶劑。相反，它們是在水和酒精中生成的，以減少對環境的影響。
Onto™會使表面變得一致，從而產生一致的效果，也降低了廢品率，與砂磨等技術相比，減少了所生成的廢棄物的量。它不會損傷表面或危害材料的機械性能。而研磨類方法會破壞復合材料中的纖維，并導致廢品部件的產生；對于碳纖維復合材料，這可能會破壞其視覺效果（圖3）。
圖3：（1）打磨過的區域和（2）過度打磨的區域——基 材的視覺效果被破壞了
圖片由Shutterstock 授權使用
雖然在某些情況下，在采用Onto™技術處理之前仍可能需要輕度的研磨，以去除復合材料上的脫模劑或其表面缺陷，但Onto™大大減少了研磨的程度。
Onto™附著力促進劑提供了一種實用的表面處理方法，簡化了纖維增強復合材料等先進材料到產品的生產過程，而且無論是小規模生產還是量產過程。它可以減少或替代砂磨等研磨方法，可以提高涂層和油漆與基材之間的粘接力，并防止粘接組件的分層。
更多信息請關注復合材料信息網www.lzzz.net
聚碳酸酯（PC）和丙烯腈- 丁二烯-苯乙烯（ABS）等非晶態材料容易受到化學溶劑的攻擊。這一弱點被粘合劑和油漆系統所利用，其表面的溶脹和纏結可以提供必要的粘接力。然而，許多用于纖維增強塑料的工程聚合物，如尼龍，是半結晶體。這些材料對于化學溶劑具有很強的耐受力，這就使得許多傳統的油漆和膠粘劑系統失去了效力。同時，為減少揮發性有機化合物，水性油漆的應用增多，這意味著它們在許多塑料基材上的有效性會進一步降低。
為了保證難以粘接的基材和油漆/膠粘劑之間成功粘接，通常需要進行某種表面制備。FRP 的表面制備技術有很多種，但在許多生產條件下，它們并不實用。Oxford Advanced Surfaces（OAS）公司開發了一種實用的、可擴展的、能有效提高先進材料附著力的解決方案，該方案可以簡化FRP 到產品的制造過程，既適用于小眾也適用于大眾應用領域。
磨蝕過程就像砂磨、噴砂、蒸汽噴砂一樣，往往是提高附著力的有效方法，但它們也有幾個缺點。特別是對于批量生產，關鍵問題之一是，研磨過程耗時較長，在實際生產中并不實用。以汽車行業為例，針對利用快速固化樹脂制造熱固性FRP的研究已經有很多，所以表面制備的速度不能給這一過程造成瓶頸。特別是砂磨作為一種手工處理過程，本身不適合量產。
砂磨和噴砂會產生灰塵和砂礫，因此在進行粘接或噴漆之前，需要清除污染。這對于含有閉孔的組件來說問題尤其嚴重，因為砂礫和灰塵的去除比較困難。對于含有窄間隙或小拐角的結構來說，研磨介質不會均勻地分布于表面，從而在粘接點造成潛在的薄弱點，終導致分層。
真空等離子體處理技術在許多行業被用來提高塑料基材的附著力，對FRP可能一樣有效。然而，該技術并不總是一個實用的解決方案，因為它是一種典型的量產工藝，需要專業人員和高成本的設備。等離子體處理可以外包，但它在許多材料上的壽命極其有限，這意味著它的功效會隨時間遞減，從而導致未涂覆或粘接的基材分層。為了解決多種材料間的涂覆和粘接問題，OAS公司開發了其平臺技術：Onto™，以生產一系列的粘著促進劑。在其他技術不實用或無效的情況下，Onto™可以提供一種提高附著力的替代方法。
所有Onto™處理技術都含有被稱作卡賓（carbene）的高活性物質前驅體。在非活性狀態下，它們對光和熱沒有反應。一旦化學活性被激活，就可以對基材進行處理，然后需要一個固化步驟來啟動卡賓的形成過程?？ㄙe活性很高，會與任何與它們相接觸的物質發生反應，從而在基材表面形成化學鍵（圖1）。因為卡賓幾乎可以與任何東西發生反應，Onto™處理技術對于大量基材都是有效的，包括半結晶性塑料。它們同樣適用于熱固性和熱塑性復合材料。
圖1. (a)Onto™活化和（b）Onto™在基材上的應用。
Onto™表面處理技術將功能性成分和卡賓前驅體獨特地結合在一起。OAS公司設計了兩個系列的提高附著力的表面處理劑：SB1000 和EP1000。EP1000系列可以防止涂料和油漆從基材上剝離，SB1000 系列提高了材料與膠粘劑的粘接力。這兩個系列中的功能組分與聚氨酯和環氧樹脂系統都是兼容的，促進了油漆和膠粘劑與看起來具有耐受性的基材之間的粘接力。
OAS公司已經展示了Onto™附著力促進劑如何用于制備FRP 表面，以進行后續的涂層和粘接。
EP1000涂覆附著力促進劑：在采用2K 聚氨酯涂料涂裝前，使用Onto™EP1000對碳纖維增強熱塑性復合材料進行處理。暴露在惡劣的氣候條件下，在使用期限內暴露過量，控制樣本發生了分層，而Onto™處理過的樣品通過了測試。
SB1000膠粘附著力促進劑：碳纖維增強環氧樹脂板采用B 級環氧樹脂粘結劑粘接在一起，以進行搭接剪切試驗。在不進行表面處理時，在7.9 兆帕就會發生粘接失效。在采用Onto™SB1050處理CFRP 后，粘接失效壓力被提高到如此程度（11.4 MPa），基材在粘接失效前就斷裂了（圖2）。
圖2. CFRP 雙搭接剪切樣本在粘接前已用Onto理過——基材在膠粘劑失效前就斷裂了。
Onto™附著力促進劑可以集成到現有的生產流程中，只需要標準的工業涂料和固化設備，保持資本支出降到低?；囊坏┙涍^處理和固化，其余的處理流程可以在在線或離線狀態完成。這給生產過程帶來了靈活性，并消除了生產中潛在的瓶頸。處理過程可以很容易地實現自動化，減少所需的工人數量，使其適于批量生產。
大多數用于塑料材料的溶劑型底漆中含有芳香烴，會使基材表面溶脹，與底漆產生糾纏，但這些溶劑在生產工廠內是被禁用的，因為它們對環境有害。因為Onto™附著力促進劑是通過化學鍵合機理起作用的，在該配方中不需要芳香烴溶劑。相反，它們是在水和酒精中生成的，以減少對環境的影響。
Onto™會使表面變得一致，從而產生一致的效果，也降低了廢品率，與砂磨等技術相比，減少了所生成的廢棄物的量。它不會損傷表面或危害材料的機械性能。而研磨類方法會破壞復合材料中的纖維，并導致廢品部件的產生；對于碳纖維復合材料，這可能會破壞其視覺效果（圖3）。
圖3：（1）打磨過的區域和（2）過度打磨的區域——基 材的視覺效果被破壞了
圖片由Shutterstock 授權使用
雖然在某些情況下，在采用Onto™技術處理之前仍可能需要輕度的研磨，以去除復合材料上的脫模劑或其表面缺陷，但Onto™大大減少了研磨的程度。
Onto™附著力促進劑提供了一種實用的表面處理方法，簡化了纖維增強復合材料等先進材料到產品的生產過程，而且無論是小規模生產還是量產過程。它可以減少或替代砂磨等研磨方法，可以提高涂層和油漆與基材之間的粘接力，并防止粘接組件的分層。
更多信息請關注復合材料信息網www.lzzz.net
