碳纤维增强复合材料具有比强度高、低密度、耐摩擦、抗疲劳、耐高温、耐腐蚀等特点，既有碳材料的结构特点，又有纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料重要的增强材料，已在军事及民用工业领域得到广泛应用。目前轨道交通车辆运行的轻量化要求越来越高，碳纤维材料以其优越的性能正越来越多地应用在轨道交通车辆上。

　　涂装是产品的表面制造工艺中一个重要的环节，起到了防锈、防腐的作用，同时又是产品外观质量的重要组成部分，是构成产品价值的重要因素，因此涂装工艺需要经过严格的设计验证。碳纤维材料作为一种新型的材料，其表面涂装工艺和一般的金属材料不同，本文就轨道交通车辆用碳纤维复合材料表面涂装工艺进行研究

　　碳纤维材料表面光滑、惰性大、表面能低，无化学活性官能团，呈化学惰性，与树脂基体浸润性差，这使复合材料界面黏合性能差。本文选用的碳纤维材料为环氧基碳纤维增强复合材料，主要应用在轨道交通车辆外表面。综合考虑轨道交通车辆的运行环境及碳纤维材料的表面特性，材料表面复合涂层选用“双组分聚氨酯底漆+不饱和弹性聚酯腻子+双组分聚氨酯中涂漆+双组分聚氨酯底色漆+双组分聚氨酯清漆。

　　底漆一般要求与基体有良好的附着力，其黏度要求较低，以保证对基体良好的浸润性，且溶剂不应挥发太快，以便充分渗透进基体的间隙。为研究碳纤维材料适用的底漆，选用3种不同的底漆做样板试验，包括：铝合金材料常用的双组分环氧底漆、高分子复合材料常用的丙烯酸底漆以及为碳纤维复合材料开发的双组分聚氨酯底漆。

　　表面前处理的主要目的是去除材料表面的所有污染物，提高材料表面清洁度和粗糙度，增强材料表面与油漆的附着力。碳纤维材料在制造的过程中表面需经过氧化或者酸处理之后形成带有化学活性的基团，促进与树脂的黏合性。碳纤维材料表面光滑、惰性大、表面能低，传统的酸洗磷化后碳纤维表面得不到良好的磷化膜，表面处理效果差。同时碳纤维材料表面具有坑洼及条纹状等缺陷。因此碳纤维材料的表面前处理主要采用清洗后物理打磨的形式，样板进行风动打磨，小件内腔进行手工磨片打磨。

　　由于碳纤维材料表面局部存在缺陷，底漆烘干后，表面出现针孔现象，考虑到生产成本，确定底漆干膜厚度为50~70um，烘干时间为2h。烘干温度较低时，漆膜未完全干燥，而温度较高时，由于碳纤维复合材料的热膨胀系数较大，材料易受热变形，导致漆膜鼓泡。因此底漆的烘干温度为60℃。

　　由于碳纤维材质的特点，打磨后仍存在小坑等缺陷，表面喷涂底漆后局部仍存在针孔、砂痕，应适当增加腻子厚度，加强挤腻及找补。腻子刮涂2遍，每遍厚度不超过0.5mm，使工件表面平整无缺陷。20℃下腻子重涂时间间隔3h。腻子在20℃下干燥4h，干燥后使用120°磨片打磨腻子表面，按照从上到下的顺序进行。

　　人工使用空气喷枪进行喷涂，喷嘴口径为1.5～2.0mm，“湿喷湿”喷涂2遍，漆膜厚度控制在30~50um，操作方法参见底漆。干燥后进行打磨处理。用压缩风和擦布除净表面粉尘，用稀释剂擦洗表面。面漆采用人工使用空气喷枪喷涂，喷嘴口径为1.5~1.8mm。喷涂按照从上到下的顺序进行，“湿碰湿”喷涂2遍，操作方法同底漆。干膜厚度为30~50um。

　　清漆与面漆采用“湿碰湿”喷涂施工。面漆施工完成后先将产品在不低于18℃下通风、静置15~30min，使面漆层流平，然后采用空气喷枪进行清漆喷涂，喷嘴口径为1.0~1.5mm，清漆“湿碰湿”喷涂2遍，分别在喷漆室2和喷漆室3中进行。清漆干膜厚度为30~50um。干燥后产品表面光滑平整，无漏涂、橘皮、针孔、鼓泡、流坠等缺陷，漆膜附着力为0级，满足产品要求。

　　阅读延伸：《碳纤维复合材料在轨道交通中的应用优势分析》