可扩展的纤维增强塑料表面制备解决方案
FRP是采用多种材料和加工技术生产出来的，所以它们的主体结构性能可能各不相同，表面性能亦如此。在涉及到它们与其他材料如何结合、如何喷涂或涂装的情况下，这可能是一个关键问题。基材和粘合剂（或油漆）之间相容性差，就会产生一个脆弱的界面，终导致分层。因此，有效结合对产品性能来说至关重要，特别是那些在使用寿命期限内必须承受苛刻环境条件的产品。
聚碳酸酯（PC）和丙烯腈- 丁二烯-苯乙烯（ABS）等非晶态材料容易受到化学溶剂的攻击。这一弱点被粘合剂和油漆系统所利用，其表面的溶胀和缠结可以提供必要的粘接力。然而，许多用于纤维增强塑料的工程聚合物，如尼龙，是半结晶体。这些材料对于化学溶剂具有很强的耐受力，这就使得许多传统的油漆和胶粘剂系统失去了效力。同时，为减少挥发性有机化合物，水性油漆的应用增多，这意味着它们在许多塑料基材上的有效性会进一步降低。
为了保证难以粘接的基材和油漆/胶粘剂之间成功粘接，通常需要进行某种表面制备。FRP 的表面制备技术有很多种，但在许多生产条件下，它们并不实用。Oxford Advanced Surfaces（OAS）公司开发了一种实用的、可扩展的、能有效提高先进材料附着力的解决方案，该方案可以简化FRP 到产品的制造过程，既适用于小众也适用于大众应用领域。
磨蚀过程就像砂磨、喷砂、蒸汽喷砂一样，往往是提高附着力的有效方法，但它们也有几个缺点。特别是对于批量生产，关键问题之一是，研磨过程耗时较长，在实际生产中并不实用。以汽车行业为例，针对利用快速固化树脂制造热固性FRP的研究已经有很多，所以表面制备的速度不能给这一过程造成瓶颈。特别是砂磨作为一种手工处理过程，本身不适合量产。
砂磨和喷砂会产生灰尘和砂砾，因此在进行粘接或喷漆之前，需要清除污染。这对于含有闭孔的组件来说问题尤其严重，因为砂砾和灰尘的去除比较困难。对于含有窄间隙或小拐角的结构来说，研磨介质不会均匀地分布于表面，从而在粘接点造成潜在的薄弱点，终导致分层。
真空等离子体处理技术在许多行业被用来提高塑料基材的附着力，对FRP可能一样有效。然而，该技术并不总是一个实用的解决方案，因为它是一种典型的量产工艺，需要专业人员和高成本的设备。等离子体处理可以外包，但它在许多材料上的寿命极其有限，这意味着它的功效会随时间递减，从而导致未涂覆或粘接的基材分层。为了解决多种材料间的涂覆和粘接问题，OAS公司开发了其平台技术：Onto™，以生产一系列的粘着促进剂。在其他技术不实用或无效的情况下，Onto™可以提供一种提高附着力的替代方法。
所有Onto™处理技术都含有被称作卡宾（carbene）的高活性物质前驱体。在非活性状态下，它们对光和热没有反应。一旦化学活性被激活，就可以对基材进行处理，然后需要一个固化步骤来启动卡宾的形成过程。卡宾活性很高，会与任何与它们相接触的物质发生反应，从而在基材表面形成化学键（图1）。因为卡宾几乎可以与任何东西发生反应，Onto™处理技术对于大量基材都是有效的，包括半结晶性塑料。它们同样适用于热固性和热塑性复合材料。
图1. (a)Onto™活化和（b）Onto™在基材上的应用。
Onto™表面处理技术将功能性成分和卡宾前驱体独特地结合在一起。OAS公司设计了两个系列的提高附着力的表面处理剂：SB1000 和EP1000。EP1000系列可以防止涂料和油漆从基材上剥离，SB1000 系列提高了材料与胶粘剂的粘接力。这两个系列中的功能组分与聚氨酯和环氧树脂系统都是兼容的，促进了油漆和胶粘剂与看起来具有耐受性的基材之间的粘接力。
OAS公司已经展示了Onto™附着力促进剂如何用于制备FRP 表面，以进行后续的涂层和粘接。
EP1000涂覆附着力促进剂：在采用2K 聚氨酯涂料涂装前，使用Onto™EP1000对碳纤维增强热塑性复合材料进行处理。暴露在恶劣的气候条件下，在使用期限内暴露过量，控制样本发生了分层，而Onto™处理过的样品通过了测试。
SB1000胶粘附着力促进剂：碳纤维增强环氧树脂板采用B 级环氧树脂粘结剂粘接在一起，以进行搭接剪切试验。在不进行表面处理时，在7.9 兆帕就会发生粘接失效。在采用Onto™SB1050处理CFRP 后，粘接失效压力被提高到如此程度（11.4 MPa），基材在粘接失效前就断裂了（图2）。
图2. CFRP 双搭接剪切样本在粘接前已用Onto理过——基材在胶粘剂失效前就断裂了。
Onto™附着力促进剂可以集成到现有的生产流程中，只需要标准的工业涂料和固化设备，保持资本支出降到低。基材一旦经过处理和固化，其余的处理流程可以在在线或离线状态完成。这给生产过程带来了灵活性，并消除了生产中潜在的瓶颈。处理过程可以很容易地实现自动化，减少所需的工人数量，使其适于批量生产。
大多数用于塑料材料的溶剂型底漆中含有芳香烃，会使基材表面溶胀，与底漆产生纠缠，但这些溶剂在生产工厂内是被禁用的，因为它们对环境有害。因为Onto™附着力促进剂是通过化学键合机理起作用的，在该配方中不需要芳香烃溶剂。相反，它们是在水和酒精中生成的，以减少对环境的影响。
Onto™会使表面变得一致，从而产生一致的效果，也降低了废品率，与砂磨等技术相比，减少了所生成的废弃物的量。它不会损伤表面或危害材料的机械性能。而研磨类方法会破坏复合材料中的纤维，并导致废品部件的产生；对于碳纤维复合材料，这可能会破坏其视觉效果（图3）。
图3：（1）打磨过的区域和（2）过度打磨的区域——基 材的视觉效果被破坏了
图片由Shutterstock 授权使用
虽然在某些情况下，在采用Onto™技术处理之前仍可能需要轻度的研磨，以去除复合材料上的脱模剂或其表面缺陷，但Onto™大大减少了研磨的程度。
Onto™附着力促进剂提供了一种实用的表面处理方法，简化了纤维增强复合材料等先进材料到产品的生产过程，而且无论是小规模生产还是量产过程。它可以减少或替代砂磨等研磨方法，可以提高涂层和油漆与基材之间的粘接力，并防止粘接组件的分层。
更多信息请关注复合材料信息网www.cnfrp.com
聚碳酸酯（PC）和丙烯腈- 丁二烯-苯乙烯（ABS）等非晶态材料容易受到化学溶剂的攻击。这一弱点被粘合剂和油漆系统所利用，其表面的溶胀和缠结可以提供必要的粘接力。然而，许多用于纤维增强塑料的工程聚合物，如尼龙，是半结晶体。这些材料对于化学溶剂具有很强的耐受力，这就使得许多传统的油漆和胶粘剂系统失去了效力。同时，为减少挥发性有机化合物，水性油漆的应用增多，这意味着它们在许多塑料基材上的有效性会进一步降低。
为了保证难以粘接的基材和油漆/胶粘剂之间成功粘接，通常需要进行某种表面制备。FRP 的表面制备技术有很多种，但在许多生产条件下，它们并不实用。Oxford Advanced Surfaces（OAS）公司开发了一种实用的、可扩展的、能有效提高先进材料附着力的解决方案，该方案可以简化FRP 到产品的制造过程，既适用于小众也适用于大众应用领域。
磨蚀过程就像砂磨、喷砂、蒸汽喷砂一样，往往是提高附着力的有效方法，但它们也有几个缺点。特别是对于批量生产，关键问题之一是，研磨过程耗时较长，在实际生产中并不实用。以汽车行业为例，针对利用快速固化树脂制造热固性FRP的研究已经有很多，所以表面制备的速度不能给这一过程造成瓶颈。特别是砂磨作为一种手工处理过程，本身不适合量产。
砂磨和喷砂会产生灰尘和砂砾，因此在进行粘接或喷漆之前，需要清除污染。这对于含有闭孔的组件来说问题尤其严重，因为砂砾和灰尘的去除比较困难。对于含有窄间隙或小拐角的结构来说，研磨介质不会均匀地分布于表面，从而在粘接点造成潜在的薄弱点，终导致分层。
真空等离子体处理技术在许多行业被用来提高塑料基材的附着力，对FRP可能一样有效。然而，该技术并不总是一个实用的解决方案，因为它是一种典型的量产工艺，需要专业人员和高成本的设备。等离子体处理可以外包，但它在许多材料上的寿命极其有限，这意味着它的功效会随时间递减，从而导致未涂覆或粘接的基材分层。为了解决多种材料间的涂覆和粘接问题，OAS公司开发了其平台技术：Onto™，以生产一系列的粘着促进剂。在其他技术不实用或无效的情况下，Onto™可以提供一种提高附着力的替代方法。
所有Onto™处理技术都含有被称作卡宾（carbene）的高活性物质前驱体。在非活性状态下，它们对光和热没有反应。一旦化学活性被激活，就可以对基材进行处理，然后需要一个固化步骤来启动卡宾的形成过程。卡宾活性很高，会与任何与它们相接触的物质发生反应，从而在基材表面形成化学键（图1）。因为卡宾几乎可以与任何东西发生反应，Onto™处理技术对于大量基材都是有效的，包括半结晶性塑料。它们同样适用于热固性和热塑性复合材料。
图1. (a)Onto™活化和（b）Onto™在基材上的应用。
Onto™表面处理技术将功能性成分和卡宾前驱体独特地结合在一起。OAS公司设计了两个系列的提高附着力的表面处理剂：SB1000 和EP1000。EP1000系列可以防止涂料和油漆从基材上剥离，SB1000 系列提高了材料与胶粘剂的粘接力。这两个系列中的功能组分与聚氨酯和环氧树脂系统都是兼容的，促进了油漆和胶粘剂与看起来具有耐受性的基材之间的粘接力。
OAS公司已经展示了Onto™附着力促进剂如何用于制备FRP 表面，以进行后续的涂层和粘接。
EP1000涂覆附着力促进剂：在采用2K 聚氨酯涂料涂装前，使用Onto™EP1000对碳纤维增强热塑性复合材料进行处理。暴露在恶劣的气候条件下，在使用期限内暴露过量，控制样本发生了分层，而Onto™处理过的样品通过了测试。
SB1000胶粘附着力促进剂：碳纤维增强环氧树脂板采用B 级环氧树脂粘结剂粘接在一起，以进行搭接剪切试验。在不进行表面处理时，在7.9 兆帕就会发生粘接失效。在采用Onto™SB1050处理CFRP 后，粘接失效压力被提高到如此程度（11.4 MPa），基材在粘接失效前就断裂了（图2）。
图2. CFRP 双搭接剪切样本在粘接前已用Onto理过——基材在胶粘剂失效前就断裂了。
Onto™附着力促进剂可以集成到现有的生产流程中，只需要标准的工业涂料和固化设备，保持资本支出降到低。基材一旦经过处理和固化，其余的处理流程可以在在线或离线状态完成。这给生产过程带来了灵活性，并消除了生产中潜在的瓶颈。处理过程可以很容易地实现自动化，减少所需的工人数量，使其适于批量生产。
大多数用于塑料材料的溶剂型底漆中含有芳香烃，会使基材表面溶胀，与底漆产生纠缠，但这些溶剂在生产工厂内是被禁用的，因为它们对环境有害。因为Onto™附着力促进剂是通过化学键合机理起作用的，在该配方中不需要芳香烃溶剂。相反，它们是在水和酒精中生成的，以减少对环境的影响。
Onto™会使表面变得一致，从而产生一致的效果，也降低了废品率，与砂磨等技术相比，减少了所生成的废弃物的量。它不会损伤表面或危害材料的机械性能。而研磨类方法会破坏复合材料中的纤维，并导致废品部件的产生；对于碳纤维复合材料，这可能会破坏其视觉效果（图3）。
图3：（1）打磨过的区域和（2）过度打磨的区域——基 材的视觉效果被破坏了
图片由Shutterstock 授权使用
虽然在某些情况下，在采用Onto™技术处理之前仍可能需要轻度的研磨，以去除复合材料上的脱模剂或其表面缺陷，但Onto™大大减少了研磨的程度。
Onto™附着力促进剂提供了一种实用的表面处理方法，简化了纤维增强复合材料等先进材料到产品的生产过程，而且无论是小规模生产还是量产过程。它可以减少或替代砂磨等研磨方法，可以提高涂层和油漆与基材之间的粘接力，并防止粘接组件的分层。
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