CN106903960A - 一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料技术领域,尤其涉及一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材及其制备方法。所述用于电子产品保护外壳的碳纤维板材自上而下依次包括N层树脂基碳纤维层、聚烯烃改性片材、M层树脂基碳纤维层。本发明将生产好的成卷的树脂基碳纤维层和成卷的聚烯烃改性片材进行叠合、热压加工等步骤制成所需碳纤维板材。本发明制得的碳纤维板材具有变形度低,重量轻等优点,易于批量化生产,特别是适合电子产品的轻量化应用。

Description

一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域,尤其涉及一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材及其制备方法。
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板材的制备,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。如果该类外壳材料全部使用碳纤维复合材料,成本较高,而且密度也较大。而因为碳纤维复合材料的强度很好,作为电脑外壳其实力学性能是过剩的。因此研究者们利用碳纤维复合材料和其他材料进行复合,这样既可以降低成本,又可以进一步降低密度,同时通过结构设计,使其性能比电脑外壳常用的材料铝合金、镁合金等的性能要好。
对于大多数便携式的电子产品,使用环境不是太恶劣,也不会受到较为猛烈的撞击等破坏。因此多个厂家推出三明治夹芯结构的技术方案,一方面可以降低成本,一方面可以选择更轻的材料作为中间层,进一步降低重量。目前三明治夹芯结构的碳纤维板材,表层采用热固性树脂基碳纤维复合材料,夹芯层采用热塑性高分子片材。热固性树脂基碳纤维复合材料有环氧基树脂、双马来酰亚胺基树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂等,常用的是环氧基树脂。热塑性高分子片材有尼龙材质、聚碳酸酯材质、聚烯烃材质,常用的是聚烯烃材质。但一般情况下,表层的热固性树脂基碳纤维复合材料和夹芯层的热塑性高分子片材性能相差较大,不容易粘合,需要采用特殊的粘合材料。
专利CN101835596A中东丽公司推出一种三明治夹芯结构,表面采用碳纤维的环氧预浸料,夹芯层采用软质树脂材料,他们优选是发泡的聚丙烯片材,而聚丙烯和环氧树脂的性质相差较远,两者之间不容易粘结,该专利中为了保证两种材料之间粘接,利用粘合性的无纺布、薄膜片材或粘合剂。这样在生产中不仅需要增加新的材料,而且增加了工序,使用的粘合材料多有一定的气味,会造成生产工人的不适。专利CN101231538A中仁宝电脑也出一种三明治夹芯结构,表面采用碳纤维的环氧预浸料,夹芯层采用蜂窝结构的片材。在该方案中也需要使用粘合剂,存在同样的问题。
聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚烯烃弹性体(POE)等聚烯烃材料在高分子材料中密度比较轻,密度都在0.9克/cm3左右,其中聚丙烯是高分子材料中密度最轻轻,可以小于0.9克/cm3。因此选择聚烯烃材料材料作为上述三明治结构的夹芯层可以更好的实现轻量化,但聚烯烃材料本身的极性较低,和其他材料的粘结性很差,无法直接粘结,需要使用特殊的粘结材料,还增加了工艺,不利于工业化生产。
马来酸酐、丙烯酸或酯及衍生物、双马来酰亚胺等物质含有双键和一个极性基团,经常用于和聚烯烃材料进行接枝或共聚反应,得到接枝产物或共聚物。但马来酸酐、丙烯酸或酯及衍生物、双马来酰亚胺等共聚或接枝的聚烯烃,在以往都是作为相容剂,用于热塑性高分子材料的共混改性。例如聚丙烯和尼龙的高分子合金,加入马来酸酐接枝的聚丙烯,或在聚乙烯或聚丙烯中加碳酸钙、滑石粉、氢氧化铝或氢氧化镁等矿物填充,可以提高其力学性能,但该使用方法增加了产品本身的重量。违背了轻量化的初衷。
本发明优先选择玻璃漂珠作为填充材料,玻璃漂珠的主要成分为二氧化硅,还含有一些铝、钙、镁、铁等元素,具有质轻、低导热、较高的强度、良好的化学稳定性等优点,增加强度和刚性,同时达到轻量化。
此外,传统的三明治夹芯结构的碳纤维板材,需要首先对成卷的树脂基碳纤维层进行裁切、叠层,并需要在环氧基树脂基碳纤维层和聚烯烃片材之间涂刷粘合剂,为了进一步提高粘合性,还需要在不同材料界面之间加上无纺布,然后一片一片的模压生产。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,该板材能够达到高强度、轻量化、高度粘结性的特点,与现有产品相比,无需额外添加粘结剂,同时本发明提供一种碳纤维板材的制备方法,制得的产品能够达到上述效果,实现产品的连续化生产(如图2所示)。
一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,自上而下依次包括N层树脂基碳纤维层、聚烯烃改性片材、M层树脂基碳纤维层,其中:所述N≥1,M≥1,所述聚烯烃改性片材以聚烯烃为主材料,加入不饱和接枝单体、引发剂、玻璃漂珠,通过熔融接枝或共聚制成,所述玻璃漂珠的粒径为1-20μm,密度为0.2-1.0g/cm3
优选地,所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、POE中的任意一种或几种混合;所述不饱和接枝单体为马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸酯、双马来酰亚胺中的任意一种;所述引发剂选自有机过氧化物引发剂和/或无机过氧化物引发剂。
优选地,所述有机过氧化物引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酰、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或几种;所述无机过氧化物引发剂为硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或几种。
优选地,所述树脂基碳纤维层包括树脂和碳纤维,所述树脂为环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂的一种或多种,所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维一种或多种。
一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法,包括以下具体步骤:
S1:树脂和碳纤维的含浸:对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成树脂基碳纤维层;
S2:聚烯烃改性片材的制备(如图1所示):通过双螺杆挤出机进行熔融接枝或共聚造粒,得聚烯烃改性粒子,改性粒子经流延或双向拉伸、冷却制成所需聚烯烃改性片材;
S3:叠合:以聚烯烃改性片材为中心层,其上下对称的叠合相同层数的经步骤S1浸渍后的树脂基碳纤维层,叠合采用对称的0°/90°交替叠合;
S4:碳纤维板材加工:采用平板热压机对步骤S3获得的材料进行合模并抽真空,加热、加压并保持5-15分钟,结束后降温、冷压并保持3-5分钟,冷压完成后恢复常压,冷却,即得。
优选地,步骤S1中树脂基碳纤维层中树脂的含量为35-40%。
优选地,步骤S2中,双螺杆挤出机熔融接枝或共聚反应温度为150-170℃,流延或双向拉伸温度为220-240℃,冷却温度为≤30℃。
优选地,步骤S2中,聚烯烃改性片材的厚度为0.6-0.8mm。
优选地,步骤S4中加热为将温度加至151-155℃,加压为将压力加至80kgf/cm2,步骤S4中降温为将温度降至80℃以下,步骤S4中冷压压力为30kgf/cm2
优选地,聚烯烃改性片材中,聚烯烃为85-95重量份,不饱和接枝单体为0.8-2.5重量份,引发剂为0.05-0.2重量份,玻璃漂珠20-35重量份。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
1、本发明通过在聚烯烃材料中加入不饱和单体进行接枝或共聚反应,可以有效增强非极性材料与树脂基碳纤维层的粘结性,同时通过在聚烯烃改性材料中加入引发剂,使得改性后的聚烯烃材料的极性大大增强,不仅能够快速与树脂基碳纤维层相粘结,其长期粘接后的稳定性高,粘结后的产品性能也得到了极大的改善。
2、本发明利用聚烯烃改性片材作为整体片材的夹心层,该材料的加入不仅可以起到加强筋的作用,抵消因碳纤维复合材料各向异性引起的收缩率不一致,同时可以实现产品的一次成型,极大的提高生产效率,制得碳纤维板材具有阻燃,变形度低,重量轻等优点,易于批量化生产,特别适合电子产品的轻量化应用。
3、本发明利用马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸酯、双马来酰亚胺等共聚或接枝的聚烯烃改性片材,提高了和环氧基材料的粘结性能,与使用其他粘结材料相比,本发明节省了材料,简化了工艺,改善了工作环境。
4、本发明在马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸酯、双马来酰亚胺等共聚或接枝的聚烯烃改性片材中加入部分玻璃漂珠作为填充,既可以增加强度和刚性,又可以进一步轻量化。同时,本发明利用流延法或双向拉伸法的工艺,得到的片材厚度可控,范围可根据参数设定。
附图说明:
图1:聚烯烃改性片材制备工艺;
图2:连续化生产工艺。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明作进一步地描述。
实施例1:
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,自上而下依次包括第一树脂基碳纤维层、第二树脂基碳纤维层、聚烯烃改性片材、第三树脂基碳纤维层和第四树脂基碳纤维层,其中:聚烯烃改性片材以聚丙烯为主材料,加入马来酸酐、过氧化二异丙苯、玻璃漂珠,通过熔融接枝制成;玻璃漂珠粒径10μm、密度0.4g/cm3
树脂基碳纤维层中,树脂为环氧树脂,碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。
聚烯烃改性片材配方:
聚丙烯85重量份、马来酸酐0.8重量份、过氧化二异丙苯0.01重量份、玻璃漂珠25重量份。
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法:
S1:树脂和碳纤维的含浸:对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成树脂基碳纤维层;
S2:聚烯烃改性片材的制备:通过双螺杆挤出机进行熔融接枝造粒,得聚丙烯改性粒子,改性粒子经流延、冷却制成所需聚丙烯改性薄膜片材;
S3:叠合:以聚烯烃改性片材为中心层,其上下对称的叠合相同层数的经步骤S1浸渍后的树脂基碳纤维层,叠合采用对称的0°/90°交替叠合;
S4:碳纤维板材加工:采用平板热压机对步骤S3获得的材料进行合模并抽真空,加热、加压并保持5分钟,结束后降温、冷压并保持3分钟,冷压完成后恢复常压,冷却,即得。
其中,步骤S1中树脂基碳纤维层中树脂的含量为35%;
步骤S2中,双螺杆挤出机熔融接枝反应温度为150℃,流延温度为220℃,冷却温度为30℃;
步骤S2中,聚烯烃改性片材的厚度为0.61mm。
步骤S4中加热为将温度加至151℃,加压为将压力加至80kgf/cm2,步骤S4中降温为将温度降至80℃,步骤S4中冷压压力为30kgf/cm2
本产品的连续化生产工艺:
利用生产好的成卷的树脂基碳纤维层和成卷的聚烯烃片材进行叠合,实现连续化、批量化生产。上面一层成卷的树脂基碳纤维层,中间一层成卷的聚烯烃片材,下面一层成卷的树脂基碳纤维层,以相同的牵引速度前进,前进过程中收取树脂基碳纤维层的离型纸和保护膜,经过辊子压合在一起。如果所需产品的上层和底层树脂基碳纤维层多于一层,则在压合后得到的产品的上层和底层再各放上一层树脂基碳纤维层,这两层树脂基碳纤维层的纤维方向和原来预浸料的纤维方向垂直,然后再经过一个或数个辊子进一步压合,依此类推。然后进入层压板中,层压板有上下两层,可以调节压力和温度,叠合后的材料在层压板中保持一定时间,实现预浸料的固化和两种材料之间的粘合,得到三明治夹芯结构的碳纤维板材。本工艺能够实现产品的连续化生产,生产工艺如图2所示。
实施例2:
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,自上而下依次包括第一树脂基碳纤维层、第二树脂基碳纤维层、聚烯烃改性片材、第三树脂基碳纤维层和第四树脂基碳纤维层,其中:聚烯烃改性片材以聚乙烯、聚丙烯、POE的混合物为主材料,加入丙烯酸酯、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酰、玻璃漂珠,通过共聚制成;玻璃漂珠粒径20μm、密度1.0g/cm3
树脂基碳纤维层中,树脂为乙烯基树脂和醛酚树脂的混合物(重量比为1:1),碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。
聚烯烃改性片材配方:
聚乙烯55重量份、聚丙烯20重量份、POE 10重量份、丙烯酸酯2重量份、过氧化二叔丁基0.01重量份、过氧化苯甲酰0.05重量份、玻璃漂珠30重量份。
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法:
S1:树脂和碳纤维的含浸:对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成树脂基碳纤维层;
S2:聚烯烃改性片材的制备:通过双螺杆挤出机进行共聚造粒,得聚乙烯改性粒子,改性粒子经双向拉伸、冷却制成所需聚乙烯改性薄膜片材;
S3:叠合:以聚烯烃改性片材为中心层,其上下对称的叠合相同层数的经步骤S1浸渍后的树脂基碳纤维层,叠合采用对称的0°/90°交替叠合;
S4:碳纤维板材加工:采用平板热压机对步骤S3获得的材料进行合模并抽真空,加热、加压并保持15分钟,结束后降温、冷压并保持5分钟,冷压完成后恢复常压,冷却,即得。
其中,步骤S1中树脂基碳纤维层中树脂的含量为40%;
步骤S2中,双螺杆挤出机共聚反应温度为170℃,双向拉伸温度为240℃,冷却温度为25℃;
步骤S2中,聚烯烃改性片材的厚度为0.68mm。
步骤S4中加热为将温度加至155℃,加压为将压力加至80kgf/cm2,步骤S4中降温为将温度降至75℃,步骤S4中冷压压力为30kgf/cm2
实施例3:
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,自上而下依次包括第一树脂基碳纤维层、第二树脂基碳纤维层、聚烯烃改性片材、第三树脂基碳纤维层和第四树脂基碳纤维层,其中:聚烯烃改性片材以聚丙烯为主材料,加入丙烯酸酯、硫酸钾、玻璃漂珠,通过熔融接枝制成;玻璃漂珠粒径15μm、密度0.8g/cm3
树脂基碳纤维层中,树脂为不饱和聚酯树脂,碳纤维为沥青基碳纤维。
聚烯烃改性片材配方:
聚丙烯90重量份、丙烯酸酯2.5重量份、硫酸钾2重量份、玻璃漂珠20重量份。
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法:
S1:树脂和碳纤维的含浸:对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成树脂基碳纤维层;
S2:聚烯烃改性片材的制备:通过双螺杆挤出机进行熔融接枝造粒,得聚丙烯改性粒子,改性粒子经流延、冷却制成所需聚丙烯改性薄膜片材;
S3:叠合:以聚烯烃改性片材为中心层,其上下对称的叠合相同层数的经步骤S1浸渍后的树脂基碳纤维层,叠合采用对称的0°/90°交替叠合;
S4:碳纤维板材加工:采用平板热压机对步骤S3获得的材料进行合模并抽真空,加热、加压并保持10分钟,结束后降温、冷压并保持3分钟,冷压完成后恢复常压,冷却,即得。
其中,步骤S1中树脂基碳纤维层中树脂的含量为38%;
步骤S2中,双螺杆挤出机熔融接枝反应温度为165℃,流延温度为230℃,冷却温度为25℃;
步骤S2中,聚烯烃改性片材的厚度为0.71mm。
步骤S4中加热为将温度加至153℃,加压为将压力加至80kgf/cm2,步骤S4中降温为将温度降至75℃,步骤S4中冷压压力为30kgf/cm2
实施例4:
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,自上而下依次包括第一树脂基碳纤维层、第二树脂基碳纤维层、聚烯烃改性片材、第三树脂基碳纤维层和第四树脂基碳纤维层,其中:聚烯烃改性片材以聚乙烯为主材料,加入丙烯酸、过氧化环己酮、玻璃漂珠,通过熔融接枝制成;玻璃漂珠粒径5μm、密度0.9g/cm3
树脂基碳纤维层中,树脂为环氧树脂和不饱和聚酯树脂的混合物(重量比为1:2),碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。
聚烯烃改性片材配方:
聚乙烯90重量份、丙烯酸0.8重量份、过氧化环己酮0.12重量份、玻璃漂珠35重量份。
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法:
S1:树脂和碳纤维的含浸:对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成树脂基碳纤维层;
S2:聚烯烃改性片材的制备:通过双螺杆挤出机进行熔融接枝造粒,得聚乙烯改性粒子,改性粒子经流延、冷却制成所需聚乙烯改性薄膜片材;
S3:叠合:以聚烯烃改性片材为中心层,其上下对称的叠合相同层数的经步骤S1浸渍后的树脂基碳纤维层,叠合采用对称的0°/90°交替叠合;
S4:碳纤维板材加工:采用平板热压机对步骤S3获得的材料进行合模并抽真空,加热、加压并保持12分钟,结束后降温、冷压并保持3.5分钟,冷压完成后恢复常压,冷却,即得。
其中,步骤S1中树脂基碳纤维层中树脂的含量为40%;
步骤S2中,双螺杆挤出机熔融接枝反应温度为165℃,流延温度为225℃,冷却温度为20℃;
步骤S2中,聚烯烃改性片材的厚度为0.73mm。
步骤S4中加热为将温度加至153℃,加压为将压力加至80kgf/cm2,步骤S4中降温为将温度降至72℃,步骤S4中冷压压力为30kgf/cm2
实施例5:
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,自上而下依次包括第一树脂基碳纤维层、第二树脂基碳纤维层、聚烯烃改性片材、第三树脂基碳纤维层和第四树脂基碳纤维层,其中:聚烯烃改性片材以聚丙烯、POE的混合物为主材料,加入双马来酰亚胺、过硫酸钠、玻璃漂珠,通过共聚制成;玻璃漂珠粒径8μm、密度0.2g/cm3
树脂基碳纤维层中,树脂为醛酚树脂,碳纤维为沥青基碳纤维。
聚烯烃改性片材配方:
聚丙烯62重量份、POE 25重量份、双马来酰亚胺0.8重量份、过硫酸钠0.16重量份、玻璃漂珠35重量份。
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法:
S1:树脂和碳纤维的含浸:对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成树脂基碳纤维层;
S2:聚烯烃改性片材的制备:通过双螺杆挤出机进行共聚造粒,得聚丙烯改性粒子,改性粒子经双向拉伸、冷却制成所需聚丙烯改性薄膜片材;
S3:叠合:以聚烯烃改性片材为中心层,其上下对称的叠合相同层数的经步骤S1浸渍后的树脂基碳纤维层,叠合采用对称的0°/90°交替叠合;
S4:碳纤维板材加工:采用平板热压机对步骤S3获得的材料进行合模并抽真空,加热、加压并保持15分钟,结束后降温、冷压并保持5分钟,冷压完成后恢复常压,冷却,即得。
其中,步骤S1中树脂基碳纤维层中树脂的含量为36%;
步骤S2中,双螺杆挤出机共聚反应温度为155℃,双向拉伸温度为232℃,冷却温度为30℃;
步骤S2中,聚烯烃改性片材的厚度为0.69mm。
步骤S4中加热为将温度加至151℃,加压为将压力加至80kgf/cm2,步骤S4中降温为将温度降至65℃,步骤S4中冷压压力为30kgf/cm2
实施例6:
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,自上而下依次包括第一树脂基碳纤维层、第二树脂基碳纤维层、聚烯烃改性片材、第三树脂基碳纤维层和第四树脂基碳纤维层,其中:聚烯烃改性片材以乙烯-醋酸乙烯共聚物为主材料,加入双马来酰亚胺、过氧化二异丙苯、过氧化二碳酸二环己酯、玻璃漂珠,通过共聚制成;玻璃漂珠粒径12μm、密度0.4g/cm3
树脂基碳纤维层中,树脂为环氧树脂,碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。
聚烯烃改性片材配方:
乙烯-醋酸乙烯共聚物88重量份、双马来酰亚胺2.1重量份、过氧化二异丙苯0.1重量份、过氧化二碳酸二环己酯0.08重量份、玻璃漂珠25重量份。
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法:
S1:树脂和碳纤维的含浸:对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成树脂基碳纤维层;
S2:聚烯烃改性片材的制备:通过双螺杆挤出机进行共聚造粒,得聚丙烯改性粒子,改性粒子经双向拉伸、冷却制成所需聚丙烯改性薄膜片材;
S3:叠合:以聚烯烃改性片材为中心层,其上下对称的叠合相同层数的经步骤S1浸渍后的树脂基碳纤维层,叠合采用对称的0°/90°交替叠合;
S4:碳纤维板材加工:采用平板热压机对步骤S3获得的材料进行合模并抽真空,加热、加压并保持8分钟,结束后降温、冷压并保持3分钟,冷压完成后恢复常压,冷却,即得。
其中,步骤S1中树脂基碳纤维层中树脂的含量为35%;
步骤S2中,双螺杆挤出机共聚反应温度为158℃,双向拉伸温度为225℃,冷却温度为25℃;
步骤S2中,聚烯烃改性片材的厚度为0.62mm。
步骤S4中加热为将温度加至155℃,加压为将压力加至80kgf/cm2,步骤S4中降温为将温度降至68℃,步骤S4中冷压压力为30kgf/cm2
实施例7:
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,自上而下依次包括第一树脂基碳纤维层、第二树脂基碳纤维层、聚烯烃改性片材、第三树脂基碳纤维层和第四树脂基碳纤维层,其中:聚烯烃改性片材以POE为主材料,加入丙烯酸、过氧化二异丙苯、过氧化二碳酸二环己酯、过硫酸铵、玻璃漂珠,通过熔融接枝制成;玻璃漂珠粒径14μm、密度0.5g/cm3
树脂基碳纤维层中,树脂为乙烯基树脂,碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维的混合物(重量比为1:1)。
聚烯烃改性片材配方:
POE 85重量份、丙烯酸0.8重量份、过氧化二异丙苯0.05重量份、过氧化二碳酸二环己酯0.05重量份、过硫酸铵0.05重量份、玻璃漂珠25重量份。
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法:
S1:树脂和碳纤维的含浸:对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成树脂基碳纤维层;
S2:聚烯烃改性片材的制备:通过双螺杆挤出机进行熔融接枝造粒,得聚丙烯改性粒子,改性粒子经双向拉伸、冷却制成所需聚丙烯改性薄膜片材;
S3:叠合:以聚烯烃改性片材为中心层,其上下对称的叠合相同层数的经步骤S1浸渍后的树脂基碳纤维层,叠合采用对称的0°/90°交替叠合;
S4:碳纤维板材加工:采用平板热压机对步骤S3获得的材料进行合模并抽真空,加热、加压并保9分钟,结束后降温、冷压并保持4.5分钟,冷压完成后恢复常压,冷却,即得。
其中,步骤S1中树脂基碳纤维层中树脂的含量为38%;
步骤S2中,双螺杆挤出机熔融接枝反应温度为161℃,双向拉伸温度为232℃,冷却温度为24℃;
步骤S2中,聚烯烃改性片材的厚度为0.78mm。
步骤S4中加热为将温度加至151℃,加压为将压力加至80kgf/cm2,步骤S4中降温为将温度降至75℃,步骤S4中冷压压力为30kgf/cm2
实施例8:
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,自上而下依次包括第一树脂基碳纤维层、第二树脂基碳纤维层、聚烯烃改性片材、第三树脂基碳纤维层和第四树脂基碳纤维层,其中:聚烯烃改性片材以聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物的混合物为主材料,加入双马来酰亚胺、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酰、过氧化环己酮、乙烯-醋酸乙烯共聚物、玻璃漂珠,通过熔融接枝制成;玻璃漂珠粒径18μm、密度0.9g/cm3
树脂基碳纤维层中,树脂为乙烯基树脂和不饱和聚酯树脂的混合物(重量比为2:1),碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维的混合物(重量比为1:3)。
聚烯烃改性片材配方:
聚乙烯42重量份、聚丙烯35重量份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10重量份、双马来酰亚胺1.8重量份、过氧化二叔丁基0.06重量份、过氧化苯甲酰0.05重量份、过氧化环己酮0.06重量份、玻璃漂珠30重量份。
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法:
S1:树脂和碳纤维的含浸:对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成树脂基碳纤维层;
S2:聚烯烃改性片材的制备:通过双螺杆挤出机进行熔融接枝造粒,得聚乙烯改性粒子,改性粒子经流延、冷却制成所需聚乙烯改性薄膜片材;
S3:叠合:以聚烯烃改性片材为中心层,其上下对称的叠合相同层数的经步骤S1浸渍后的树脂基碳纤维层,叠合采用对称的0°/90°交替叠合;
S4:碳纤维板材加工:采用平板热压机对步骤S3获得的材料进行合模并抽真空,加热、加压并保持12分钟,结束后降温、冷压并保持5分钟,冷压完成后恢复常压,冷却,即得。
其中,步骤S1中树脂基碳纤维层中树脂的含量为40%;
步骤S2中,双螺杆挤出机熔融接枝反应温度为163℃,流延温度为236℃,冷却温度为25℃;
步骤S2中,聚烯烃改性片材的厚度为0.80mm。
步骤S4中加热为将温度加至151℃,加压为将压力加至80kgf/cm2,步骤S4中降温为将温度降至80℃,步骤S4中冷压压力为30kgf/cm2
实施例9:
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,自上而下依次包括第一树脂基碳纤维层、第二树脂基碳纤维层、聚烯烃改性片材、第三树脂基碳纤维层和第四树脂基碳纤维层,其中:聚烯烃改性片材以聚乙烯、聚丙烯、POE的混合物为主材料,加入马来酸酐、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、玻璃漂珠,通过熔融接枝制成;玻璃漂珠粒径12μm、密度0.5g/cm3
树脂基碳纤维层中,树脂为酚醛树脂,碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。
聚烯烃改性片材配方:
聚乙烯20重量份、聚丙烯65重量份、POE 8重量份、马来酸酐0.8重量份、过氧化二异丙苯0.1重量份、过氧化苯甲酰0.04重量份、玻璃漂珠30重量份。
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法:
S1:树脂和碳纤维的含浸:对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成树脂基碳纤维层;
S2:聚烯烃改性片材的制备:通过双螺杆挤出机进行熔融接枝造粒,得聚丙烯改性粒子,改性粒子经双向拉伸、冷却制成所需聚丙烯改性薄膜片材;
S3:叠合:以聚烯烃改性片材为中心层,其上下对称的叠合相同层数的经步骤S1浸渍后的树脂基碳纤维层,叠合采用对称的0°/90°交替叠合;
S4:碳纤维板材加工:采用平板热压机对步骤S3获得的材料进行合模并抽真空,加热、加压并保持6分钟,结束后降温、冷压并保持3分钟,冷压完成后恢复常压,冷却,即得。
其中,步骤S1中树脂基碳纤维层中树脂的含量为35%;
步骤S2中,双螺杆挤出机熔融接枝反应温度为158℃,双向拉伸温度为228℃,冷却温度为20℃;
步骤S2中,聚烯烃改性片材的厚度为0.64mm。
步骤S4中加热为将温度加至151℃,加压为将压力加至80kgf/cm2,步骤S4中降温为将温度降至72℃,步骤S4中冷压压力为30kgf/cm2
实施例10
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,自上而下依次包括第一树脂基碳纤维层、聚烯烃改性片材、第二树脂基碳纤维层,其中:聚烯烃改性片材以聚乙烯、聚丙烯、POE的混合物为主材料,加入丙烯酸酯、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酰、玻璃漂珠,通过共聚制成;玻璃漂珠粒径20μm、密度1.0g/cm3
树脂基碳纤维层中,树脂为乙烯基树脂和醛酚树脂的混合物(重量比为1:1),碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。
聚烯烃改性片材配方:
聚乙烯55重量份、聚丙烯20重量份、POE 10重量份、丙烯酸酯2重量份、过氧化二叔丁基0.01重量份、过氧化苯甲酰0.05重量份、玻璃漂珠30重量份。
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法:
S1:树脂和碳纤维的含浸:对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成树脂基碳纤维层;
S2:聚烯烃改性片材的制备:通过双螺杆挤出机进行共聚造粒,得聚乙烯改性粒子,改性粒子经双向拉伸、冷却制成所需聚乙烯改性薄膜片材;
S3:叠合:以聚烯烃改性片材为中心层,其上下对称的叠合相同层数的经步骤S1浸渍后的树脂基碳纤维层,叠合采用对称的0°/90°交替叠合;
S4:碳纤维板材加工:采用平板热压机对步骤S3获得的材料进行合模并抽真空,加热、加压并保持15分钟,结束后降温、冷压并保持5分钟,冷压完成后恢复常压,冷却,即得。
其中,步骤S1中树脂基碳纤维层中树脂的含量为40%;
步骤S2中,双螺杆挤出机共聚反应温度为170℃,双向拉伸温度为240℃,冷却温度为25℃;
步骤S2中,聚烯烃改性片材的厚度为0.68mm。
步骤S4中加热为将温度加至155℃,加压为将压力加至80kgf/cm2,步骤S4中降温为将温度降至75℃,步骤S4中冷压压力为30kgf/cm2
实施例11
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,自上而下依次包括第一树脂基碳纤维层、第二树脂基碳纤维层、第三树脂基碳纤维层、聚烯烃改性片材、第四树脂基碳纤维层、第五树脂基碳纤维层和第六树脂基碳纤维层,其中:聚烯烃改性片材以聚乙烯、聚丙烯、POE的混合物为主材料,加入丙烯酸酯、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酰、玻璃漂珠,通过共聚制成;玻璃漂珠粒径20μm、密度1.0g/cm3
树脂基碳纤维层中,树脂为乙烯基树脂和醛酚树脂的混合物(重量比为1:1),碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。
聚烯烃改性片材配方:
聚乙烯50重量份、聚丙烯22重量份、POE 5重量份、丙烯酸酯2重量份、过氧化二叔丁基0.01重量份、过氧化苯甲酰0.05重量份、玻璃漂珠25重量份。
用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法:
S1:树脂和碳纤维的含浸:对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成树脂基碳纤维层;
S2:聚烯烃改性片材的制备:通过双螺杆挤出机进行共聚造粒,得聚乙烯改性粒子,改性粒子经双向拉伸、冷却制成所需聚乙烯改性薄膜片材;
S3:叠合:以聚烯烃改性片材为中心层,其上下对称的叠合相同层数的经步骤S1浸渍后的树脂基碳纤维层,叠合采用对称的0°/90°交替叠合;
S4:碳纤维板材加工:采用平板热压机对步骤S3获得的材料进行合模并抽真空,加热、加压并保持15分钟,结束后降温、冷压并保持5分钟,冷压完成后恢复常压,冷却,即得。
其中,步骤S1中树脂基碳纤维层中树脂的含量为40%;
步骤S2中,双螺杆挤出机共聚反应温度为170℃,双向拉伸温度为240℃,冷却温度为25℃;
步骤S2中,聚烯烃改性片材的厚度为0.68mm。
步骤S4中加热为将温度加至155℃,加压为将压力加至80kgf/cm2,步骤S4中降温为将温度降至75℃,步骤S4中冷压压力为30kgf/cm2
对比例1:
采用目前常用的碳纤维板材,自上而下依次包括第一树脂基碳纤维层、第二树脂基碳纤维层、软质树脂材料、第三树脂基碳纤维层和第四树脂基碳纤维层,其中:树脂基碳纤维层采用环氧树脂预浸的聚丙烯腈碳纤维,软质树脂材料采用的是发泡的聚丙烯片材,个层之间需通过粘结剂粘结。
实施例1-9与对比例1数据比较,结果参见表1:
表1:
本发明利用聚烯烃改性片材作为碳纤维板材夹心层,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用,抵消因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,同时可以实现产品的一次成型,极大的提高生产效率,制得碳纤维板材具有阻燃,变形度低,重量轻等优点,易于批量化生产,特别是适合电子产品的轻量化应用。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据技术方案及发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,其特征在于,自上而下依次包括N层树脂基碳纤维层、聚烯烃改性片材、M层树脂基碳纤维层,其中:所述N≥1,M≥1,所述聚烯烃改性片材以聚烯烃为主材料,加入不饱和接枝单体、引发剂、玻璃漂珠,通过熔融接枝或共聚制成,所述玻璃漂珠的粒径为1-20μm,密度为0.2-1.0g/cm3
2.根据权利要求1所述的一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,其特征在于,所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、POE中的任意一种或几种混合;所述不饱和接枝单体为马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸酯、双马来酰亚胺中的任意一种;所述引发剂选自有机过氧化物引发剂和/或无机过氧化物引发剂。
3.根据权利要求2所述的一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,其特征在于,所述有机过氧化物引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酰、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或几种;所述无机过氧化物引发剂为硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,其特征在于,所述树脂基碳纤维层包括树脂和碳纤维,所述树脂为环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂的一种或多种,所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维一种或多种。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法,其特征在于,包括以下具体步骤:
S1:树脂和碳纤维的含浸:对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成树脂基碳纤维层;
S2:聚烯烃改性片材的制备:通过双螺杆挤出机进行熔融接枝或共聚造粒,得聚烯烃改性粒子,改性粒子经流延或双向拉伸、冷却制成所需聚烯烃改性片材;
S3:叠合:以聚烯烃改性片材为中心层,其上下对称的叠合相同层数的经步骤S1浸渍后的树脂基碳纤维层,叠合采用对称的0°/90°交替叠合;
S4:碳纤维板材加工:采用平板热压机对步骤S3获得的材料进行合模并抽真空,加热、加压并保持5-15分钟,结束后降温、冷压并保持3-5分钟,冷压完成后恢复常压,冷却,即得。
6.根据权利要求5所述的一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中树脂基碳纤维层中树脂的含量为35-40%。
7.根据权利要求5所述的一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中,双螺杆挤出机熔融接枝或共聚反应温度为150-170℃,流延或双向拉伸温度为220-240℃,冷却温度为≤30℃。
8.根据权利要求5所述的一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中,聚烯烃改性片材的厚度为0.6-0.8mm。
9.根据权利要求5所述的一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材的制备方法,其特征在于,所述步骤S4中加热为将温度加至151-155℃,加压为将压力加至80kgf/cm2,所述步骤S4中降温为将温度降至80℃以下,所述步骤S4中冷压压力为30kgf/cm2
10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种用于电子产品保护外壳的碳纤维板材,其特征在于,所述聚烯烃改性片材中,聚烯烃为85-95重量份,不饱和接枝单体为0.8-2.5重量份,引发剂为0.05-0.2重量份,玻璃漂珠为20-35重量份。
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