CN110520282A

CN110520282A - 一种制造成型制品的方法和由此制造的成型制品

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Publication number: CN110520282A
Application number: CN201780087275.5A
Authority: CN
Inventors: 李一兰; E.齐; J.常; S.高; O.策尔纳; T.格里姆
Original assignee: Cosco Polymer (china) Co Ltd; Covestro Deutschland AG
Current assignee: Cosco Polymer (china) Co Ltd; Covestro Deutschland AG
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-11-29
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: EP3558618A1; EP3558618A4; US20200215731A1; EP3576928A1; WO2018112893A1; WO2018114928A1; CN110520282B

Abstract

制造成型制品的方法，该成型制品包括长纤维热塑性复合材料片材（1）和短纤维填充的热塑性组件（2,3），将它们热成形，其中优选跨复合材料片材的表面注射热塑性组件。

Description

一种制造成型制品的方法和由此制造的成型制品

技术领域

本发明涉及一种制造成型制品的方法，特别涉及一种由连续纤维增强的热塑性聚合物复合材料片材制造成型制品的方法，特别是一种制造笔记本电脑或手机的壳体或壳体的一部分的方法。此外，本发明涉及通过本发明的方法制造的成型制品，特别涉及由连续纤维增强的热塑性聚合物复合材料片材制造的电子产品的壳体或壳体的一部分。

背景技术

对于消费电子部件的壳体材料，例如，在笔记本电脑的壳体部件中，A-盖（A-Cover）是包括液晶显示器（LCD）的最外层壳体层，其可以用于围绕和保护LCD。当它由连续碳纤维增强的热塑性复合材料制成时，通常制造包括两个步骤；在步骤i）中将连续碳纤维增强的热塑性聚合物复合材料片材热成形以形成主体结构，在此步骤中，通常会形成例如标识或商标名称的装饰部件；并且在步骤ii）中将玻璃纤维填充的材料如树脂注射成型，以便将结构和功能部件（例如螺杆柱和加强肋）引入热成形的成型复合材料片材上。在步骤ii）的注射成型中，可以通过在特定区域中用玻璃纤维填充的树脂代替碳纤维填充的热塑性聚合物复合材料来解决信号屏蔽的技术问题。

然而，由于玻璃纤维填充树脂和复合材料片材之间的接合区域的设计限制（例如，空间限制和薄壁壳体）以及注射成型本身的性质，玻璃纤维填充树脂和复合材料片材之间的接合强度不足以通过原始设备制造商（OEM）的规定。

另外，在现有技术中常用的两步骤方法（首先热成形和然后注射成型）中，在玻璃纤维填充树脂和复合材料片材之间不可避免地形成接合线。这种接合线可能需要通过另外的抛光步骤进行改善，因为复合材料片材区域和玻璃纤维填充树脂部件可能不在同一水平或高度略有不同。对于涂覆制品，在许多情况下已经在接合区域中观察到表面缺陷，并且在抛光之后接合线仍然可见。

另外，在当前的两步骤方法中，需要在每个步骤中计算产率。因此，每一个步骤都会显著影响最终的产率。

由于玻璃纤维填充树脂和复合材料片材在收缩率方面不同，因此在现有技术方法中存在翘曲问题。此外，在现有技术方法中，由于二次注射成型和接合强度，玻璃纤维填充的树脂需要填充相对大的区域，例如复合材料片材周围的整个框架，有时为了增加接合，可能需要与复合材料片材重叠的区域。这导致更高的翘曲风险和更小的剩余空间。

在US 2014/18609 A1中描述了本领域已知的另一种方法。该文献描述了形成具有热固性材料作为基质材料的纤维复合材料，在该纤维复合材料上形成至少一个塑料部件。偶联剂层和粘合剂层将塑料部件接合到复合材料部件上。该方法需要多个步骤。

发明内容

本发明解决了上述问题中的一个或多个。

本发明提供一种制造成型制品的方法，所述成型制品包括复合材料部件和至少一个功能和/或结构热塑性部件，其中所述复合材料部件和所述功能和/或结构热塑性部件彼此直接连接，其中所述方法包括以下步骤：

i）提供含有热塑性材料a和连续纤维并且包括至少一个用于形成所述至少一个功能和/或结构热塑性部件的预设区域的复合材料片材，

ii）在所述至少一个预设区域上施加预设体积的包含短纤维的热塑性材料b；和

iii）在一个步骤中将所述复合材料片材和所述热塑性材料b热成形得到成型制品，其中将所述复合材料片材热成形以形成所述复合材料部件，并且将所述热塑性材料b热成形以形成所述至少一个功能和/或结构热塑性部件。

在本发明的说明书中提到特定的热塑性材料时，这不仅意味着聚合物本身，例如芳族聚碳酸酯，而且还包括包含各自聚合物的组合物，该组合物还包含常规添加剂，例如填料，脱模剂，抗氧化剂，热稳定剂和/或着色剂。

所述功能/和/或结构部件是实现某种功能的部件，例如连接元件，壳体的增强部件，不屏蔽信号光束的部件。

所述功能部件优选选自螺杆柱，卡扣配合件，螺旋凸台和信号发送和接收区域，并且所述结构部件优选是加强肋。

更优选地，所述功能部件是信号发送和接收区域，其呈两个矩形的形式，其中预设区域使得两个矩形的对称中心与复合材料片材的下边缘之间的距离为0.1-1cm，并且左和右矩形与所述复合材料片材的左和右边缘之间的距离分别为0.2-5cm。

替代地或另外地，所述功能部件优选是螺杆柱，其是内径为2.5-4mm的圆柱体，其中预设区域使得圆柱体的轴线与所述复合材料的左和右边缘之间的距离分别为0.1-1.5cm。

替代地或另外地，所述结构部件优选是加强肋，其是长度为0.4至10cm且宽度为0.5至1mm的条带。

本发明还提供了通过本发明的制造成型制品的方法制造的成型制品。

优选地，所述成型制品是电子产品的壳体或壳体的一部分，例如笔记本电脑或手机的壳体。

通过本发明的方法制造的成型制品在复合材料部件和热塑性部件之间的接合区域中表现出更高的接合强度，接合区域不包括接合线，并且接合区域中的表面缺陷减少或几乎不可见。另外，根据本发明的方法显著降低了成型制品的填充区域中的翘曲风险。而且，由于与复合材料片材不重叠，所以有更多的空间用于容纳所需的元件，例如天线。

在本说明书中，除非另外定义，否则组合物或混合物中组分的百分比是指重量百分比。除非另外特别定义，否则复合材料片材的厚度可在任何范围之间变化。

具体实施方式

步骤i）

在本发明意义上的复合材料片材是包含热塑性材料a和连续纤维的片材，优选该复合材料片材包含至少三层纤维复合材料。复合材料片材优选是用于形成复合材料部件的扁平复合材料元件，更优选是预切割的扁平复合材料片材。

复合材料片材的纤维复合材料层包含连续纤维，优选在各自层内单向排列的并且优选嵌入聚碳酸酯基塑料中的连续纤维。

在本发明的上下文中，“单向”应理解为是指连续纤维基本上单向排列，即纵向指向相同方向，因此具有相同的运行方向。在本文中，“基本上单向”应理解为是指纤维运行方向上的偏转可能至多5％。然而，优选的是，纤维运行方向的偏转明显低于3％，特别优选明显低于1％。

适用于本发明的连续纤维的实例是玻璃纤维，碳纤维，玄武岩纤维，芳族聚酰胺纤维，液晶聚合物纤维，聚苯硫醚纤维，聚醚酮纤维，聚醚醚酮纤维，聚醚酰亚胺纤维及其混合物。已经证明使用玻璃纤维或碳纤维是特别实用的，其中特别优选使用碳纤维。

在本发明的上下文中，术语“连续纤维”应理解为区别于本领域技术人员也已知的短纤维或长纤维。连续纤维优选跨纤维复合材料层的整个长度延伸。术语“连续纤维”源于这样的事实，即这些纤维通常缠绕在辊上并且在纤维复合材料的各个层的制造过程中展开并用塑料浸渍，以便除了偶尔的破损或转换辊之外，所述纤维的长度通常基本上对应于所制造的纤维复合材料层的长度。

根据最终成型制品的设计，复合材料片材的形状是任何自由形状。优选地，复合材料片材具有矩形基部区域。

优选地，在步骤i）中，所述方法还包括通过CNC切割，水射流切割，激光切割或冲切将由纤维增强的热塑性聚合物制成的复合材料片材切割成预设形状的步骤，其中特别优选CNC切割。片材的形状根据特定电子产品的壳体的形状确定。

在根据本发明的方法中，对用于步骤i）中的复合材料片材的连续纤维没有特别限制，只要它们满足电子产品壳体领域的要求，例如使用它们填充的热塑性聚合物满足强度等的要求。纤维的直径可以为例如1-100μm，优选2-10μm。如果使用的话，如果使用碳纤维丝，则碳纤维丝的直径优选在5至9μm的范围内，在玻璃纤维的情况下优选在12至25μm的范围内。

优选地，复合材料片材的热塑性材料a包括聚碳酸酯；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和/或聚甲基丙烯酸甲酯，其中特别优选聚碳酸酯。热塑性材料优选包含至少60重量％，更优选至少75重量％，特别优选至少85重量％，最优选至少90重量％的聚合物，特别是芳族聚碳酸酯。

在本发明意义上的术语“聚碳酸酯”特别是指“芳族聚碳酸酯”。这些不仅是均聚碳酸酯，还有共聚碳酸酯。聚碳酸酯可以是线性或支化的。

在根据本发明的方法中，对步骤i）中用于复合材料片材的热塑性聚合物a的数均分子量没有特别限制，只要它满足电子产品壳体领域的要求。热塑性聚合物可具有例如5,000至1,000,000g/mol，优选10,000至300,000g/mol，更优选20,000至100,000g/mol的Mn。

数均分子量（Mn）通过凝胶渗透色谱法（GPC）测量，根据GB/T 21863-2008，凝胶渗透色谱法（GPC）-四氢呋喃作为洗脱溶剂（德国标准DIN 55672-1:2007，凝胶渗透色谱法（GPC），第I部分：四氢呋喃（THF）作为洗脱溶剂，IDT）。

根据本发明适合的聚碳酸酯中的碳酸酯基团的至多80mol%，优选20mol%至50mol%的部分可以被芳族二羧酸酯基团代替。这些不仅将来自碳酸的酸基团而且将来自芳族二羧酸的酸基团并入分子链中的聚碳酸酯被称为芳族聚酯碳酸酯。为了简单起见，本申请将它们涵盖在"热塑性芳族聚碳酸酯"的总称内。

所述聚碳酸酯以已知的方式由二酚、碳酸衍生物和任选的链终止剂和任选的支化剂来制备，并且在此聚酯碳酸酯的制备涉及用芳族二羧酸或二羧酸衍生物代替一部分碳酸衍生物，并且具体地根据打算用芳族二羧酸酯结构单元代替芳族聚碳酸酯中的碳酸酯结构单元的程度。

适用于制备聚碳酸酯的二羟基芳基化合物是式（2）的那些：

其中

Z是具有6-30个碳原子的芳族基团，所述基团可以包含一个或多个芳族环、被取代和含有脂族或脂环族基团和/或烷基芳基或杂原子作为桥连单元。

式（2）中的Z优选是式（3）的基团，

其中

R6和R7彼此独立地是H，C₁-至C₁₈-烷基，C₁-至C₁₈-烷氧基，卤素如Cl或Br，或芳基或芳烷基，其各自任选被取代，并且优选是H或C₁-至C₁₂-烷基，更优选H或C₁-至C₈-烷基，非常优选H或甲基，和

X是单键，-SO₂-，-SO-，-CO-，-O-，-S-，C₁-至C₆-亚烷基，C₂-至C₅-烷叉基或C₅-至C₆-环烷叉基，其可以被C₁-至C₆-烷基，优选甲基或乙基取代，或者是C₆-至C₁₂-亚芳基，其可以任选地与含有其他杂原子的芳族环稠合。

X优选是单键，C₁-至C₅-亚烷基，C₂-至C₅-烷叉基，C₅-至C₆-环烷叉基，-O-，-SO-，-CO-，-S-，-SO₂-

或式（3a）的基团

。

适用于制备根据本发明使用的聚碳酸酯的二羟基芳基化合物的实例包括氢醌、间苯二酚、二羟基联苯、双（羟基苯基）烷烃、双（羟基苯基）环烷烃、双（羟基苯基）硫醚、双（羟基苯基）醚、双（羟基苯基）酮、双（羟基苯基）砜、双（羟基苯基）亚砜、α,α'-双（羟基苯基）二异丙基苯，以及它们的烷基化、环上烷基化和环上卤化的化合物。

优选的二羟基芳基化合物是4,4'-二羟基联苯、2,2-双（4-羟基苯基）-1-苯基丙烷、1,1-双（4-羟基苯基）苯基乙烷、2,2-双（4-羟基苯基）丙烷、2,4-双（4-羟基苯基）-2-甲基丁烷、1,3-双[2-（4-羟基苯基）-2-丙基]苯（双酚M）、2,2-双（3-甲基-4-羟基苯基）丙烷、双（3,5-二甲基-4-羟基苯基）甲烷、2,2-双（3,5-二甲基-4-羟基苯基）丙烷、双（3,5-二甲基-4-羟基苯基）砜、2,4-双（3,5-二甲基-4-羟基苯基）-2-甲基丁烷、1,3-双[2-（3,5-二甲基-4-羟基苯基）-2-丙基]苯和1,1-双（4-羟基苯基）-3,3,5-三甲基环己烷（双酚TMC）。

特别优选的二羟基芳基化合物是4,4'-二羟基联苯，1,1-双（4-羟基苯基）苯基乙烷，2,2-双（4-羟基苯基）丙烷，2,2-双（3,5-二甲基-4-羟基苯基）丙烷，1,1-双（4-羟基苯基）环己烷和1,1-双（4-羟基苯基）-3,3,5-三甲基环己烷（双酚TMC）。

在均聚碳酸酯的情况下，仅使用一种二羟基芳基化合物；在共聚碳酸酯的情况下，使用两种或更多种二羟基芳基化合物。所使用的二羟基芳基化合物以及添加到合成中的所有其他助剂和化学品可能被来自其自身合成、处理和储存的杂质污染。然而，理想的是使用极其纯的原材料合成。

由于为了调整分子量需要单官能链终止剂，因此使用酚或烷基酚，特别是苯酚、对叔丁基苯酚、异辛基苯酚、枯基苯酚、它们的氯代碳酸酯或单羧酸的酰氯和/或这些链终止剂的混合物。

支化剂或支化剂的混合物选自三酚、四酚或者三元羧酸或四元羧酸的酰氯，或者多酚的混合物或酰氯的混合物。

适用于制备聚酯碳酸酯的芳族二羧酸的实例包括邻苯二甲酸，对苯二甲酸，间苯二甲酸，叔丁基间苯二甲酸，3,3'-联苯二甲酸，4,4'-联苯二甲酸，4,4-二苯甲酮二甲酸，3,4'-二苯甲酮二甲酸，4,4'-二苯基醚二甲酸，4,4'-二苯基砜二甲酸，2,2-双（4-羧基苯基）丙烷和三甲基-3-苯基茚满-4,5'-二甲酸。所述芳族二羧酸中特别优选使用的是对苯二甲酸和/或间苯二甲酸。

二羧酸衍生物是二羧酸二酰卤和二羧酸二烷基酯，特别是二羧酸二酰氯和二羧酸二甲基酯。

用芳族二羧酸酯基团代替碳酸酯基团基本上按照化学计量地并且也定量地发生，因此反应物的摩尔比也反映在完成的聚酯碳酸酯中。芳族二羧酸酯基团的并入可以无规地或嵌段地发生。

制备根据本发明使用的聚碳酸酯（包括聚酯碳酸酯）的优选方式是已知的界面法和已知的熔融酯交换法（参见例如WO 2004/063249 A1, WO 2001/05866 A1, WO 2000/105867, US 5,340,905 A, US 5,097,002 A, US-A 5,717,057 A）。在第一种情况下，酸衍生物优选是光气和任选的二羧酸二酰氯；在后一种情况下，它们优选是碳酸二苯酯和任选的二羧酸二酯。用于聚碳酸酯制备和聚酯碳酸酯制备的催化剂、溶剂、后处理、反应条件等已被广泛描述并且在两种情况中都是众所周知的。

聚碳酸酯、聚酯碳酸酯和聚酯可以以已知的方式后处理，并通过例如挤出或注射成型加工成任何所需类型的成型品。

在根据本发明的方法中，步骤i）中使用的复合材料片材可以通过直接熔融挤出法，溶剂法，粉末化法，薄膜法等制造，或者它可以是商业产品，例如基于聚碳酸酯的连续碳纤维增强片材，来自Covestro、TenCate或Bond Laminates等供应商。

步骤ii）

根据本发明，在步骤ii）中施加热塑性材料b是指在预设区域施加所需体积的热塑性材料b，其是短纤维增强的材料，优选短玻璃纤维增强的。

在根据本发明的方法中，步骤ii）中的预设区域是用于形成与壳体连接的功能部件和/或结构部件的位置。优选地，功能部件和/或结构部件选自信号发送和接收区域，螺杆柱和加强肋。对于信号发送和接收区域，它可以是例如尺寸为6cm×1cm的两个矩形的形式，并且可以根据实际要求来布置复合材料片材上的两个矩形的位置。螺杆柱可以是内径为2.5至4mm的圆柱体，并且也可以根据实际要求来布置复合材料片材坯料上的圆柱体的位置。对于加强肋，可以根据实际要求来布置其在复合材料片材上的位置，例如，加强肋与复合材料片材上边缘之间的距离为0.1-5cm，并且加强肋在长度方向上平行于复合材料片材并且沿长度方向穿过复合材料片材坯料。

优选地，在步骤ii）中，通过注射成型或三维（3D）打印将一种（或多种）热塑性材料b设置在复合材料片材上。

优选地，热塑性聚合物材料b在步骤ii）中通过注射成型施加。在这种情况下，步骤i）中提供的复合材料片材可以插入注射模具中，如图2a所示。在制造时，可以预先将已经例如通过CNC切割的复合材料片材布置到模具中，然后通过注射成型将所需量的热塑性聚合物材料b注射到复合材料片材的预设区域，其中所述热塑性材料b可以是玻璃纤维填充的热塑性聚合物材料，特别是芳族聚碳酸酯。以一定量注射聚合物材料b可以是精确位置处的材料补充。

在注射成型过程中，根据步骤iii）的设计要求，将热塑性材料b以限定的体积在限定的位置成型到复合材料片材上，其中形成复合材料部件和背面成型（backmolding）结构的最终几何形状。注射成型的加工条件可根据具体的热塑性聚合物材料确定。例如，在使用以大量玻璃纤维增强的聚碳酸酯作为热塑性材料b的情况下，注射成型的温度可以是240至310℃，模具温度可以是70至110℃，注射压力可以是85至240MPa，和背压可以是0.3至1.4MPa。

替代地，在步骤ii）中通过3D打印施加热塑性聚合物b。在这种情况下，使用由计算机控制的三维打印机以熔融沉积的方式将热塑性材料b逐层地施加到复合材料片材的预设区域，而不用插入带有模具的插入物。3D打印可以以简单的方式进行，使得热塑性材料b布置在预设区域中，而不使用任何模具。

3D打印的加工条件必须根据特定的热塑性聚合物来确定。例如，在使用（特别是以大量玻璃纤维增强的）芳族聚碳酸酯作为热塑性聚合物的情况下，3D打印的温度可以是260至310℃。

在步骤ii）中通过注射成型施加热塑性聚合物材料b是优选的。

在根据本发明的方法中，对步骤ii）中包含短纤维的热塑性材料b没有特别限制。它可包含用于在电子产品壳体上形成功能部件的任何热塑性聚合物。优选地，热塑性材料b选自聚碳酸酯（PC），丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或其组合，其中特别优选芳族聚碳酸酯。热塑性聚合物的数均分子量（M_n）可以为5,000至1,000,000g/mol，优选10,000至300,000g/mol，更优选20,000至100,000g/mol。

步骤ii）中的热塑性材料b用短纤维增强，其中纤维可以是例如合成纤维（例如聚酯纤维），碳纤维或玻璃纤维，但不限于此。短纤维优选是玻璃纤维，更优选平均长度为0.2-10mm，更优选1-8mm，最优选2-6mm的玻璃纤维。

特别优选地，步骤ii）的热塑性聚合物材料在UL 94测试中在0.5-3.0mm厚度下达到V0等级。

如果存在多个结构和/或功能部件，则可以将不同的聚合物材料用于不同的部件。

在根据本发明的方法的步骤ii）中，纤维增强的热塑性树脂粒料可以通过将短纤维和作为基质材料的热塑性树脂以所需比例混合和然后以聚合物领域中的常规方式加工该混合物（例如造粒）来制造。这些同样是商业产品，例如来自Covestro的50重量％玻璃纤维增强的聚碳酸酯Makrolon® GF9020。

在本发明的步骤ii）中，将用于形成热塑性部件的热塑性材料b在预设区域中以预设量设置在复合材料片材上。具体地，在根据本发明的方法中，预设量没有特别限制。优选地，它是形成所需热塑性部件所需的量。

在信号发送和接收区域中，所设置的热塑性材料b可以是玻璃纤维填充的热塑性聚合物，特别是短玻璃纤维填充的芳族聚碳酸酯。在不是信号发送和接收区域的区域中，所设置的热塑性材料b可以替代地包含碳纤维。

步骤iii）

在根据本发明的方法中，对于步骤iii）中的热成形，将热塑性材料b在步骤ii）中施加在预设区域中，以便在步骤iii）的热成形过程中在复合材料片材的所需区域中形成一个或多个功能区域、功能部件和/或结构部件。这在热成形之后得到最终的成型制品。

在步骤iii）中，将精确地形成最终制品，其中步骤ii）中的热塑性材料b设置在步骤i）中提供的复合材料片材的预设区域中。

在根据本发明的方法中，所使用的模具可以是快速加热和快速冷却的模具，模具的温度应能够升高到400℃以适合不同的热塑性复合材料并且模具应该被设计为在加热和冷却过程中实现均匀的温度分布。其热成形条件可以通过复合材料片材的热塑性基材的类型和热塑性部件的材料的类型来确定。在芳族聚碳酸酯的情况下，在热成形过程中的热成形温度可以是例如160至230℃，并且热成形压力可以是5至20MPa，优选10至15MPa。

在热成形过程中，将已经在所需区域中加入起始材料（施加的热塑性材料b）的复合材料片材加工成最终成型的，优选三维的制品。

在热成形之后，优选涂覆所得的最终制品。关于涂层，它可以具有多种功能，例如作为绝缘层以增加安全性，或者是皮肤状涂层以改善触感，或者涂覆有钢琴烤漆以装饰表面。

然而，在步骤iii）中，也可以在热成形之前将薄膜层放置在复合材料片材的表面上，以在该步骤中也完成表面装饰，而无需额外的涂覆步骤，其中将薄膜层放置在片材的与用于形成热塑性部件的热塑性材料b相对的位置上。薄膜层可以具有上述涂层的功能，并且可以是可剥离的层或不可剥离的层，这取决于具体要求。随后，它可以通过热成形与复合材料片材坯料一起形成为最终制品。

优选地，根据本发明的方法获得的成型制品是电子产品的壳体。特别优选的是笔记本电脑或手机的壳体。

与在现有技术中首先热成形和然后注射成型以形成功能部件的多个步骤相比，在本发明的方法中实施的注射成型允许使用相对简单的注射成型工具和对步骤ii中的模具的精度要求较低。

此外，根据本发明的方法通过首先在复合材料片材的预定位置处施加用于形成功能部件的热塑性材料b和然后整体热成形整个片材来实现整体成型的最终制品。由于在施加热塑性聚合物的过程中仅需要通过注射成型或3D打印在特定位置进行加料以在步骤ii）中形成功能区域、功能部件和/或结构部件，因此需要注射成型或3D打印的区域（例如天线区域，凸台，肋）可以比现有技术中的相对小得多，现有技术在大多数情况下需要在复合材料片材的整个框架中进行二次成型。因此，翘曲的可能性因此显著降低。另外，由于加料过程简单，对注射成型模具的要求较低和在3D打印的情况下甚至也不需要注射成型，因此模具成本显著降低。在步骤iii）中，预设位置已经用所需热塑性材料注射成型或3D打印的复合材料片材将被热成形，这取决于复合材料片材和热塑性聚合物中的基质树脂材料，需要相对较高的成形温度（比注射成型过程中的模具温度高得多）以热成形复合材料片材。在应用具有聚碳酸酯材料作为基质材料和作为功能和/或结构部件的热塑性材料的复合材料片材的情况下，需要150℃至230℃的热成形温度，更优选需要170℃至210℃以形成复合材料片材。在热成形过程中，复合材料片材中的热塑性基质树脂和注射成型的热塑性聚合物将被加热并很好地熔融并相互混合，从而形成强接合强度。

与现有技术中通过首先热压成型和然后注射成型形成的制品的接合区域相比，在根据本发明的方法中，由于热压成型本身的特性，复合材料片材的热塑性材料和位于预定位置的那些将很好地熔融并相互混合和在压力下冷却，这导致高得多的接合强度。另外，由于通过热成形实现了如在本发明中提到的接合，因此接合区域的表面处于相同的水平，从而消除了接合线。因此，不必在接合区域随后进行抛光步骤。同时，接合区域的表面缺陷在数量上显著减少或基本上看不出。

另一方面，本发明还提供一种成型制品，其是通过本发明的制造成型制品的方法获得的。

对于根据本发明的成型制品，上面在制造成型制品的方法的描述中所提及的实施方案同样适用，因此这里省略其细节。

附图说明

借助于以下附图进一步说明本发明，但本发明不限于此。

图1是在根据本发明的示例性实施方案中用作笔记本电脑的A-盖的复合材料片材的示意图，其由计算机数控机器（CNC）切割。

图2是在根据本发明的示例性实施方案中通过a）注射成型或b）三维打印在复合材料片材的预设区域中的补充材料（施加的热塑性聚合物）的示意图。

图3是显示在根据本发明的示例性实施方案中随负载变化的样品的偏转（变形）的图。

图1显示了根据本发明的示例性实施方案，其中1代表复合材料片材。当进行CNC切割时，首先将复合材料片材切割成预设尺寸，然后根据成型制品（例如笔记本电脑的A-盖）的具体要求切割以获得包括凸起和凹陷的边缘。这些可以根据相应的产品进行调整。另外，由于传统的碳纤维增强的热塑性聚合物复合材料对无线信号具有电磁屏蔽，因此需要在制造笔记本电脑的A盖的过程中在复合材料片材的下部位置切割出信号发送和接收区域3。该区域可以补充有不具有电磁屏蔽的玻璃纤维增强热塑性聚合物，如下所述。通过设计模具以通过注射成型补充复合材料片材表面上的材料，可以采用具有特殊结构的区域的材料补充，例如较长的加强肋。所得的复合材料片材坯料具有如图1所示的形状，其中它通常具有约0.60至1.4mm的厚度。然而，其尺寸和厚度不限于此，而是可以根据实际要求在宽范围内调整。

实施例

参考下面的实施例，将详细描述本发明。这些实施例仅用于说明的目的，而不是意图限制本发明的范围。

原料和设备

含有50体积％碳纤维的连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料片材（纤维单向排列），CFFR1000，来自Covestro；

含有50重量％玻璃纤维的短玻璃纤维增强聚碳酸酯，Makrolon® GF9020，购自Covestro；

注射成型机，ENGEL DUO 3550/650，购自Engel Machinery有限公司；

热压成型机，HPFM-500A，购自东莞侨联机械有限公司；

负载-变形测试仪，9603SP，购自SE Testsystems有限公司。

实施例1

根据本发明制造成型制品

i）通过CNC将厚度为1.0mm的复合材料片材CF FR1000切割成324mm长和210mm宽的尺寸。

ii）将切割的复合材料片材放入注射成型机的模具中，关闭模具并进行注射以将所需量的热塑性材料b施加到复合材料片材上，使得8cm³的玻璃纤维增强聚碳酸酯Makrolon® GF9020（50重量％玻璃纤维）注射成型成信号发送和接收区域3，以及使得0.6cm³和1.3cm³的玻璃纤维增强聚碳酸酯Makrolon® GF9020（50重量％玻璃纤维）分别注射成型成螺杆柱2和加强肋4（如图1所示）；其中注射成型的熔融温度为300℃，模具温度为90℃，注射压力为100MPa，和背压为0.8MPa；并且其中信号发送和接收区域3是两个6cm×1cm×0.1cm（长×宽×高）矩形的形式，两个矩形的对称中心距复合材料片材的下边缘的距离为0.2cm，并且左/右矩形与复合材料片材的左/右边缘的距离分别为1cm，螺杆柱2是内径为3mm的圆柱体，其轴线与复合材料片材的左/右边缘的距离为0.3cm，和加强肋4为宽度为0.43cm的棒，其与复合材料片材的上边缘的距离为1cm，在长度方向上与复合材料片材平行并且沿长度方向穿过复合材料片材。

iii）在注射完成后和在冷却和脱模后，在复合材料片材上通过注射成型工艺将所需体积的热塑性材料添加到预设区域，在热成形过程中将添加的热塑性材料形成为复合材料片材上的功能区域、功能和/或结构部件。对于热成形过程，将模具温度设定在200℃并加热片材，将片材在该温度下保持约30-60秒，然后施加约15MPa的压力并在片材上保持约20-30秒进行热成形。随后将具有结构和/或功能部件的复合材料部件冷却并脱模，得到样品1的根据本发明的成型制品。

实施例2

现有技术中制造成型制品

i）使用实施例1的步骤i）中所述的方法，通过CNC将厚度为1.0mm的复合材料片材CFFR1000切割成324mm长和210mm宽的尺寸。

ii）将预切割的片材放入热成形模具中，将模具温度设定在200℃并加热片材并在该温度下保持约30-60秒，然后施加约15MPa的压力并在片材上保持约20-30秒以使片材热成形。然后，将模具冷却至约75℃，并将形成的片材（复合材料部件）脱模。

iii）将上述复合材料部件放入注射成型模具中，将机筒温度设定在280-320℃，注射速度曲线（最大注射速度150mm/s）和保持压力设定为最大注射压力的70％，然后将片材的边缘二次成型以形成凸台、肋、边缘和天线区域。

在注射完成后和在脱模和冷却后，得到样品2的现有技术中的成型制品。

性能测试

测试如上得到的样品1和2。在测试过程中，将样品放在购自SE Testsystems有限公司的负载-变形测试仪9603SP的平台上，并使用探头（probe）在其前边缘（在两步骤成型中位于接合区域）挤出。在初始负载的基础上，逐渐增加负载在样品上的力，并且同时相对于水平面测量样品表面的偏转，直到样品中发生破裂。测试参数如表1所示。

表1

样品	探头中心与样品右边缘之间的距离（mm）	探头中心与样品左边缘之间的距离（mm）	探头中心与样品前边缘之间的距离（mm）	初始负载（kgf）	探头直径（mm）	负载范围（N）	偏转范围（mm）	负载速度（mm/min）
									1	246	78	3	0.01	10	500	5	2
2	246	78	3	0.01	10	500	5	2

测试结果如表2所示。

表2

样品	破裂前的最大偏转（mm）	最大负载（N）
			1	2.130	246.8
2	1.270	122.6

图3显示两个样品的偏转随负载变化而变化。从表2和图3的结果可以看出，根据本发明的样品1的接合区域处的接合强度显著大于通过现有技术的方法获得的样品2的接合强度。此外，可以发现接合区域的表面缺陷显著减少，并且在根据本发明的成型制品的情况下在填充区域没有发生翘曲。另外，在根据本发明的方法的注射成型中使用的模具比在现有技术的方法的注射成型中使用的模具更简单，并且成本更低。

以上仅是本发明的优选实施例，不用于限制本发明。对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明范围的情况下，可以对本发明的组合物和方法进行各种修改和变化。参考本说明书中的公开内容，本领域技术人员还可以达到其他实施例。本说明书和实施例应仅视为说明性的，本发明的真实范围由所附权利要求及其等同方案限定。

Claims

1.一种制造成型制品的方法，所述成型制品包括复合材料部件和至少一个功能和/或结构热塑性部件，其中所述复合材料部件和所述功能和/或结构热塑性部件彼此直接连接，其中所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述成型制品是电子产品的壳体或壳体的一部分。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述成型制品是笔记本电脑或手机的壳体或壳体的一部分。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述热塑性材料a和/或所述热塑性材料b选自聚碳酸酯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，聚甲基丙烯酸甲酯或其组合。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述复合材料片材是碳纤维-或玻璃纤维增强的聚碳酸酯复合材料片材。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述连续纤维是单向排列的。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述步骤ii）中，通过注射成型或三维打印成型而将所述热塑性聚合物材料施加在所述复合材料片材上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述功能或结构部件选自螺杆柱，信号发送和接收区域和/或加强肋。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述短纤维是玻璃纤维。

10.一种成型制品，其通过根据权利要求1至9中任一项所述的方法制造。

11.根据权利要求10所述的成型制品，其中所述制品是笔记本电脑或手机的壳体或壳体的一部分。