CN113799316A - 复合板材的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合板材的制造方法，其包括如下步骤：S1：提供曲面的板状构件，所述板状构件包括位于外周的侧端面、第一外观面以及第一内侧面，所述第一外观面为内凹面，所述第一内侧面为外凸面；S2：将步骤S1中的所述板状构件置于注塑模具内，将熔融的树脂注入至少部分侧端面，使树脂形成与所述板状构件相连接的树脂构件；S3：将步骤S2中的所述树脂构件进行冷却，所述树脂构件在收缩后将所述曲面的板状构件弯成平面的板状构件，以形成所述复合板材。相较于现有技术，本发明将板状构件预先制备呈一定弧度，然后注塑树脂，树脂在冷却过程中收缩，将有一定弧度的板状构件弯成平面，从而解决了注塑导致复合板材变形翘曲的问题。

Description

复合板材的制造方法
技术领域
本发明涉及一种复合板材的制造方法，其中复合板材能够作为电子电器设备的壳体使用。
背景技术
随着电子电器设备的便携化发展，对设备的小型化、薄壁化的要求越来越高。设备的内部部件通常需要壳体的保护，如果壳体本身的强度不够，当壳体收到外力作用时将会发生弯曲变形，进而与内部部件接触、挤压引起破坏。因此设备的壳体在轻量化、薄壁化的同时，还要求壳体具有高强度和高刚度。
现有技术中的复合板材通常包括板状构件以及一次注塑成型在板状构件四周的树脂构件，其中板状构件通常为由碳纤维复合材料构成的夹层结构，并作为壳体中间部分，以保证壳体具有足够的刚度和强度；而树脂构件一般为短切纤维增强热塑性塑料，其作为壳体的外框部分。但是，短切纤维增强热塑性塑料在成型过程是通过高温让树脂熔融流动，然后注入模具后成型冷却、定型。在冷却的过程中，位于外框中间区域的板材几乎没有收缩，而塑料外框冷却收缩，产生了内应力，导致整个壳体容易发生翘曲变形，从而影响了壳体的尺寸精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合板材的制造方法，能够得到不容易发生变形的复合板材。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种复合板材的制造方法，其包括如下步骤：
S1：提供曲面的板状构件，所述板状构件包括位于外周的侧端面、第一外观面以及与所述第一外观面相对的第一内侧面，所述第一外观面为内凹面，所述第一内侧面为外凸面；
S2：将步骤S1中的所述板状构件置于注塑模具内，将熔融的树脂注入所述板状构件的至少部分侧端面，使树脂形成与所述板状构件相连接的树脂构件；
S3：将步骤S2中的所述树脂构件进行冷却，所述树脂构件在收缩后将所述曲面的板状构件弯成平面的板状构件，以形成所述复合板材。
作为本发明进一步改进的技术方案，步骤S1包括如下子步骤：
S11：芯材前体制备：将环氧树脂、固化剂、发泡剂与纤维混合均匀形成纤维树脂混合物，并将所述纤维树脂混合物压成一定厚度的片状芯材前体；或者
将环氧树脂、固化剂、发泡剂混合均匀形成树脂混合物，然后将所述树脂混合物涂覆在连续纤维布、长纤维毡或短切纤维毡的至少一面，通过压力将所述树脂混合物挤压到纤维的内部，形成一定厚度的片状芯材前体；
S12：板材前体制备：在所述芯材前体的上、下表面铺设由若干层连续碳纤维增强环氧树脂预浸布构成的表层基材前体，以形成具有夹心结构的板材前体；
S13：板材制备：将步骤S12中的所述板材前体置于板材成型模具中，使所述表层基材前体固化为上、下表层基材，所述芯材前体在成型过程中发泡并固化，形成具有空隙的芯材。
作为本发明进一步改进的技术方案，步骤S1还包括如下子步骤：
S14：板材加工：将步骤S13中得到的所述板材的四周边缘加工成预设的直线和/或曲线造型，以形成所述侧端面。
作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤S13中，将所述板材前体置于所述板材成型模具中，并在合模后施加0.1-5MPa的压力、温度升至110℃-200℃，模压5-60分钟，以得到所述板材。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述树脂是纤维增强热塑性树脂，其中所述纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、丙纶、涤纶、腈纶、锦纶中的一种或多种；所述热塑性树脂为聚碳酸酯、尼龙、PPS、ABS中的一种或多种。
作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤S1中，所述外凸面的最高点与最低点在法向上的距离为L，其中0.1mm≤L≤30mm。
作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤S3中，所述树脂构件设有第二外观面以及与所述第二外观面相对的第二内侧面，其中所述第二外观面与所述第一外观面平齐，所述第二内侧面凸出于所述第一内侧面。
作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤S1中，所述平面的板状构件包括上表层基材、下表层基材以及位于所述上表层基材与所述下表层基材之间的芯材，所述芯材的内部具有空隙，所述芯材的比重为ρ，其中0.1≤ρ≤1.5；所述芯材的厚度为t，其中0.1mm≤t≤2mm；所述芯材的材质为发泡材料、纤维增强发泡材料、空心玻璃微珠填充树脂、蜂窝材料、波纹板、轻木中的一种或多种。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述上表层基材和/或所述下表层基材为第一纤维增强第一树脂基复合材料，所述芯材为第二纤维增强第二树脂基发泡材料，所述第二树脂基发泡材料为环氧树脂基发泡材料。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一纤维增强第一树脂基复合材料为连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述上表层基材、所述下表层基材以及所述芯材中氯含量小于900ppm、溴含量小于900ppm且所述氯含量与所述溴含量的总和小于1500ppm；所述上表层基材的阻燃等级为V0级或V1级，所述下表层基材的阻燃等级为V0级或V1级。
作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤S1中，沿所述板状构件的厚度方向看，所述侧端面为直线和/或具有凹凸形状的曲线。
作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤S1中，所述板状构件包括至少一个台阶部，所述台阶部包括第一板片部以及高于所述第一板片部的第二板片部，所述侧端面包括位于所述第一板片部上的第一侧面以及位于所述第二板片部上的第二侧面；沿所述板状构件的厚度方向看，所述第一侧面为直线和/或具有凹凸形状的曲线，所述第二侧面为直线和/或具有凹凸形状的曲线。
作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤S3中，所述第一侧面与所述树脂构件相连接，所述第二侧面与所述树脂构件相连接或者所述第二侧面与所述树脂构件之间具有间隙。
相较于现有技术，本发明将板状构件预先制备呈一定弧度，然后注塑树脂，树脂在冷却过程中收缩，将有一定弧度的板状构件弯成平面，从而解决了注塑导致复合板材变形翘曲的问题。
附图说明
图1是本发明复合板材在一种实施方式中的立体示意图。
图2是图1另一角度的立体示意图。
图3是与树脂构件成型前的板状构件的立体示意图。
图4是图3中的板状构件与树脂构件结合时的剖面示意图。
图5是图4冷却后所得到的复合板材的剖面示意图。
图6是板状构件在一种实施方式中的局部示意图。
图7是板状构件在另一种实施方式中的局部示意图。
图8是板状构件的侧面与树脂构件结合在一起的局部放大图。
图9是图8另一实施方式的局部放大图。
图10是图5中板状构件的剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图详细地对本发明示例性具体实施方式进行说明。如果存在若干具体实施方式，在不冲突的情况下，这些实施方式中的特征可以相互组合。当描述涉及附图时，除非另有说明，不同附图中相同的数字表示相同或相似的要素。以下示例性具体实施方式中所描述的内容并不代表与本发明相一致的所有实施方式；相反，它们仅是与本发明的权利要求书中所记载的、与本发明的一些方面相一致的装置、产品和/或方法的例子。
在本发明中使用的术语是仅仅出于描述具体实施方式的目的，而非旨在限制本发明的保护范围。在本发明的说明书和权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”或“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本发明的说明书以及权利要求书中所使用的，例如“第一”、“第二”以及类似的词语，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分特征的命名。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。除非另行指出，本发明中出现的“上”、“下”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于某一特定位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语是一种开放式的表述方式，意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面的元件及其等同物，这并不排除出现在“包括”或者“包含”前面的元件还可以包含其他元件。本发明中出现术语“多种”，其含义是指两种以及两种以上。
请参照图1及图2所示，本发明揭示了一种复合板材100，其能够作为电子电器设备(例如笔记本电脑)的壳体使用。所述复合板材100包括板状构件1以及与所述板状构件1结合在一起的树脂构件2。本发明复合板材100的制造方法包括如下步骤：
S1：提供曲面的板状构件1(请参照图3所示)，所述板状构件1包括位于外周的侧端面10、第一外观面16以及与所述第一外观面16相对的第一内侧面17；所述第一外观面16为内凹面，所述第一内侧面17为外凸面(请参照图3及图4所示)；
S2：将步骤S1中的所述板状构件1置于注塑模具内，将熔融的树脂注入所述板状构件1的至少部分侧端面10，使树脂形成与所述板状构件1相连接的树脂构件2；
S3：将步骤S2中的所述树脂构件2进行冷却，所述树脂构件2在收缩后将所述曲面的板状构件1弯成平面的板状构件1，以形成所述复合板材100。
优选地，步骤S1包括如下子步骤：
S11：芯材前体制备：将环氧树脂、固化剂、发泡剂及其他助剂与纤维混合均匀形成纤维树脂混合物，并将所述纤维树脂混合物压成一定厚度的片状芯材前体；或者
将环氧树脂、固化剂、发泡剂及其他助剂混合均匀形成树脂混合物，然后将所述树脂混合物涂覆在连续纤维布、长纤维毡或短切纤维毡的至少一面，通过压力将所述树脂混合物挤压到纤维的内部，形成一定厚度的片状芯材前体；
S12：板材前体制备：在所述芯材前体的上、下表面铺设由若干层连续碳纤维增强环氧树脂预浸布构成的表层基材前体，以形成具有夹心结构的板材前体；
S13：板材制备：将步骤S12中的所述板材前体置于板材成型模具中，使所述表层基材前体固化为上、下表层基材，所述芯材前体在成型过程中发泡并固化，形成具有空隙的芯材。
此外，步骤S1还包括如下子步骤：
S14：板材加工：将步骤S13中得到的所述板材的四周边缘加工成预设的直线和/或曲线造型，以形成所述侧端面10。
优选地，在步骤S13中，将所述板材前体置于所述板材成型模具中，并在合模后施加0.1-5MPa的压力、温度升至110℃-200℃，模压5-60分钟，以得到所述板材。
优选地，所述树脂是纤维增强热塑性树脂，其中所述纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、丙纶、涤纶、腈纶、锦纶中的一种或多种；所述热塑性树脂为聚碳酸酯、尼龙、PPS、ABS中的一种或多种。
优选地，在步骤S1中，所述外凸面的最高点与最低点在法向上的距离为L，其中0.1mm≤L≤30mm。
优选地，在步骤S3中，所述树脂构件2设有第二外观面21以及与所述第二外观面21相对的第二内侧面22，其中所述第二外观面21与所述第一外观面16平齐，所述第二内侧面22凸出于所述第一内侧面17。所述第一外观面16与所述第二外观面21平齐。需要说明的是，这里使用的术语“平齐”旨在表明板状构件1与所述树脂构件2的外观面是平整的；当然，这允许制造过程中的合理误差。
具体地，请参照图10所示，在本发明的一种实施方式中，所述板状构件1包括上表层基材11、下表层基材12以及位于所述上表层基材11与所述下表层基材12之间的芯材13。在本发明的一种实施方式中，所述上表层基材11和/或所述下表层基材12为第一纤维增强第一树脂基复合材料。所述芯材13为第二纤维增强第二树脂基发泡材料，所述第二树脂基发泡材料为环氧树脂基发泡材料。
优选地，所述第一纤维为碳纤维，所述第一树脂基复合材料为环氧树脂基复合材料。所述第一纤维增强第一树脂基复合材料为连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料。
优选地，所述第二纤维为连续纤维、长纤维或者短切纤维。所述第二纤维的材质为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、丙纶、涤纶、腈纶、锦纶等中的一种或多种。
优选地，所述环氧树脂选自双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、脂肪族环氧树脂、脂肪酸甘油酯环氧树脂、脂肪族缩水甘油酯环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、二氧化双环戊二烯环氧树脂、二氧化乙烯基环己烯环氧树脂、三聚氰酸环氧树脂、丙三醇环氧树脂等中的一种或多种。
优选地，所述第二纤维增强第二树脂基发泡材料包括物理发泡剂，其中所述物理发泡剂包括含5～7个碳的脂肪烃、卤代烃、醇、醚、酮和芳烃、二氧化碳、环戊烷、氢化氟烷烃等中的一种或多种。
优选地，所述第二纤维增强第二树脂基发泡材料包括化学发泡剂，其中所述化学发泡剂包括碳酸氢钠、碳酸氢铵、硼氢化钾、可膨胀微球、含氢有机硅、二苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼、偶氮二甲酰胺、乙醇、甲酸、乙酸、草酸等中的一种或多种。
优选地，所述板状构件1的厚度为h，其中0.3mm≤h≤3mm。如此设置，所述板状构件1的厚度较薄，能够适用于较薄的电子产品，作为其壳体。
优选地，所述芯材13的内部具有空隙，所述芯材13的比重为ρ，其中0.01≤ρ≤1.5。所述芯材13的厚度为t，其中0.1mm≤t≤2mm。所述芯材13的材质选自发泡材料、纤维增强发泡材料、空心玻璃微珠填充树脂、蜂窝材料、波纹板、轻木等中的一种或多种。
优选地，所述芯材13的纤维质量含量为q，其中10％≤q≤90％。
优选地，所述上表层基材11、所述下表层基材12以及所述芯材13中的卤素含量均符合欧盟无卤标准。所述上表层基材11、所述下表层基材12以及所述芯材13中氯含量小于900ppm、溴含量小于900ppm且所述氯含量与所述溴含量的总和小于1500ppm。所述上表层基材11的阻燃等级为V0级或V1级，所述下表层基材12的阻燃等级为V0级或V1级。
相较于现有技术，本发明的芯材13采用纤维增强环氧树脂基发泡材料，通过在环氧树脂发泡基体中填充增强纤维形成发泡体的纤维骨架，能够弥补环氧树脂在高温环境下的性能不足，纤维骨架能够抑制环氧树脂发泡体二次发泡和高温软化，提高了复合板材100的刚性和高温环境下的尺寸稳定性，使本发明的复合板材100不容易发生变形。另外，纤维增强环氧树脂基发泡材料的发泡密度易于控制，容易实现越来越高的轻量化需求，更适合应用在轻薄电子产品的壳体上。
优选地，沿所述板状构件1的厚度方向看，所述侧端面10为直线和/或具有凹凸形状的曲线。
请参照图6及图7所示，在本发明的一种实施方式中，所述板状构件1包括至少一个台阶部15，所述台阶部15包括第一板片部151以及高于所述第一板片部151的第二板片部152。所述侧端面10包括位于所述第一板片部151上的第一侧面101以及位于所述第二板片部152上的第二侧面102。沿所述板状构件1的厚度方向看，所述第一侧面101为直线(请参照图6所示)和/或具有凹凸形状的曲线，所述第二侧面102为直线和/或具有凹凸形状的曲线(请参照图7所示)。请参照图8及图9所示，所述第一侧面101与所述树脂构件2相连接，所述第二侧面102与所述树脂构件2相连接或者所述第二侧面102与所述树脂构件2之间具有间隙103。
相较于现有技术，本发明将板状构件1预先制备呈一定弧度，然后注塑树脂，树脂在冷却过程中收缩，将有一定弧度的板状构件1弯成平面，从而解决了注塑导致复合板材100变形翘曲的问题。
以上实施方式仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，对本发明的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，尽管本说明书参照上述的实施方式对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (14)

1.一种复合板材(100)的制造方法，其包括如下步骤：
S1：提供曲面的板状构件(1)，所述板状构件(1)包括位于外周的侧端面(10)、第一外观面(16)以及与所述第一外观面(16)相对的第一内侧面(17)，所述第一外观面(16)为内凹面，所述第一内侧面(17)为外凸面；
S2：将步骤S1中的所述板状构件(1)置于注塑模具内，将熔融的树脂注入所述板状构件(1)的至少部分侧端面(10)，使树脂形成与所述板状构件(1)相连接的树脂构件(2)；
S3：将步骤S2中的所述树脂构件(2)进行冷却，所述树脂构件(2)在收缩后将所述曲面的板状构件(1)弯成平面的板状构件(1)，以形成所述复合板材(100)。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤S1包括如下子步骤：
S11：芯材(13)前体制备：将环氧树脂、固化剂、发泡剂与纤维混合均匀形成纤维树脂混合物，并将所述纤维树脂混合物压成一定厚度的片状芯材(13)前体；或者
将环氧树脂、固化剂、发泡剂混合均匀形成树脂混合物，然后将所述树脂混合物涂覆在连续纤维布、长纤维毡或短切纤维毡的至少一面，通过压力将所述树脂混合物挤压到纤维的内部，形成一定厚度的片状芯材(13)前体；
S12：板材前体制备：在所述芯材(13)前体的上、下表面铺设由若干层连续碳纤维增强环氧树脂预浸布构成的表层基材前体，以形成具有夹心结构的板材前体；
S13：板材制备：将步骤S12中的所述板材前体置于板材成型模具中，使所述表层基材前体固化为上、下表层基材(12)，所述芯材(13)前体在成型过程中发泡并固化，形成具有空隙的芯材(13)。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤S1还包括如下子步骤：
S14：板材加工：将步骤S13中得到的所述板材的四周边缘加工成预设的直线和/或曲线造型，以形成所述侧端面(10)。
4.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于：在步骤S13中，将所述板材前体置于所述板材成型模具中，并在合模后施加0.1-5MPa的压力、温度升至110℃-200℃，模压5-60分钟，以得到所述板材。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述树脂是纤维增强热塑性树脂，其中所述纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、丙纶、涤纶、腈纶、锦纶中的一种或多种；所述热塑性树脂为聚碳酸酯、尼龙、PPS、ABS中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：在步骤S1中，所述外凸面的最高点与最低点在法向上的距离为L，其中0.1mm≤L≤30mm。
7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：在步骤S3中，所述树脂构件(2)设有第二外观面(21)以及与所述第二外观面(21)相对的第二内侧面(22)，其中所述第二外观面(21)与所述第一外观面(16)平齐，所述第二内侧面(22)凸出于所述第一内侧面(17)。
8.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：在步骤S1中，所述平面的板状构件(1)包括上表层基材(11)、下表层基材(12)以及位于所述上表层基材(11)与所述下表层基材(12)之间的芯材(13)，所述芯材(13)的内部具有空隙，所述芯材(13)的比重为ρ，其中0.1≤ρ≤1.5；所述芯材(13)的厚度为t，其中0.1mm≤t≤2mm；所述芯材(13)的材质为发泡材料、纤维增强发泡材料、空心玻璃微珠填充树脂、蜂窝材料、波纹板、轻木中的一种或多种。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于：所述上表层基材(11)和/或所述下表层基材(12)为第一纤维增强第一树脂基复合材料，所述芯材(13)为第二纤维增强第二树脂基发泡材料，所述第二树脂基发泡材料为环氧树脂基发泡材料。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于：所述第一纤维增强第一树脂基复合材料为连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料。
11.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于：所述上表层基材(11)、所述下表层基材(12)以及所述芯材(13)中氯含量小于900ppm、溴含量小于900ppm且所述氯含量与所述溴含量的总和小于1500ppm；所述上表层基材(11)的阻燃等级为V0级或V1级，所述下表层基材(12)的阻燃等级为V0级或V1级。
12.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：在步骤S1中，沿所述板状构件(1)的厚度方向看，所述侧端面(10)为直线和/或具有凹凸形状的曲线。
13.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：在步骤S1中，所述板状构件(1)包括至少一个台阶部(15)，所述台阶部(15)包括第一板片部(151)以及高于所述第一板片部(151)的第二板片部(152)，所述侧端面(10)包括位于所述第一板片部(151)上的第一侧面(101)以及位于所述第二板片部(152)上的第二侧面(102)；沿所述板状构件(1)的厚度方向看，所述第一侧面(101)为直线和/或具有凹凸形状的曲线，所述第二侧面(102)为直线和/或具有凹凸形状的曲线。
14.如权利要求13所述的制造方法，其特征在于：在步骤S3中，所述第一侧面(101)与所述树脂构件(2)相连接，所述第二侧面(102)与所述树脂构件(2)相连接或者所述第二侧面(102)与所述树脂构件(2)之间具有间隙(103)。
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