CN110549653A - 一种纤维增强复合型材及其制备方法和显示设备边框 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维增强复合型材及其制备方法和显示设备边框。纤维增强复合型材包括型材基体和包裹于所述型材基体外侧的外增强层，所述型材基体由树脂部、若干束单向连续纤维束和至少一个内增强片固化而成。所述显示设备边框，由所述纤维增强复合型材制成。纤维增强复合型材的制备方法包括：将第一增强材料、若干束单向连续纤维束和第二增强材料作为来料共同进入拉挤成型设备的充满树脂的浸胶槽中浸渍；将浸渍后的来料进入到拉挤成型工艺的下一步骤并按步骤依次进行。本发明的纤维增强复合型材的制备采用拉挤成型工艺，制品的综合性能优异、可连续性生产、效率高且成本低，应用于显示器边框领域，可用于尺寸较大的显示设备中。

Description

一种纤维增强复合型材及其制备方法和显示设备边框
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种纤维增强复合型材及其制备方法和显示设备边框。
背景技术
众所周知，显示设备边框材质大致分为两类，一类是金属边框如铝合金、镁合金或不锈钢等，另一类则为塑胶类边框，如ABS工程塑料或ABS+PC等。随着显示器行业的发展，金属材质边框除了其固有的优点外也暴露出一些问题，如电磁屏蔽效应，金属边框材料会对信号产生较大的影响，同时在较大的显示设备上采用金属边框会进一步增加设备重量，对比塑胶类边框，金属材料的成本也相对较高。尽管如此，塑胶边框也存在一些急需解决的问题，传统的塑胶显示设备边框多采用注塑成型工艺生产，该工艺的模具成本高，生产效率较低，同时注塑成型塑胶边框的机械强度可能无法承载尺寸较大的显示设备。
因此通过改进生产工艺，选择合适的加工材料制备出一种综合性能优异且成本低廉的复合材料，并将该材料应用于显示设备边框具有重要的意义。相较于注塑工艺，拉挤成型工艺具有其独特的优势。拉挤工艺是一种连续制备复合型材的生产方法，具体是通过牵引设备将连续纤维或其织物进行树脂浸渍并通过具有一定截面形状的成型模具，在模具内加热使树脂固化后连续出模，冷却后定长切割即可得到拉挤成型制品。拉挤成型工艺具有模具结构简单、生产效率高、自动化程度高且拉挤制品性能优异等优点，非常适合连续性大批量生产具有一定截面形状的纤维复合型材。
拉挤成型制品中纤维含量可高达80％，在浸渍树脂后可充分发挥增强材料的作用，线性型材在垂直于纤维方向上的弯曲强度和弯曲弹性模量都非常高，但在平行纤维的方向上力学强度不足，抗扭曲强度不高。如果将现有的拉挤型材直接应用到显示设备边框上，其横向性能不能满足要求，还有待提高。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种纤维增强复合型材，其力学性能优异、不仅在垂直于纤维方向具有良好的弯曲强度和弯曲弹性模量还具有良好的平行方向的力学强度和抗扭曲强度，变形率低、耐老化，适合作为显示设备边框材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种纤维增强复合型材，其特征在于，包括：型材基体和包裹于所述型材基体外侧的外增强层，所述型材基体由树脂部、若干束单向连续纤维束和至少一个内增强片固化而成，所述树脂部填充于所述外增强层形成的内腔中、所述单向连续纤维束和所述内增强片之间。
本发明在现有的纤维型材基础上，在内部增加了内增强片，在外部增加了外增强层，与原有的纤维型材相比，在型材的长度方向(平行方向)上力学强度和抗扭曲强度得到了很大的提升，使最终制备得到的型材可应用于显示设备边框，并可支撑尺寸较大的显示设备。
作为一种实施方式，所述外增强层和所述内增强片均是纤维毡。在其他实施例中，外增强层和内增强片可以是其他材质，只要能对型材起到在长度方向力学强度和抗扭曲强度提升的效果并使整体型材的力学性能优异即可。
进一步地，所述纤维毡中采用的纤维选自E玻璃纤维、C玻璃纤维、S玻璃纤维、T玻璃纤维、AR玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酯纤维、维尼纶合成纤维、混合纤维中的一种或多种；所述树脂部中的树脂材质选自不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、邻苯树脂、热塑性树脂中的一种或多种。
进一步地，所述纤维增强复合型材由拉挤成型工艺制备得到。
本发明还提供一种显示设备边框，采用所述的纤维增强复合型材制成。由该纤维增强复合型材制备的显示设备边框，不仅避免了金属材质边框的缺陷，而且具有良好的垂直方向的弯曲强度和弯曲弹性模量还具有横向的力学强度和抗扭曲强度，其机械强度足够承载尺寸较大的显示设备。
本发明还提供一种纤维增强复合型材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将作为内增强片的第一增强材料、若干束单向连续纤维束和作为外增强层的第二增强材料作为来料共同进入拉挤成型设备的充满树脂的浸胶槽中浸渍，所述第二增强材料位于所述第一增强材料和所述若干束单向连续纤维束的外侧；在所述浸渍过程中，可以通过挤胶辊使树脂进一步浸渍增强材料，同时控制含胶量和排除整个材料体系中的气泡；
S2：将浸渍后的来料进入到拉挤成型工艺的下一步骤并按步骤依次进行得到所述纤维增强复合型材。
本发明的纤维增强复合型材的制备方法，其工艺简单、操作方便、成本低廉，且使制备得到的纤维增强复合型材力学性能优异、变形率低、耐老化，适合作为显示设备边框材料。
进一步地，所述S2包括以下步骤：
S21：将浸渍后的来料进入拉挤成型设备的预成型装置，挤出多余树脂，并形成具有与预成型装置中模腔的断面形状和尺寸的预成型体，随后使预成型体进入加热固化成型模具进行成型固化；
S22：通过牵引设备拉挤成型，并按照所需型材长度，通过刀具切断。
作为一种实施方式，所述第一增强材料和第二增强材料均是纤维毡。在其他实施例中，第一增强材料和第二增强材料可以是其他材质，只要经拉挤成型后使得到的纤维增强复合型材具有在长度方向上较好的力学强度和抗扭曲强度并使整体型材的力学性能优异即可。
进一步地，所述纤维毡中采用的纤维选自E玻璃纤维、C玻璃纤维、S玻璃纤维、T玻璃纤维、AR玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酯纤维、维尼纶合成纤维、混合纤维中的一种或多种；所述浸渍槽中的浸渍用树脂选自不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、邻苯树脂、热塑性树脂中的一种或多种。
作为一种实施方式，所述纤维增强复合型材的截面呈方形，所述内增强片有多个且无规排列，所述外增强层为一层，位于所述纤维增强复合型材的四个侧面。
本发明的纤维增强复合型材，具有以下有益效果：
(1)本发明的纤维增强复合型材，具有力学性能优异(包括各个方向的强度及抗扭曲性能等)、变形率低、耐老化的优点；
(2)本发明的纤维增强复合型材的制备采用拉挤成型工艺，制品的综合性能优异、可连续性生产、效率高且成本低；
(3)本发明的纤维增强复合型材的制备方法在传统拉挤成型工艺的基础上，在型材内部增加一层或多层第一增强材料(例如纤维毡)，在传统材料的外侧面(例如上、下、左以及右表面)上各增加一层或多层第二增强材料(例如纤维毡)，可显著提高制品，尤其是中空制品的环向和横向强度以及抗扭曲性能，同时防止制品表面分层断裂；
(4)将本发明的纤维增强复合型材应用于显示器边框领域，避免了金属材质边框带来的电磁屏蔽问题，同时有效降低设备整体重量，降低成本，另一方面相较于传统塑胶边框，改善了注塑制品模具成本高、中空制品横向机械性能差以及生产效率低等缺点，使其可以应用于尺寸较大的显示设备中。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是实施例1中纤维增强复合型材的横截面视图；
图2是实施例3中纤维增强复合型材的制备时所应用的拉挤成型设备示意图；
图3是实施例3中的来料进入浸胶槽前的侧视图；
图4是图3的A-A剖视图；
其中：1.1-预成型装置，1.2-加热固化成型模具，1.3-牵引设备，1.4-刀具，2.1-第一增强材料，2.2-第二增强材料，2.3-单向连续纤维束，3.1-型材基体，3.11-树脂部，3.12-单向连续纤维束，3.13-内增强片，3.2-外增强层。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例的纤维增强复合型材，包括：型材基体3.1和包裹于型材基体3.1外侧的外增强层3.2，型材基体3.1由树脂部3.11、若干束单向连续纤维束3.12和至少一个内增强片3.13固化而成，树脂部3.11填充于外增强层3.2形成的内腔中、单向连续纤维束3.12和内增强片3.13之间。
作为一种实施方式，所述外增强层3.2和所述内增强片3.13均可以是纤维毡。在其他实施例中，外增强层和内增强片当然还可以是其他材质，只要能对型材起到在长度方向力学强度和抗扭曲强度提升的效果并使整体型材的力学性能优异即可。
作为一种实施方式，所述纤维毡中采用的纤维可以是选自E玻璃纤维、C玻璃纤维、S玻璃纤维、T玻璃纤维、AR玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酯纤维、维尼纶合成纤维、混合纤维中的一种或多种；所述树脂部中的树脂材质可以选自不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、邻苯树脂、热塑性树脂中的一种或多种。
作为一种具体实施方式，所述纤维增强复合型材可由拉挤成型工艺制备得到。
作为一种具体实施方式，如图1所示，所述纤维增强复合型材的截面呈方形，内增强片3.13为一个，外增强层3.2为一层，位于所述纤维增强复合型材的四个侧面。当然在其他实施方式中，内增强片可以有多个，以起到更好的对长度方向力学强度的提升作用。
本发明的纤维增强复合型材，在现有的纤维型材基础上，在内部增加了内增强片，在外部增加了外增强层，与原有的纤维型材相比，在型材的长度方向(平行方向)上力学强度和抗扭曲强度得到了很大的提升，使整体力学性能优异、变形率低、耐老化，适合作为显示设备边框材料。
实施例2
本实施例的显示设备边框(未图示)，采用本发明的纤维增强复合型材制成。
由本发明的纤维增强复合型材制备的显示设备边框，不仅避免了金属材质边框的缺陷，而且具有良好的垂直方向的弯曲强度和弯曲弹性模量还具有横向的力学强度和抗扭曲强度，力学性能优异、变形率低、耐老化，其机械强度足够承载尺寸较大的显示设备。
实施例3
本实施例的纤维增强复合型材的制备方法，包括以下步骤：
S1：将作为内增强片的第一增强材料2.1、若干束单向连续纤维束2.3和作为外增强层的第二增强材料2.2作为来料共同进入拉挤成型设备(如图2所示)的充满树脂的浸胶槽(未图示，位于预成型装置1.1之前)中浸渍(如图3～4所示)，第二增强材料2.2位于第一增强材料2.1和若干束单向连续纤维束2.3的外侧；在所述浸渍过程中，可以通过挤胶辊使树脂进一步浸渍增强材料，同时控制含胶量和排除整个材料体系中的气泡；
S2：将浸渍后的来料进入到拉挤成型工艺的下一步骤并按步骤依次进行得到所述纤维增强复合型材。
具体地，所述S2可以包括以下步骤：
S21：将浸渍后的来料进入拉挤成型设备的预成型装置1.1，挤出多余树脂，并形成具有与预成型装置1.1中模腔的断面形状和尺寸的预成型体，随后使预成型体进入加热固化成型模具1.2进行成型固化；
S22：通过牵引设备1.3拉挤成型，并按照所需型材长度，通过刀具切断。
作为一种实施方式，第一增强材料2.1和第二增强材料2.2均是纤维毡。在其他实施方式中，第一增强材料和第二增强材料可以是其他材质，只要经拉挤成型后使得到的纤维增强复合型材具有在长度方向上较好的力学强度和抗扭曲强度并使整体型材的力学性能优异即可。
作为一种实施方式，所述纤维毡中采用的纤维可以选自E玻璃纤维、C玻璃纤维、S玻璃纤维、T玻璃纤维、AR玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酯纤维、维尼纶合成纤维、混合纤维中的一种或多种；所述浸渍槽中的浸渍用树脂可以选自不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、邻苯树脂、热塑性树脂中的一种或多种。
作为一种具体实施方式，所述纤维增强复合型材的截面可以呈方形，所述内增强片有一个，所述外增强层为一层，位于所述纤维增强复合型材的四个侧面。在其他优选实施方式中，内增加片可以有多个且无规排列，以起到更好在各个方向的力学强度均一且达到力学性能优异的效果。
本发明的纤维增强复合型材的制备方法，采用拉挤成型工艺，其工艺简单、操作方便、成本低廉，制品的综合性能优异、可连续性生产、效率高且成本低。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图描述的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种纤维增强复合型材，其特征在于，包括：型材基体和包裹于所述型材基体外侧的外增强层，所述型材基体由树脂部、若干束单向连续纤维束和至少一个内增强片固化而成，所述树脂部填充于所述外增强层形成的内腔中、所述单向连续纤维束和所述内增强片之间。
2.根据权利要求1所述的纤维增强复合型材，其特征在于，所述外增强层和所述内增强片均是纤维毡。
3.根据权利要求2所述的纤维增强复合型材，其特征在于，所述纤维毡中采用的纤维选自E玻璃纤维、C玻璃纤维、S玻璃纤维、T玻璃纤维、AR玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酯纤维、维尼纶合成纤维、混合纤维中的一种或多种；所述树脂部中的树脂材质选自不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、邻苯树脂、热塑性树脂中的一种或多种。
4.根据权利要求1～3任一所述的纤维增强复合型材，其特征在于，所述纤维增强复合型材由拉挤成型工艺制备得到。
5.一种显示设备边框，其特征在于，采用权利要求1～4任一所述的纤维增强复合型材制成。
6.一种纤维增强复合型材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将作为内增强片的第一增强材料、若干束单向连续纤维束和作为外增强层的第二增强材料作为来料共同进入拉挤成型设备的充满树脂的浸胶槽中浸渍，所述第二增强材料位于所述第一增强材料和所述若干束单向连续纤维束的外侧；
S2：将浸渍后的来料进入到拉挤成型工艺的下一步骤并按步骤依次进行得到所述纤维增强复合型材。
7.根据权利要求6所述的纤维增强复合型材的制备方法，其特征在于：所述S2包括以下步骤：
S21：将浸渍后的来料进入拉挤成型设备的预成型装置，挤出多余树脂，并形成具有与预成型装置中模腔的断面形状和尺寸的预成型体，随后使预成型体进入加热固化成型模具进行成型固化；
S22：通过牵引设备拉挤成型，并按照所需型材长度，通过刀具切断。
8.根据权利要求6所述的纤维增强复合型材的制备方法，其特征在于：所述第一增强材料和第二增强材料均是纤维毡。
9.根据权利要求8所述的纤维增强复合型材的制备方法，其特征在于：所述纤维毡中采用的纤维选自E玻璃纤维、C玻璃纤维、S玻璃纤维、T玻璃纤维、AR玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酯纤维、维尼纶合成纤维、混合纤维中的一种或多种；所述浸渍槽中的浸渍用树脂选自不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、邻苯树脂、热塑性树脂中的一种或多种。
10.根据权利要求6所述的纤维增强复合型材的制备方法，其特征在于：所述纤维增强复合型材的截面呈方形，所述内增强片有一个，所述外增强层为一层，位于所述纤维增强复合型材的四个侧面。
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