CN110216931B - 一种碳纤维增强树脂混合层压板及其成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强树脂混合层压板及其成型方法。所述碳纤维增强树脂混合层压板包括碳纤维增强热固性树脂层压板和碳纤维增强热塑性树脂层压板，两种层压板按照一定顺序堆叠。所述成型方法包括：激光加工去除热固性层压板表面的惰性树脂层，使里层碳纤维裸露；将热固性层压板和热塑性层压板堆叠；通过热压工艺使得热塑性层压板表层的树脂熔融与热固性层压板裸露的纤维结合，得到碳纤维增强树脂混合层压板；本发明基于激光加工和热压工艺，使用碳纤维增强热固性层压板和热塑性层压板制得碳纤维增强树脂混合层压板，可以将特性不同的两种层压板进行结合，发挥两者之间的协同增强效应，使得碳纤维增强树脂混合层压板具有优秀的综合性能。

Description

一种碳纤维增强树脂混合层压板及其成型方法
技术领域
本发明涉及复合材料应用领域，具体涉及一种碳纤维增强树脂混合层压板及其成型方法。
背景技术
近年来，随着能源需求的增加，碳纤维复合材料以其高比强度、高比模量的机械性能优势而受到研究学者的青睐。然而，传统的碳纤维增强热固性树脂层压板在实际的使用中往往存在以下问题：造价高、断裂伸长率低、断裂韧性差以及使用中难以和其他零部件较好连接等，整体呈现脆性较大的特点。这些特性在一定程度上限制了其使用范围。针对上述缺陷，研究人员尝试将延展性较好的金属或者热塑性树脂与碳纤维增强热固性树脂层压板相结合使用，以提高层压板的整体韧性。与单独使用碳纤维增强热固性树脂层压板相比，混合型层压板在一些特定的机械性能方面表现出更好的综合性能，甚至能发挥不同材料之间的协同作用，大大增强了实际应用能力。然而，目前混合层压板主要以单独加入的金属或者热塑性树脂层为主。从轻量化的角度出发，金属相比树脂自然差了许多。从机械性能的角度出发，虽然两者都拥有较好的延展性和韧性，但是在强度方面肯定是远远不及碳纤维复合材料。在制备工艺方面，因为热固性树脂的特点，也倾向与将材料准备好之后进行一次成型。甚至一些热塑性树脂层的使用也需要选择玻璃化温度和热固性树脂固化温度相近的。因此，寻求较好的碳纤维混合增强树脂混合层压板以及成型方法显得非常迫切。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种碳纤维增强树脂混合层压板及其成型方法。
本发明的提供的一种新的碳纤维增强树脂混合层压板，其包括碳纤维增强热固性树脂层压板和碳纤维增强热塑性树脂层压板，能够克服传统单纯使用金属或者热塑性树脂层带来的重量大或者强度差的缺陷；本发明提供相应的成型方法，采用已经固化的层压板进行混合层压板成型，提高了工艺的适应性。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
本发明提供的一种碳纤维增强树脂混合层压板，包括：碳纤维增强热固性树脂层压板、碳纤维增强热塑性树脂层压板及裸露的碳纤维布；所述碳纤维增强热固性树脂层压板和碳纤维增强热塑性树脂层压板堆叠；所述裸露的碳纤维布为碳纤维增强热固性树脂层压板经激光扫描，去除表面的惰性树脂层后裸露出的碳纤维布；所述碳纤维增强热固性树脂层压板和碳纤维增强热塑性树脂层压板通过裸露的碳纤维布连接。
进一步地，所述碳纤维增强热固性树脂层压板(1)为树脂已经固化成型的层压板。
进一步地，所述碳纤维增强热塑性树脂层压板(2)为树脂已经固化成型的层压板。
进一步地，所述堆叠的方式包括对称型堆叠、夹芯型堆叠和交替型堆叠等。
进一步地，所述对称型堆叠为所述碳纤维增强热固性树脂层压板(1)和碳纤维增强热塑性树脂层压板(2)由上至下堆叠；所述碳纤维增强热固性树脂层压板(1)和碳纤维增强热塑性树脂层压板(2)呈水平面对称。
进一步地，所述夹芯型堆叠为第一张碳纤维增强热固性树脂层压板(1)、碳纤维增强热塑性树脂层压板(2)及第二张碳纤维增强热固性树脂层压板(1)由上至下堆叠或第一张碳纤维增强热塑性树脂层压板(2)、碳纤维增强热固性树脂层压板(1)及第二张碳纤维增强热塑性树脂层压板(2)由上至下堆叠。
进一步地，所述交替型堆叠为碳纤维增强热固性树脂层压板(1)与碳纤维增强热塑性树脂层压板(2)由上至下交替堆叠。
进一步地，所述碳纤维增强热固性树脂层压板包括碳纤维增强环氧树脂层压板。
进一步地，所述碳纤维增强热塑性树脂层压板包括碳纤维增强聚碳酸酯层压板。
本发明提供一种所述碳纤维增强树脂混合层压板的成型方法，包括如下步骤：
(1)通过激光扫描对碳纤维增强热固性树脂层压板需要结合的表面进行加工，去除表面的惰性树脂层，使里层的碳纤维布裸露；
(2)将激光加工后的碳纤维增强热固性树脂层压板(1)和碳纤维增强热塑性树脂层压板(2)进行堆叠，得到堆叠层；
(3)将步骤(2)所述对叠层放入模具进行热压粘接处理，得到所述碳纤维增强树脂混合层压板。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明首次提出了碳纤维增强树脂混合层压板，采用碳纤维增强热塑性树脂层压板代替传统的纯金属或者热塑性树脂层，提升混合层压板的强度并尽可能地实现混合层压板的轻量化；
(2)本发明提供的碳纤维增强树脂混合层压板成型方法，成型过程采用已经固化的碳纤维增强热固性树脂层压板和碳纤维增强热塑性树脂层压板，不破坏现有层压板成熟的成型技术，大大地提高了工艺的适应性；
(3)本发明提供的碳纤维增强树脂混合层压板成型方法，利用热塑性树脂可重复热压的特点，彻底解放传统成型中热塑性树脂选择需要适应热固性树脂固化温度的限制，提高了热塑性树脂选择的多样性；
(4)本发明提供的碳纤维增强树脂混合层压板成型方法，利用热塑性树脂可重复热压的特点，热塑性树脂与碳纤维增强热固性树脂层压板相结合使用，以提高层压板的整体韧性，不同堆叠顺序具有不同的力学性能特征，可以根据碳纤维增强树脂混合层压板的实际受力工况进行有需求的堆叠，设计柔性高。
附图说明
图1为本发明实施例1中的对称型堆叠方式；
图2为本发明实施例2中的夹芯型堆叠方式；
图3为本发明实施例3中的交替型堆叠方式；
其中，1为碳纤维增强热固性树脂层压板；2为碳纤维增强热塑性树脂层压板。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
以下实施例所使用的碳纤维增强热固性树脂层压板为碳纤维增强环氧树脂层压板(由中富碳纤维公司提供)；所述碳纤维增强热塑性树脂层压板为碳纤维增强聚碳酸酯层压板(Yang B,Lu L,Liu X,et al.Uniaxial tensile and impact investigation ofcarbon-fabric/polycarbonate composites with different weave tow widths[J].Materials and Design,2017,131:470-480.)。
实施例1
实施例1提供的一种碳纤维增强树脂混合层压板，包括：碳纤维增强热固性树脂层压板1、碳纤维增强热塑性树脂层压板2及裸露的碳纤维布；所述碳纤维增强热固性树脂层压板和碳纤维增强热塑性树脂层压板堆叠；所述裸露的碳纤维布为碳纤维增强热固性树脂层压板经激光扫描，去除表面的惰性树脂层后裸露出的碳纤维布；所述碳纤维增强热固性树脂层压板和碳纤维增强热塑性树脂层压板通过裸露的碳纤维布连接。
实施例1提供的一种碳纤维增强树脂混合层压板，包括碳纤维增强热固性树脂层压板1和碳纤维增强热塑性树脂层压板2，两者按照对称型堆叠的方式堆叠成型，如图1所示。所述对称型堆叠为所述碳纤维增强热固性树脂层压板1和碳纤维增强热塑性树脂层压板2由上至下堆叠；所述碳纤维增强热固性树脂层压板1和碳纤维增强热塑性树脂层压板2呈水平面对称。
所述碳纤维增强热固性树脂层压板1与碳纤维增强热塑性树脂层压板2的厚度均为1mm。
一种碳纤维增强树脂混合层压板的成型方法，包括如下步骤：
(1)选择碳纤维增强环氧树脂层压板作为热固性层压板，选择碳纤维增强聚碳酸酯层压板作为热塑性层压板；
(2)通过激光加工的方式将热固性层压板(碳纤维增强热固性树脂层压板1)需要结合的表面进行环氧树脂去除，采用平行扫描的方式，设置激光光斑和扫描中心距为35.3μm，激光光斑大小为50μm，激光输出功率为6W，使得热固性层压板里层的碳纤维布裸露；
(3)将表层树脂去除后的热固性层压板和热塑性层压板(碳纤维增强热塑性树脂层压板2)按照图1方式进行对称堆叠，热固性层压板和热塑性层压板通过裸露的碳纤维布相接，得到堆叠物；
(4)将步骤(3)堆叠物放入特定模具进行热压，热压温度为210℃，热压时间为4min，热压压力为6MPa，冷却时间为10min，得到所述碳纤维增强树脂混合层压板。
在本实施例中得到的碳纤维增强树脂混合层压板，热固性层压板和热塑性层压板结合稳定，结合处无明显分层现象，碳纤维增强树脂混合层压板拉伸强度大于500MPa，弯曲强度大于400MPa。热塑性层压板的加入缓和了热固性层压板的脆性断裂过程，发挥了两者之间较好的协同增强效应。
实施例2
实施例2提供的一种碳纤维增强树脂混合层压板，包括：碳纤维增强热固性树脂层压板1、碳纤维增强热塑性树脂层压板2及裸露的碳纤维布；所述碳纤维增强热固性树脂层压板和碳纤维增强热塑性树脂层压板堆叠；所述裸露的碳纤维布为碳纤维增强热固性树脂层压板经激光扫描，去除表面的惰性树脂层后裸露出的碳纤维布；所述碳纤维增强热固性树脂层压板和碳纤维增强热塑性树脂层压板通过裸露的碳纤维布连接。
实施例2提供的一种碳纤维增强树脂混合层压板，包括碳纤维增强热固性树脂层压板1和碳纤维增强热塑性树脂层压板2，两者按照夹心型堆叠的方式堆叠成型，如图2所示。所述夹芯型堆叠为第一张碳纤维增强热固性树脂层压板1、碳纤维增强热塑性树脂层压板2及第二张碳纤维增强热固性树脂层压板1由上至下堆叠；也可以将两种层压板进行调换，此处作为举例，选择前者。
所述碳纤维增强热固性树脂层压板1的厚度为0.5mm，碳纤维增强热塑性树脂层压板2的厚度为1mm。
一种碳纤维增强树脂混合层压板的成型方法，包括如下步骤：
(1)选择碳纤维增强环氧树脂层压板作为热固性层压板，选择碳纤维增强聚碳酸酯层压板作为热塑性层压板；
(2)通过激光加工的方式将热固性层压板(碳纤维增强热固性树脂层压板1)需要结合的表面进行环氧树脂去除，采用平行扫描的方式，设置激光光斑和扫描中心距为35.3μm，激光光斑大小为50μm，激光输出功率为6W，使得热固性层压板里层的碳纤维布裸露。
(3)将表层树脂去除后的热固性层压板(碳纤维增强热固性树脂层压板1)和热塑性层压板(碳纤维增强热塑性树脂层压板2)进行夹芯型堆叠，如图2所示，也可以将两种层压板进行调换；
(4)将堆叠物放入特定模具进行热压，热压温度为210℃，热压时间为4min，热压压力为6MPa，冷却时间为10min，得到所述碳纤维增强树脂混合层压板。
在本实施例中得到的碳纤维增强树脂混合层压板，热固性层压板和热塑性层压板结合稳定，结合处无明显分层现象，碳纤维增强树脂混合层压板拉伸强度大于500MPa，弯曲强度大于350MPa。热塑性层压板的加入大大缓和了热固性层压板的脆性断裂过程，发挥了两者之间较好的协同增强效应。
实施例3
实施例3提供的一种碳纤维增强树脂混合层压板，包括：碳纤维增强热固性树脂层压板1、碳纤维增强热塑性树脂层压板2及裸露的碳纤维布；所述碳纤维增强热固性树脂层压板和碳纤维增强热塑性树脂层压板堆叠；所述裸露的碳纤维布为碳纤维增强热固性树脂层压板经激光扫描，去除表面的惰性树脂层后裸露出的碳纤维布；所述碳纤维增强热固性树脂层压板和碳纤维增强热塑性树脂层压板通过裸露的碳纤维布连接。
实施例3提供的一种碳纤维增强树脂混合层压板，包括碳纤维增强热固性树脂层压板1和碳纤维增强热塑性树脂层压板2，两者按照交替型堆叠的方式堆叠成型，如图3所示。所述交替型堆叠为碳纤维增强热固性树脂层压板1与碳纤维增强热塑性树脂层压板2由上至下交替堆叠。
所述碳纤维增强热固性树脂层压板1和碳纤维增强热塑性树脂层压板2的厚度均为0.5mm。
一种碳纤维增强树脂混合层压板的成型方法，包括如下步骤：
(1)选择传统的碳纤维增强环氧树脂层压板作为热固性层压板，选择碳纤维增强聚碳酸酯层压板作为热塑性层压板；
(2)通过激光加工的方式将热固性层压板(碳纤维增强热固性树脂层压板1)需要结合的表面进行环氧树脂去除，采用平行扫描的方式，设置激光光斑和扫描中心距为35.3μm，激光光斑大小为50μm，激光输出功率为6W，使得热固性层压板里层的碳纤维布裸露；
(3)将表层树脂去除后的热固性层压板(碳纤维增强热固性树脂层压板1)和热塑性层压板(碳纤维增强热塑性树脂层压板2)按照图3方式进行交替型堆叠，得到堆叠物；
(4)将步骤(3)所述堆叠物放入特定模具进行热压，热压温度为210℃，热压时间为4min，热压压力为6MPa，冷却时间为10min，得到所述碳纤维增强树脂混合层压板。
在本实施例中得到的碳纤维增强树脂混合层压板，热固性层压板和热塑性层压板结合稳定，结合处无明显分层现象，碳纤维增强树脂混合层压板拉伸强度大于500MPa，弯曲强度大于350MPa。热塑性层压板的加入大大缓和了热固性层压板的脆性断裂过程，发挥了两者之间较好的协同增强效应。
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种碳纤维增强树脂混合层压板，其特征在于包括：碳纤维增强热固性树脂层压板（1）、碳纤维增强热塑性树脂层压板（2）及裸露的碳纤维布；所述碳纤维增强热固性树脂层压板（1）和碳纤维增强热塑性树脂层压板（2）堆叠；所述裸露的碳纤维布为碳纤维增强热固性树脂层压板经激光扫描，去除表面的惰性树脂层后裸露出的碳纤维布；所述碳纤维增强热固性树脂层压板（1）和碳纤维增强热塑性树脂层压板（2）通过裸露的碳纤维布连接。
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强树脂混合层压板，其特征在于，所述碳纤维增强热固性树脂层压板（1）为树脂已经固化成型的层压板。
3.根据权利要求1所述的碳纤维增强树脂混合层压板，其特征在于，所述碳纤维增强热塑性树脂层压板（2）为树脂已经固化成型的层压板。
4.根据权利要求1所述的碳纤维增强树脂混合层压板，其特征在于，所述堆叠的方式为对称型堆叠、夹芯型堆叠和交替型堆叠中的一种。
5.根据权利要求4所述的碳纤维增强树脂混合层压板，其特征在于，所述对称型堆叠为所述碳纤维增强热固性树脂层压板（1）和碳纤维增强热塑性树脂层压板（2）由上至下堆叠。
6.根据权利要求4所述的碳纤维增强树脂混合层压板，其特征在于，所述夹芯型堆叠为第一张碳纤维增强热固性树脂层压板（1）、碳纤维增强热塑性树脂层压板（2）及第二张碳纤维增强热固性树脂层压板（1）由上至下堆叠或第一张碳纤维增强热塑性树脂层压板（2）、碳纤维增强热固性树脂层压板（1）及第二张碳纤维增强热塑性树脂层压板（2）由上至下堆叠。
7.根据权利要求4所述的碳纤维增强树脂混合层压板，其特征在于，所述交替型堆叠为碳纤维增强热固性树脂层压板（1）与碳纤维增强热塑性树脂层压板（2）由上至下交替堆叠。
8.根据权利要求1所述的碳纤维增强树脂混合层压板，其特征在于，所述碳纤维增强热固性树脂层压板包括碳纤维增强环氧树脂层压板。
9.根据权利要求1所述的碳纤维增强树脂混合层压板，其特征在于，所述碳纤维增强热塑性树脂层压板包括碳纤维增强聚碳酸酯层压板。
10.一种权利要求1-9任一项所述碳纤维增强树脂混合层压板的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）通过激光扫描对碳纤维增强热固性树脂层压板（1）的表面进行加工，去除表面的惰性树脂层，使里层的碳纤维布裸露；
（2）将激光加工后的碳纤维增强热固性树脂层压板（1）和碳纤维增强热塑性树脂层压板（2）进行堆叠，得到堆叠层；
（3）将步骤（2）所述堆叠层进行热压粘接处理，得到所述碳纤维增强树脂混合层压板。
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