CN105799246B - 高阻燃低翘曲碳纤维片材及其制备工艺 - Google Patents

高阻燃低翘曲碳纤维片材及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高阻燃低翘曲碳纤维片材，包括多层碳纤维预浸料和至少一层塑料喇叭网叠层、压固而成。一种制备高阻燃低翘曲碳纤维片材的工艺，包括初步含浸形成碳纤维预浸料；以塑料喇叭网为中心层，上下对称的堆叠碳纤维预浸料；叠层后进行加压、加热固化。本发明利用高性能的塑料喇叭网，并经过表面处理，作为高阻燃低翘曲电子产品用碳纤维片材夹心层，该材料的加入不仅可以进一步减轻重量，还可以起到加强筋的作为，抵消因为碳纤维复合材料各向异性引起的收缩率不一致，避免其翘曲；制得超薄的碳纤维片材具有阻燃，变形度低，重量轻，易于批量化生产，特别是适合电子产品的轻量化应用。

Description

高阻燃低翘曲碳纤维片材及其制备工艺
技术领域
本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种用于电子行业用高阻燃低翘曲碳纤维片材及其制备工艺。
背景技术
随着电子轻量化的发展，传统的铝镁合金材料无法满足要求，例如笔记本电脑从传统的产品降到1公斤以下，Ipad从900克要向700克甚至500g发展，而与此同时其功能越来越强大，因此迫切需要新型的材料来解决。而碳纤维复合材料，具有质轻、强度高、热膨胀系数低、耐腐蚀等优点，可以解决设备轻量化、小型化的问题，特别是碳纤维制品的多元化发展，受到人们的广泛关注。利用碳纤维复合材料作为电子产品的外壳，也已经有所尝试。如CN103660312A介绍了碳纤维外壳的制造方法，CN102609051A介绍了一种碳纤维笔记本电脑外壳及其制造方法及其制造设备，CN101254654A介绍了碳纤维材料加工工艺、移动终端外壳制造方法及移动终端。以上专利都涉及到电子产品用碳纤维片材的制备，虽然目前已经有部分电子产品使用碳纤维外壳，但用量较少，主要是因为目前的生产工艺难以达到规模化生产，导致产量低，生产成本高，无法普及。常规的热固性树脂固化时间长，影响生产效率，采用快速固化树脂可以从原先的60-90分钟的固化时间缩短到5分钟以内，大大提高生产效率，但时间过快也会引起材料受热膨胀或收缩的不均匀，使片材变形。且随着人们对环保和安全的提高，对电子产品的阻燃要求越来越高，同时人们对于无卤阻燃也提出了要求。对于常规的热塑性材料或玻纤复合材料，无卤阻燃已经很成熟，但是碳纤维复合材料的无卤阻燃有了更多的要求。无卤阻燃主要是加入氢氧化物、磷氮类化合物或引入磷氮类基团，该类化合物效率较低，添加量大，会引起材料的性能下降和使加工困难。
在片材结构中加入特殊的高分子网状结构，既可以使碳纤维复合材料的重量进一步减轻，又可以起到加强筋的作用，避免碳纤维板材发生翘曲变形。但此类高分子网状结构需要具有良好的机械力学性能，且需与热固性树脂具有良好的粘结性能。
喇叭网是指扬声器上的防尘网罩，按照材质分为塑胶手机喇叭网和五金手机喇叭网，随着电子行业的发展，如手机、笔记本电脑的进一步发展，轻量化，喇叭网目前多使用塑料材质，如pc，pvc，pet，pp和ps等，其中应用较多为PC喇叭网。随着手机、笔记本电脑等电子产品向超薄、轻量化的发展，其音响喇叭也越来越小和越来越薄，而对喇叭网的要求也越来越高，除了传统的防尘功能，其强度、韧性等机械性能也越来越高。
玻璃漂珠是近年来发展起来的一种用途广泛、性能特殊的一种新型材料。该产品由硼硅酸盐原料经高科技加工而成，粒度为10-250微米，壁厚1-2微米，密度在0.2-0.6克/立方厘米，该产品具有质轻、低导热、较高的强度、良好的化学稳定性等优点。用于材料改性可以降低材料的密度。利用玻璃漂珠作为碳纤维复合材料的填充材料可以降低材料的密度，起到减重的作用，同时玻璃漂珠不易燃，可以起到一定阻燃作用。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种高阻燃低翘曲碳纤维片材。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高阻燃低翘曲碳纤维片材，包括多层碳纤维预浸料和至少一层塑料喇叭网叠层、压固而成。
优选地，所述的塑料喇叭网设置有一层，一层所述的塑料喇叭网为中间层。
优选地，所述的碳纤维片材的外表层包括至少一层碳纤维编制布预浸料。
优选地，所述的碳纤维预浸料中：树脂为无卤阻燃性快速固化的环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂的一种或多种；碳纤维为：聚丙烯腈基碳纤维和/或沥青基碳纤维。
优选地，所述的碳纤维预浸料中：树脂加入玻璃漂珠作为填充剂，玻璃漂珠的密度在0.5克/立方厘米以下。
优选地，所述的塑料喇叭网的材质为聚碳酸酯。
本发明的另一个目的是提供一种制备高阻燃低翘曲碳纤维片材的工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种制备高阻燃低翘曲碳纤维片材的工艺，包括：
（1）、对碳纤维、树脂进行初步含浸形成碳纤维预浸料；
（2）、将多层碳纤维预浸料、一层塑料喇叭网进行叠层：以塑料喇叭网为中心层，上下对称的堆叠碳纤维预浸料；
（3）、叠层后进行加压、加热固化，其中压力为：真空压力，加热温度为80-170℃。
优选地，所述的碳纤维预浸料的克重为25-300克。
进一步优选地，所述的碳纤维预浸料的克重为50-100克。
优选地，所述的碳纤维预浸料中树脂的含量为10-50%。
进一步优选地，所述的碳纤维预浸料中树脂的含量为25-45%。
优选地，所述的塑料喇叭网表面进行等离子处理。
优选地，所述的碳纤维预浸料为单向碳纤维预浸料，并且采用对称的0°/90°交替或者45°/45°交替叠层。
具体为：当第一层使用0°的单向碳纤维预浸料，另一侧也是用同样的0°的单向碳纤维预浸料，第二层使用90°的单向碳纤维预浸料，另一侧也是用同样的90°的单向碳纤维预浸料,然后0/90°增加层数；当第一层使用45°的单向碳纤维预浸料，另一侧也是用同样的45°的单向碳纤维预浸料；第二层使用45°的单向碳纤维预浸料，另一侧也是用同样的45°的单向碳纤维预浸料，然后45/45°增加层数。
优选地，在（3）中：采用平板热压机进行加压、加热固化，先对平板热压机预热至至少80℃，合模并抽真空，加热至最高170℃，保温5-15分钟，降温至最低80℃，恢复常压，冷却至50℃以下。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明利用高性能的塑料喇叭网，并经过表面处理，作为高阻燃低翘曲电子产品用碳纤维片材夹心层，该材料的加入不仅可以进一步减轻重量，还可以起到加强筋的作为，抵消因为碳纤维复合材料各向异性引起的收缩率不一致，避免其翘曲。
制得超薄的碳纤维片材具有阻燃，变形度低，重量轻，易于批量化生产，特别是适合电子产品的轻量化应用。
附图说明
附图1为本实施例中碳纤维片材的结构示意图。
其中：1、聚碳酸酯喇叭网；2、碳纤维预浸料；3、碳纤维编制布预浸料。
具体实施方式
下面结合附图及实施案例对本发明作进一步描述：
如图1所示的一种高阻燃低翘曲碳纤维片材：包括以聚碳酸酯喇叭网1为中间层、两侧为至少一层碳纤维预浸料2，同时，外表层可以为至少一层碳纤维编制布预浸料3，使外观看起来更好的体现碳纤维编织布的纹理。
实施例一：
将东邦M40-12的碳纤维丝，环氧树脂WP-2200制成丝克重150g，树脂含量35%的单向碳纤维预浸料。
将六层150g、35%的树脂含量单向碳纤维预浸料，一层聚碳酸酯喇叭网（经过等离子表面处理）进行叠层，叠层具体为：
0°（UD150）+90°（UD150）+0°（UD150）+PC喇叭网+0°（UD150）+90°（UD150）+0°（UD150），
叠层好的产品两侧分别各加上一层PET离型膜和两层牛皮纸，放入模板中，放入承载盘，在平板热压机中加压、加热固化，具体的步骤为：平板热压机先预热到80℃，把材料送入平板热压机中，合模，抽真空，加热到170℃，在此温度下保温10分钟，然后降温到80℃，恢复常压，取出承载盘，冷却到50℃以下，取出碳纤维片材。
实施例二
将东邦M40-12的碳纤维丝，环氧树脂WP-2200制成丝克重100g，树脂含量35%的UD单向预浸料。
将东邦T300B-3K的碳纤维丝，用编织机编织成3K平纹布，克重为200g，然后和环氧树脂WP-2200（其中加入20%的玻璃漂珠）制成丝克重200g，树脂含量30%的3K布预浸料。
将两层200g、树脂含量30%的3K布预浸料，六层100g、35%树脂含量的单向碳纤维预浸料，一层聚碳酸酯喇叭网（经过等离子表面处理）进行叠层，叠层具体为：
3K+0°（UD150）+90°（UD150）+0°（UD150）+PC喇叭网+0°（UD150）+90°（UD150）+0°（UD150）+3K，
叠层好的产品两侧分别各加上一层PET离型膜和2层牛皮纸，放入模板中，放入承载盘，在平板热压机中加压、加热固化，具体的步骤为：平板热压机先预热到80℃，把材料送入平板热压机中，合模，抽真空，加热到170℃，在此温度下保温10分钟，然后降温到80℃，恢复常压，取出承载盘，冷却到50℃以下，取出碳纤维片材。
实施例一、实施例二与现有市售碳纤维片材数据比较，参见表一：
序号 检验项目 实施例一 实施例二 市售
1 密度g/cm3 1.53 1.40 1.6
2 厚度 mm 0.8±0.03 0.8±0.03 1.5±0.05
3 拉伸强度 MPa 986 819 520
4 拉伸弹性模量GPa 90 82 53
5 弯曲强度MPa 880 850 540
6 弯曲弹性模量GPa 82 73 50
7 弯曲变形量mm（10 kg） 4.2 4.6 6.0
8 板弯翘曲 0.45 0.50 1.0
9 阻燃性能 V-0 V-0 ---
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高阻燃低翘曲碳纤维片材，其特征在于：包括多层碳纤维预浸料和塑料喇叭网叠层、压固而成，所述的塑料喇叭网设置有一层，一层所述的塑料喇叭网为中间层。
2.根据权利要求1所述的高阻燃低翘曲碳纤维片材，其特征在于：所述的碳纤维片材的外表层包括至少一层碳纤维编制布预浸料。
3.根据权利要求1所述的高阻燃低翘曲碳纤维片材，其特征在于：所述的碳纤维预浸料中：树脂为无卤阻燃性快速固化的环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂的一种或多种；碳纤维为：聚丙烯腈基碳纤维和/或沥青基碳纤维。
4.根据权利要求1或3所述的高阻燃低翘曲碳纤维片材，其特征在于：所述的碳纤维预浸料中：树脂加入玻璃漂珠作为填充剂，玻璃漂珠的密度在0.5克/立方厘米以下。
5.根据权利要求1所述的高阻燃低翘曲碳纤维片材，其特征在于：所述的塑料喇叭网的材质为聚碳酸酯。
6.一种制备上述任意一项权利要求所述的碳纤维片材的工艺，其特征在于：包括：
（1）、对碳纤维、树脂进行初步含浸形成碳纤维预浸料；
（2）、将多层碳纤维预浸料、一层塑料喇叭网进行叠层：以塑料喇叭网为中心层，上下对称的堆叠碳纤维预浸料；
（3）、叠层后进行加压、加热固化，其中压力为：真空压力，加热温度为80-170℃。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于：所述的碳纤维预浸料的克重为25-300克，所述的碳纤维预浸料中树脂的含量为10-50%。
8.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于：所述的塑料喇叭网表面进行等离子处理。
9.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于：所述的碳纤维预浸料为单向碳纤维预浸料，并且采用对称的0°/90°交替或者45°/45°交替叠层。
10.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于：在（3）中：采用平板热压机进行加压、加热固化，先对平板热压机预热至至少80℃，合模并抽真空，加热至最高170℃，保温5-15分钟，降温至最低80℃，恢复常压，冷却至50℃以下。
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