CN103862682B - 一种复合材料的模压设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合材料的模压设备，包括上热压板、凹模、凸模以及下热压板，所述凹模包括中间的凹陷区域和所述凹陷区域周围的平台区域，所述凸模包括中间的凸起区域和所述凸起区域周围的平台区域，在所述凹模的平台区域与所述凹陷区域邻接的部位上开设有至少一条排气槽。一种复合材料的模压方法，包括控制上、下热压板使凹模和凸模合紧以对模具内的材料进行加热加压的过程，在加热加压的过程中通过所述排气槽使模具内的空气排出。本发明能有效解决模压过程中存在的困气问题，改善产品外壳的表面效果。

Description

一种复合材料的模压设备和方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料的模压设备和方法。
背景技术
复合材料作为消费产品外壳材料，可使外壳材料既拥有铝镁合金高雅坚固的特性，又同时拥有PC/ABS工程塑料的高可塑性，外观类似塑料，但是强度和导热能力又优于普通的PC/ABS塑料。现有的复合材料成型方法有手糊成型、层压成型、RTM法、挤拉法、模压成型、缠绕成型等，模压成型是较常见的一种成型方法，例如，将纤维材料和热固性树脂通过模压成型可得到纤维复合外壳材料。现有的模压成型工艺由于工艺过程中排气不良，存在困气问题，产品表面很容易出现气泡，留下很多针孔，这些针孔在无法填平，严重影响消费电子类产品外壳的表面效果，导致产品良率很低。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种复合材料的模压设备和方法，有效解决模压过程中存在的困气问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合材料的模压设备，包括上热压板、凹模、凸模以及下热压板，所述凹模包括中间的凹陷区域和所述凹陷区域周围的平台区域，所述凸模包括中间的凸起区域和所述凸起区域周围的平台区域，在所述凹模的平台区域与所述凹陷区域邻接的部位上开设有至少一条排气槽。
进一步地：
在所述凹模的平台区域与所述凹陷区域非邻接的部位开设有一条围绕所述凹陷区域的排胶槽，从而在所述排胶槽和所述凹陷区域之间形成一道围绕所述凹陷区域的环壁，所述至少一条排气槽开设在所述环壁上并通至所述排胶槽。
所述凸模的平台区域上设置有至少一个垫高部。
多个所述排气槽围绕分布于所述凹陷区域周缘，每个排气槽的深度为0.2～0.3mm，宽度为7～8mm，排气槽之间的间距为20～25mm。
所述排胶槽的宽度为20～30mm，深度为10～30mm。
一种复合材料的模压方法，使用所述的模压设备，所述方法包括控制上、下热压板使凹模和凸模合紧以对模具内的材料进行加热加压的过程，在加热加压的过程中通过所述排气槽使模具内及材料内部的空气排出。
进一步地：
所述材料包含热固性树脂，所述加热加压的过程包括：
一次加热加压阶段，使温度和压力上升到设定范围，所述树脂在该温度范围的粘度低于设定阈值；
排气阶段，维持温度在设定范围，并控制上、下热压板按设定方式反复闭合和开启以进行多次排气。
所述热固性树脂为热固性环氧树脂，所述一次加热加压阶段使温度达到80～90℃，压力达到1～5kgf/cm2，所述排气阶段的排气次数1～10次，排气间隔0.01～2s，各次排气时间1～2s，优选地，在排气阶段后实施抽真空，真空度为0～1000Torr。
所述加热加压的过程还包括：
二次加热加压阶段，使温度上升到100～120℃，压力上升到10～20kgf/cm2。
所述加热加压的过程还包括：
三次加热加压阶段，使温度上升到温度130～160℃，压力上升到50～100kgf/cm2；
优选地，在三次加热加压阶段后、冷却之前，还有一恒温恒压阶段，其保持三次加热加压阶段的温度10～30min。
本发明的有益技术效果：
使用本发明的模压设备，控制其在模具加热加压过程中进行排气，通过施压使粘稠材料之间夹杂的气体以及材料与模具之间的气体从排气槽向外排出，能够很好地解决现有技术在模压过程中一直存在的困气问题，克服在复合材料中的热固性树脂的固化过程中，产生排气不良、出现针孔、涂料表面出现气泡等关键难点，使模压产品表面无针孔，或仅有少量微小针孔，也使模压产品表面后处理如打磨、喷涂更加容易，能够得到表面高光、光滑的立体表面效果。
优选的方案中，在加热加压阶段使温度和压力上升到设定范围时进行排气，在该温度范围内，被模压材料所含的热固性树脂的粘度低于设定阈值，使树脂在该温度范围处在稀释状态，此时将有最利于从材料中排出气体，因此按照设定的排气规律反复多次启闭热压板以多次排气，极利于达到最佳的排气效果。
优选的方案中，通过排胶槽可以排出多余的树脂，使制品脱模容易，不粘模。
附图说明
图1为本发明模压设备一种实施例中的凹模的仰视图；
图2为本发明模压设备一种实施例中的凸模的俯视图；
图3为本发明模压设备一种实施例的截面示意图；
图4为本发明模压方法一种实施例的流程图；
图5为利用本发明模压成型的手机外壳（带边角料）示意图；
图6为利用本发明模压成型的平板外壳（带边角料）示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1-图3，一些实施例中，复合材料的模压设备包括上热压板7、凹模3、凸模6以及下热压板8，所述凹模包括中间的凹陷区域和所述凹陷区域周围的平台区域，所述凸模包括中间的凸起区域和所述凸起区域周围的平台区域，在所述凹模的平台区域与所述凹陷区域邻接的部位上开设有多条排气槽4。优选地，多个排气槽围绕所述凹陷区域，每个排气槽的深度为0.2～0.3mm，宽度为7～8mm，排气槽之间的间距为20～25mm。
在优选的实施例里，在所述凹模的平台区域与所述凹陷区域非邻接的部位开设有一条围绕所述凹陷区域的排胶槽5，从而在所述排胶槽和所述凹陷区域之间形成一道围绕所述凹陷区域的环壁，排气槽开设在所述壁上并通至所述排胶槽。优选地，所述排胶槽的宽度为20～30mm，深度为10～30mm。
在优选的实施例里，所述凸模的平台区域上围绕凸起区域有对称分布的多个垫高部9。垫高部9可以用来控制模腔和产品的厚度，并使多余的树脂可以流出到排胶槽。
工作时，上、下热压板合闭时对凹模和凸模加热加压，使模具内的材料固化成型。在加热加压过程中，每当凹模和凸模合紧时，气体可从排气槽流出，避免产品表面因为有气体产生针孔。凸模和凹模合紧加压时，多余的树脂可流到排胶槽5，
复合材料的原料可以采用纤维和热固性环氧树脂材料。参阅图4，在一些实施例里，模压方法可包括以下步骤：
1)维预浸布裁剪和排布，纤维预浸布可排布成多层，排布层厚可据产品尺寸需求选取。纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、凯芙拉纤维、铝丝、银丝等。预浸料可以是热固性环氧树脂。
2)使用碳纤维清洗剂和脱模剂把模具擦洗干净，放入热压板上加热，至50～70℃，清洗剂挥发，再涂上脱模剂，烘烤10～20s，模具表面形成一层薄膜，然后铺布，把布压平。
3)一次加热加压，温度上升到80～90℃，压力上升到1～5kgf/cm2。
4)维持设定温度，恒温10～150s，控制热压板启闭进行排气，排气次数1～10次，如3次、4次、5次、6次、7次、8次、9次或10次；每次排气间隔0.01～2s，如0.01s、0.02s、0.05s、0.10s、1s、2s；排气时间1～2s。优选地，排气完成后开始抽真空，真空度0～1000Torr，如200Torr、300Torr、400Torr、500Torr、600Torr、650Torr、700Torr、800Torr、900Torr或1000Torr，抽真空时间10～100s。抽真空有利于模内充分排气并有利于保证产品的模压质量。
5)二次加热加压，温度上升到100～120℃，压力上升到10～20kgf/cm2。
6)三次次加热加压，温度上升到130～160℃，如130℃、135℃、140℃、145℃、150℃，压力上升到50～100kgf/cm2，如50kgf/cm2、55kgf/cm2、60kgf/cm2、65kgf/cm2、70kgf/cm2、75kgf/cm2、80kgf/cm2、85kgf/cm2或90kgf/cm2。
7)恒温恒压，温度为130～160℃，时间为10～30min，如10min、15min、20min、25min或30min。
8)冷却，时间为5～10Min，如6min、7min、8min或10min。
示例1
1）纤维预浸布裁剪，裁剪方向呈45°，根据产品规格裁剪，边缘部分比产品规格多出0.8cm。纤维预浸布层间排布相互错开，为一层斜纹双向编织布加一层单向布加一层平纹双向编织布，布厚度为0.6mm。
2）使用碳纤维清洗剂和脱模剂把模具擦洗干净，放入热压板上加热至60℃，清洗剂挥发，再涂上脱模剂，烘干10s，模具表面形成一层薄膜，然后铺布，把布压平。
3）一次加热加压，温度上升到80℃，压力上升到2kgf/cm2。
4）恒温100s，控制热压板启闭进行排气，排气次数4次，排气时间1～2s，每次间隔0.02s，排气完成后开始抽真空，真空度为760Torr，时间为60s。
5）二次加热加压，温度上升到105℃，压力上升到10kgf/cm2。
6）三次加热加压，温度上升到140℃，压力上升到60kgf/cm2。
7）恒温恒压，温度为140℃，时间为15min。
8）冷却6min。
如图5所示，模压完成后，制得手机外壳1，带边角料2。
示例2
1）纤维预浸布裁剪，裁剪方向呈90°，根据产品规格裁剪，边缘部分比产品规格多出0.8cm。纤维预浸布层间排布相互错开，排布是3层斜纹双向编织布+5层单向布，布厚度为1.25mm。
2）使用碳纤维清洗剂和脱模剂把模具擦洗干净，放入热压板上加热至60℃，清洗剂挥发，再涂上脱模剂，烘干10s，模具表面形成一层薄膜，然后铺布，把布压平。
3）一次加热加压，温度上升到85℃，压力上升到2kgf/cm2，
4）当模具达到该温度，恒温120s，控制热压板启闭进行排气，排气次数8次，排气时间1～2s，每次间隔0.01s，排气完成后开始抽真空，真空度为760Torr，时间为60s。
5）二次加热加压，温度上升到110℃，压力上升到15kgf/cm2。
6）三次次加热加压，温度上升到140℃，压力上升到90kgf/cm2。
7）恒温恒压，温度为140℃，时间为30min。
8）冷却10min。
如图6所示，模压完成后制得平板电脑外壳1，带边角料2。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种复合材料的模压方法，使用模压设备，所述模压设备包括上热压板、凹模、凸模以及下热压板，所述凹模包括中间的凹陷区域和所述凹陷区域周围的平台区域，所述凸模包括中间的凸起区域和所述凸起区域周围的平台区域，其特征在于，在所述凹模的平台区域与所述凹陷区域邻接的部位上开设有多条排气槽，在所述凹模的平台区域与所述凹陷区域非邻接的部位开设有一条围绕所述凹陷区域的排胶槽，从而在所述排胶槽和所述凹陷区域之间形成一道围绕所述凹陷区域的环壁，所述多条排气槽开设在所述环壁上并通至所述排胶槽，所述凸模和所述凹模合紧加压时，多余的树脂可流到所述排胶槽，并通过所述排胶槽排出；所述方法包括控制上、下热压板使凹模和凸模合紧以对模具内的包含热固性环氧树脂的材料进行加热加压的过程，在加热加压的过程中通过所述排气槽使模具内及材料内部的空气排出；
所述加热加压的过程包括：
一次加热加压阶段，使温度达到80～90℃，压力达到1～5kgf/cm2；
排气阶段，维持温度在设定范围，并控制上、下热压板按设定方式反复闭合和开启以进行多次排气；所述排气阶段的排气次数1～10次，排气间隔0.01～2s，各次排气时间1～2s；
二次加热加压阶段，使温度上升到100～120℃，压力上升到10～20kgf/cm2；
三次加热加压阶段，使温度上升到130～160℃，压力上升到50～100kgf/cm2。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在三次加热加压阶段后、冷却之前，还有一恒温恒压阶段，其保持三次加热加压阶段的温度10～30min。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在排气阶段后实施抽真空，真空度为0～1000Torr。
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