CN108215413B - 全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材，包括碳纤维板主体，碳纤维板主体包括多层热固性碳纤维预浸料层、填充夹层，玻璃微珠填充夹层设置在多层热固性碳纤维预浸料层的中间，碳纤维板材还包括设置在碳纤维板主体最上层的热塑性碳纤维编织布预浸料层，并且热塑性碳纤维编织布预浸料层的边缘呈弧形。本发明的片材在基体材料软化点之下具有良好的强度及刚性；软化点之上又重新具有可塑性；边缘的弧形结构使得片材进行后续加工或与其他结构结合时，可以保持整个表面的编织纹理；本发明二次成型加工速度快，生产效率高，生产成本低，可大批量生产；抗冲击性能好，产品可具有二次成型能力，具有全表面碳纤维编织纹理。

Description

全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料制造领域，特别是涉及一种全表面具有编织纹理的可再塑型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。
公开号为CN106183135A的专利一种碳纤维片材，公开了：一种碳纤维片材，包括不多于六层碳纤维预浸料以及不多于两层的玻璃微珠填充的环氧薄板叠层，玻璃微珠填充的环氧薄板叠层设置在若干碳纤维预浸料的中间层位置，碳纤维预浸料与碳纤维预浸料、碳纤维预浸料与玻璃微珠填充的环氧薄板叠层之间添加一层碳纤维编制布预浸料。该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。
但是，该专利中公开的碳纤维片材为纯热固性树脂板材，其固化后无法二次成型加工，并且碳纤维片材边缘特别是需要和其他结构配合时，不具有编织纹理。此外，热塑性具有可塑但力学性能略差，全热塑结构有时很难满足一些强度要求高的应用，并且热固热塑的板材之间粘接性不好，所以现有技术中芯材通常采用热塑，外皮是热固，这样热塑与热固层间需要额外粘接处理。
电子产品作为人们的日常使用的物品，赏心悦目的产品外观可以吸引潜在消费者的注意力，提升使用者的满足感。碳纤维的编织纹路可以体现碳纤维高档、科技感等特点。但目前笔记本电脑等电子产品、汽车内外装饰覆盖件等用的碳纤维复合材料，受材料、设计、工艺的限制，不具备全表面具有编织纹理，破坏了整体外观的完整性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材，可用于汽车零件，电脑手机电视机外壳等制造。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材，包括碳纤维板主体，所述的碳纤维板主体包括多层热固性碳纤维预浸料层、填充夹层，所述的填充夹层设置在多层所述的热固性碳纤维预浸料层的中间，所述的碳纤维板材还包括设置在所述的碳纤维板主体最上层的热塑性碳纤维编织布预浸料层，并且所述的热塑性碳纤维编织布预浸料层的边缘呈弧形。
优选地，所述的热塑性碳纤维编织布预浸料层的边缘呈向所述的碳纤维板主体一侧弯曲的弧形。
优选地，所述的热塑性碳纤维编织布预浸料层的边缘伸出所述的碳纤维板主体边缘一段距离。
优选地，所述的热塑性碳纤维编织布预浸料层的热塑性树脂材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、尼龙中的一种或几种的组合。
优选地，两层所述的热固性碳纤维预浸料层之间、所述的热固性碳纤维预浸料层与所述的填充夹层之间设置有热固性碳纤维编制布预浸料。
优选地，所述的热固性碳纤维预浸料层为热固性单向碳纤维预浸料层；所述的填充夹层为玻璃微珠填充夹层。
优选地，多层所述的热固性碳纤维预浸料层、热塑性碳纤维编织布预浸料层以及填充夹层层叠后热压而成。
优选地，所述的热固性碳纤维预浸料层的层数为双数，且位于所述的填充夹层上下所述的热固性碳纤维预浸料层的层数相同。
本发明的另一个目的是提供一种表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备包括：热固性碳纤维预浸料层、热塑性碳纤维编织布预浸料层以及玻璃微珠填充夹层；
S2、对热固性碳纤维预浸料层、热塑性碳纤维编织布预浸料层以及玻璃微珠填充夹层进行叠层：以玻璃微珠填充夹层为中心层，其上下对称的堆叠相同层数的热固性碳纤维预浸料层，热塑性碳纤维编织布预浸料层堆叠在最上层的热固性碳纤维预浸料层上；
S3、对叠层好的板材进行热压，形成碳纤维板材；
S4、对碳纤维板材需要二次成型的碳纤维板主体的边缘进行切除，使碳纤维板主体的边缘短于热塑性碳纤维编织布预浸料层；
S5、将热塑性碳纤维编织布预浸料层加热至软化点至上，对热塑性碳纤维编织布预浸料层的边缘向碳纤维板主体一侧折弯。
优选地，对热塑性碳纤维编织布预浸料层边缘的直角处根据所需要达到的最终形状进行裁切。
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：
本发明结合了热塑性和热固性板材的特点，通过在上层增加热塑性碳纤维编织布预浸料，使片材在基体材料软化点之下，具有良好的强度及刚性；当温度提升至基体材料软化点之上，又重新具有可塑性；同时边缘的弧形结构使得片材进行后续加工或与其他结构结合时，可以保持整个表面的编织纹理。
本发明可以应用在汽车部件中的非承力结构中，例如内外饰，引擎盖的制备中，可以保证边缘的碳纤维纹理，又由于中间玻璃微珠填充夹层，有轻量化的作用；另外，热塑性树脂相较热固性树脂，抗冲击性能要好很多，热塑性树脂层贴在最外层能改善整体材料抗冲击性的作用。
本发明二次成型加工速度快，生产效率高，生产成本低，可大批量生产；产品可具有二次成型能力，具有全表面碳纤维编织纹理。
附图说明
附图1为本实施例的碳纤维板材的叠层示意图；
附图2为本实施例的碳纤维板材叠层后的立体示意图；
附图3为本实施例的碳纤维板材叠层后的主视示意图；
附图4为本实施例的碳纤维板材切割后的立体示意图；
附图5为本实施例的碳纤维板材切割后的主视示意图；
附图6为本实施例的碳纤维板的立体示意图；
附图7为本实施例的热塑性碳纤维编织布预浸料层边缘的直角剪开示意图；
附图8为本实施例的碳纤维板再次成型的配合示意图；
附图9、10为本实施例的应用。
其中：1、热塑性碳纤维编织布预浸料层；2、热固性碳纤维预浸料层；3、玻璃微珠填充夹层。
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、6所示的一种全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材，包括碳纤维板主体，碳纤维板主体包括多层热固性碳纤维预浸料层2、玻璃微珠填充夹层3，玻璃微珠填充夹层2设置在多层热固性碳纤维预浸料层3的中间，碳纤维板材还包括设置在碳纤维板主体最上层的热塑性碳纤维编织布预浸料层1。其中：热固性碳纤维预浸料层2为热固性单向碳纤维预浸料层，其层数为双数，且位于玻璃微珠填充夹层3上下热固性碳纤维预浸料层2的层数相同，在本实施例中：热固性碳纤维预浸料层2设置共四层，上下各两层；玻璃微珠填充夹层3可以设置一层，也可以设置多层。
在本实施例中：热塑性碳纤维编织布预浸料层3的边缘伸出碳纤维板主体边缘一段距离，并且热塑性碳纤维编织布预浸料层3的边缘呈弧形，具体为热塑性碳纤维编织布预浸料层3的边缘呈向碳纤维板主体一侧弯曲的弧形。这样，由于边缘具有弧形结构，使得碳纤维板材进行后续加工或与其他结构结合时，可以保持整个表面的编织纹理。
此外，两层热固性碳纤维预浸料层2之间、热固性碳纤维预浸料层2与玻璃微珠填充夹层3之间也可以设置热固性碳纤维编制布预浸料。
以下阐述下该碳纤维板材的制备方法：
包括以下步骤：
S1、制备包括：热塑性碳纤维编织布预浸料层、热固性碳纤维预浸料层以及玻璃微珠填充夹层，其中：
热塑性碳纤维编织布预浸料层：热塑性树脂材料可以采用聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、尼龙中的一种或几种的组合；
热固性碳纤维预浸料层：对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成碳纤维预浸料，碳纤维预浸料为单向碳纤维预浸料，树脂可以采用环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂的一种或多种，树脂的含量为10-50％；碳纤维聚可以采用丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维一种或多种，多层热固性碳纤维预浸料层采用对称的0°/90°或45°/45°交替叠层，重量为25-300克；
玻璃微珠填充夹层：向树脂中添加填充剂玻璃漂珠以降低树脂内空隙，玻璃漂珠的密度不大于0 .5克/立方厘米；
S2、热塑性碳纤维编织布预浸料层、对热固性碳纤维预浸料层以及玻璃微珠填充夹层进行叠层：以玻璃微珠填充夹层为中心层，其上下对称的堆叠相同层数的热固性碳纤维预浸料层，热塑性碳纤维编织布预浸料层堆叠在最上层的热固性碳纤维预浸料层上，玻璃微珠填充夹层的层数不多于两层，热固性碳纤维预浸料层的上下层数不多于三层，如图2、3所示；
此外，也可以根据需要在两层热固性碳纤维预浸料层之间、热固性碳纤维预浸料层与玻璃微珠填充夹层之间也可以添加热固性碳纤维编制布预浸料；
S3、对叠层好的板材进行加压、加热固化，采用的是平板热压机进行加压、加热固化，先对平板热压机预热到至少80℃，然后合模并抽真空，最后加热到最高170℃，保温5-15分钟，保温结束后降温至最低80℃，恢复常压，冷却至50℃以下，形成碳纤维板材；
S4、CNC加工：需要再次成型的部位将边缘处的热固性碳纤维预浸料层、玻璃微珠填充夹层通过CNC方式去除，只保留热塑性碳纤维编织布预浸料层，使热固性碳纤维预浸料层、玻璃微珠填充夹层的边缘短于热塑性碳纤维编织布预浸料层，对热塑性碳纤维编织布预浸料层边缘的直角处进行剪开，以防局部受力拉扯，破坏纹理，如图4、5、7所示；
S5、将热塑性碳纤维编织布预浸料层加热至软化点至上，对热塑性碳纤维编织布预浸料层的边缘向碳纤维板主体一侧折弯，如图6所示；通过后续注塑或者模压工艺，可以形成三维复杂结构，如图8-10所示。
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 (8)

1.一种全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材，包括碳纤维板主体，所述的碳纤维板主体包括多层热固性碳纤维预浸料层、填充夹层，所述的填充夹层设置在多层所述的热固性碳纤维预浸料层的中间，其特征在于：所述的碳纤维板材还包括设置在所述的碳纤维板主体最上层的热塑性碳纤维编织布预浸料层，并且所述的热塑性碳纤维编织布预浸料层的边缘呈向所述的碳纤维板主体一侧弯曲的弧形，所述的热塑性碳纤维编织布预浸料层的边缘伸出所述的碳纤维板主体边缘一段距离。
2.根据权利要求1所述的全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材，其特征在于：所述的热塑性碳纤维编织布预浸料层的热塑性树脂材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、尼龙中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材，其特征在于：两层所述的热固性碳纤维预浸料层之间、所述的热固性碳纤维预浸料层与所述的填充夹层之间设置有热固性碳纤维编织 布预浸料。
4.根据权利要求1所述的全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材，其特征在于：所述的热固性碳纤维预浸料层为热固性单向碳纤维预浸料层；所述的填充夹层为玻璃微珠填充夹层。
5.根据权利要求1所述的全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材，其特征在于：多层所述的热固性碳纤维预浸料层、热塑性碳纤维编织布预浸料层以及填充夹层层叠后热压而成。
6.根据权利要求1所述的全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材，其特征在于：所述的热固性碳纤维预浸料层的层数为双数，且位于所述的填充夹层上下所述的热固性碳纤维预浸料层的层数相同。
7.一种全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、制备包括：热固性碳纤维预浸料层、热塑性碳纤维编织布预浸料层以及玻璃微珠填充夹层；
S2、对热固性碳纤维预浸料层、热塑性碳纤维编织布预浸料层以及玻璃微珠填充夹层进行叠层：以玻璃微珠填充夹层为中心层，其上下对称的堆叠相同层数的热固性碳纤维预浸料层，热塑性碳纤维编织布预浸料层堆叠在最上层的热固性碳纤维预浸料层上；
S3、对叠层好的板材进行热压，形成碳纤维板材；
S4、对碳纤维板材需要二次成型的碳纤维板主体的边缘进行切除，使碳纤维板主体的边缘短于热塑性碳纤维编织布预浸料层；
S5、将热塑性碳纤维编织布预浸料层加热至软化点之 上，对热塑性碳纤维编织布预浸料层的边缘向碳纤维板主体一侧折弯。
8.根据权利要求7所述的全表面具有编织纹理的可再塑型碳纤维板材的制备方法，其特征在于：对热塑性碳纤维编织布预浸料层边缘的直角处根据所需要达到的最终形状进行裁切。
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