碳纤维表面处理
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近年来,随着航空航天、汽车、石油化工和民用生活等领域的制造技术不断突破,相应的对材料的要求也朝着高强度、轻量化等高性能方向发展。传统的金属或合金材料虽然具有优越的物理和力学性能,但优势不再明显,不能完全满足新技术的发展需求,相比较而言,碳纤维复合材料等高分子材料不仅具有高比强度、高比模量和轻量化特性,而且碳纤维复合材料具有较高的耐热性、结构可设计性、抗疲劳、抗腐蚀能力、抗震动能力和电磁屏蔽能力,更加符合行业发展动态。

以新能源电池包箱体为例,材料应具备电绝缘性、高散热性和化学稳定性等特点,箱体一般由上、下箱体和密封系统组成。电池包质量占整车系统质量的 18%~30%,而箱体质量约占电池包总质量的10%~20%,目前普遍使用金属作为电池包箱体材料,复合材料由于其优异的比刚强度也逐渐受到重视。电池包箱体使用的复合材料以碳纤维复合材料、玻璃纤维增强复合材料和SMC复合材料等轻量材料为主,碳纤维增强复合材料具有密度低、刚强度大等优点,已在电池包箱体中大量应用。

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在碳纤维箱体中,箱体与车身的连接处常使用金属接头,接头与材料主体结构层采用胶接辅助粘接,以混合连接的方式进行固定。“机械固定+胶接”混合连接的方式,也可以有效提高轻型构件和车身结构的疲劳强度、扭转刚度和耐撞性,轻量化的同时使得连接具有良好的稳定性。

在进行碳纤维粘接工序时,往往需要对胶结表面进行处理,对于碳纤维复合材料的表面处理技术,由传统的处理方式向着高效、智能、环保的方向发展。激光表面改性碳纤维材料,当激光能量密度低于材料损伤阈值时,并不会引起材料表面微观形貌的变化;当激光能量密度高于材料损伤阈值时,激光能够使材料发生熔化、气化、分解和去除等,从而在材料表面形成凸起、凹坑、多孔-海绵状、周期性结构等微观形貌。

以某车企电池PACK上盖碳纤维为试验对象,通过激光清洗碳纤维表面,增加胶接能力。碳纤维材料维为某车企碳纤维供应商所提供。激光清洗设备采用强远激光生产的激光清洗设备。

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清洗工序,首先对碳纤维切片样件进行初步清洗工艺,效果如图所示清洗后使用达因笔测试表面张力数值,结果满足客户要求。

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随后进行壳体碳纤维清洗试验,试验用件为某知名车企电池PACK盖板,用以评估效率,设备可达性等生产流程能力。

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对于碳纤维表面清洗技术,激光清洗是一种合适的选择,清洗过程环保绿色,几乎不产生污染物且清洗过程不损耗任何耗材。效率高,最大清洗效率可达20m2/h,对于更高的清洗效率,可以通过提高激光功率来获得。易于实现自动化,由于电池PACK盖板的规则性,使用机器人或龙门加翻转平台加上下料工作台便可轻松实现碳纤维板的自动化清洗。

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