CN109703121B

CN109703121B - 一种碳纤维复合材料

Info

Publication number: CN109703121B
Application number: CN201910183089.2A
Authority: CN
Inventors: 周善龙; 周善天
Original assignee: Anhui Qiyi New Material Plastic Co ltd
Current assignee: Anhui Zhuneng Carbon Fiber Material Co ltd
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2039-03-12
Also published as: CN109703121A

Abstract

本发明公开了一种新型碳纤维复合材料及其产品加工成型方法，包括有一层或多层碳纤维预浸布，底端为含有截短的单向碳纤维塑胶树脂层；将长碳纤维通过编织得到平纹、斜纹、缎纹或三维的碳纤维布或织物利用熔融法预浸上低熔点塑胶树脂先按照产品的需求来选好一层或多层进行加热压合并按产品的2d或3D形状加以塑型冲切，利用截短的短碳纤维也是利用熔融法将相对于以上步骤中高熔点的上述塑胶树脂的熔融后造成塑胶粒子，通过传统的挤出板材工艺或塑胶模具和注塑成型机射出压力将产品的机构生长出来，最后在复合压板机或成型机上的模具中将两者进行定位、加热复合即可。本发明提高了产品质量，简化了产品加工工序，也提高了产品良率，从而直接提高了产能。

Description

一种碳纤维复合材料

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，主要涉及一种碳纤维复合材料及其产品加工成型方法。

背景技术：

原料碳纤维是现实生活中最强硬纤维丝，利用长碳纤维的强度做为复合材料或复合材料产品的支撑作用力，是当代科学家们一直研究的对象，将单向碳纤维布或由碳纤维丝编织得到平纹、斜纹、缎纹或三维的碳纤维布及织物，再将此单向的碳纤维布或将碳纤维编织得到的平纹，斜纹或三维的碳纤维织物通过预浸技术与环氧树脂、塑胶树脂等相结合，再在一定时间内的真空状态下进行高温高压的模具压合成为碳纤维复合材料产品，其产品不具备在现实生活中所用的产品结构繁琐并且细小的作用途径，并不能满足目前日用消费品市场的淘汰更新速度。

近年来，碳纤维的复合材料不断出现在市场，但如果要把现有市场上的碳纤维复合材料应用到现实生活中更多产品上，比如笔记本电脑外壳，平板电脑外壳，手机外壳，新能源汽车四门和前后保险杆，无人机领域，军用及民用品增强防护等居多的日用消费品上来，一来此类产品结构紧促，组装零件多，对产品的设计空间有限，但又需要碳纤维的强度和结构支撑力。

目前市场上普遍用二次深加工将碳纤维复合材料的板材或初步成型的产品进行再次加热塑型或再次埋入射出产品机构的这一类似间断式的加工方法，这样不但产生了多个制造环节，增加人力成本，减少产品良率；还有比如要涂粘结剂，贴补塑胶树脂胶片等带来的产品不稳定性结构带来的潜在风险，对环保，节能的主流国情也是相违背的。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种碳纤维复合材料及其产品加工成型方法，其由一层或多层碳纤维预浸布与含有截短的单向碳纤维塑胶树脂层复合，即简化了产品加工工序，也提高了产品良率，从而直接提高了产能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种碳纤维复合材料及其产品加工成型方法，其特征在于：包括有一层

或多层碳纤维预浸布，其多层结构为单层碳纤维预浸布依次叠加放置，所述碳纤维预浸布的底端为含有截短的单向碳纤维塑胶树脂层；

上述碳纤维复合材料的具体加工成型步骤如下：

（1）所述含有截短的单向碳纤维塑胶树脂层为将高熔点的塑胶树脂利用熔融法与截短的单向碳纤维经搅拌后通过抽粒机制成含碳纤维的塑胶粒子；

（2）所述碳纤维预浸布为单向长碳纤维布或通过用长碳纤维丝编织得到平纹、斜纹、缎纹或三维的碳纤维织物上，利用熔融法预浸低熔点塑胶树脂；

（3）将步骤（2）预浸好塑胶树脂的碳纤布或织物先根据产品要求进行单层或多层堆叠复合好；

（4）对步骤（3）所述复合好的碳纤维布或织物进行2D或3D面的热压、塑型，冲切或铣切成为叠层的碳纤维压合板材或有形状的产品工件；

（5）将步骤（1）所含截短碳纤维的塑胶粒子通过板材挤出机或模具和射出成型机制成塑胶板材或有形状的塑胶产品工件；

（6）将步骤（4）经过热压、塑型、冲切或铣切所得的叠层碳纤维压合板或有形状的产品工件再与以上步骤(5)中的板材热压复合或埋入模具内与模具中射出成型所得有形状的塑胶产品工件进行加热复合，从而得到一种的碳纤维复合材料或此复合材料有形状产品。

所述的高熔点的塑胶树脂为PA、PC、POM、PVC、PS、PP、PE、聚苯醚、聚砜或橡胶。

所述的步骤(1)的高熔点塑胶树脂和步骤(2)中的低熔点塑胶树脂是指在使用相同树脂的情况下，其树脂的熔点温度根据配方，其干预有一定落差，此温度落差包含从0.1摄氏度到100摄氏度之间（包括但不限于使用可以融合的不同树脂，）；所述步骤(1)的高熔点塑胶树脂的熔点温度大于步骤(2)中的低熔点塑胶树脂的熔点温度（包括但不限于温度是反方向的温差）。

此发明的碳纤维复合材料相比以往的碳纤维复合材料，其优点在于

1、上述发明材料中每层的材料结构中都有含碳纤维，并在材料的底层（产品的机构生长层）是利用截断的碳纤维与热塑性树脂的熔融法来结合，即能方便产品机构的成型，又具备了产品的结构中有含碳纤维的增强物理性能，

1、上述发明材料中每一层所用的热塑性树脂相同，复合材料中的碳纤维虽为多层叠加，但通过加热加压的复合，使材料本身能成为一个整体，不分层，这样更能使碳纤维的物理作用力尽数发挥出来，且在材料中，可以根据产品的强度需求来增加和减少碳纤维布的层数，使与底层的厚度相加来满足产品设计的厚薄需求，利用树脂替代碳纤维，节约了成本，并可灵活运用。

2、上述的发明材料，其意义在于和以往的材料相比，底层的含短碳纤维的树脂层可以在不同的产品中应用时，可用复合板材直接加热再塑型加工成产品，省去以往的复合材料中缺少树脂层要另外补贴树脂层的这道工艺，并且补贴的树脂于板材的粘着易产生其它的强度问题。

3、在利用模具和注塑机来成型此发明复合材料底层的含短碳纤维树脂层复合时，更能节省出以往板材加工定位，涂胶水粘结剂，贴补树脂胶片，埋入加热塑型或射出成型等多道复杂的加工工序，大大改善以往人力周转成本高，产能低，良率低的局面。

其成型方法与传统成型的普遍用二次深加工将碳纤维复合材料的板材或初步成型的产品进行再次加热塑型或再次埋入射出产品机构的这一类似间断式的加工方法，成型方法简单，简化了产品加工工序，也提高了产品良率，从而直接提高了产能，同时即节省了以往生产此类产品中投入的材料成本，也增强了产品性能；而且不需要涂粘结剂贴补塑胶树脂胶片，保证了产品的稳定性，对环保和节能都有利。

本发明的优点是：

本发明设计合理，其材料由一层或多层碳纤维预浸布与含有截短的单向碳纤维塑胶树脂层复合，配合其加工方法，即简化了产品加工工序，也提高了产品良率，从而直接提高了产能，同时即节省了以往生产此类产品中投入的材料成本，也增强了产品性能。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为含截短的碳纤维树脂层用板材采用挤出机制成板材再与已经复合好的碳纤维预浸布复合后的结构示意图。

图3为含截短的碳纤维树脂层用板材采用塑胶模具和注塑成型机射出含有结构造型的板材再与已经复合好的碳纤维预浸布复合后的结构示意图。

具体实施方式：

参见附图。

或多层碳纤维预浸布，其多层结构为单层碳纤维预浸布依次叠加放置，所述最下方碳纤维预浸布的底端为含有截短的单向碳纤维塑胶树脂层；附图为两层结构，其包含有两层碳纤维预浸布1、2，一层含有截短的单向碳纤维塑胶树脂层3。

上述碳纤维复合材料的具体加工成型步骤如下：

（1）所述含有截短的单向碳纤维塑胶树脂层为将高熔点的PA、PC、POM、PVC、PS、PP、PE、聚苯醚、聚砜或橡胶。塑胶树脂利用熔融法与截短的单向碳纤维经搅拌后通过抽粒机制成含碳纤维的塑胶粒子；解决原有复合材料所不能解决的产品厚度落差较大及产品有倒钩、卡勾、螺丝孔、等结构的生长问题；

（2）所述碳纤维预浸布为单向长碳纤维布或碳纤维丝通过编织得到平纹、斜纹、缎纹或三维的双向碳纤维布或织物上，利用熔融法预浸低熔点PA、PC、POM、PVC、PS、PP、PE、聚苯醚、聚砜或橡胶等热塑性塑胶树脂；所述用单向碳纤维布或碳纤维丝通过编织得到平纹、斜纹、缎纹或三维的双向碳纤维布或织物利用熔融法预浸PA、PC、POM、PVC、PS、PP、PE、聚苯醚、聚砜或橡胶等热塑性塑胶树脂（包括但不限于此树脂）并根据产品要求进行单层或多层堆叠复合层的是复合材料产品的外观层或内芯增强层；

（6）将步骤（4）经过热压、塑型、冲切或铣切所得的叠层碳纤维压合板或有形状的产品工件再与以上步骤（5）中的板材热压复合或埋入模具内与模具中射出成型所得的塑胶有形状产品工件进行加热复合，其位置精准，工艺简化，并且前后两者复合后使步骤2中生产的产品能释放射出时所产生的应力，能使产品在后制程及组装工艺过程中尺寸稳定，从而得到最理想的一种碳纤维复合材料产品。

所述的步骤（1）的高熔点塑胶树脂和步骤（2）中的低熔点塑胶树脂是指在使用相同树脂的情况下，其树脂的熔点温度根据配方，其干预有一定落差，此温度落差包含从0.1摄氏度到100摄氏度之间；所述步骤(1)的高熔点塑胶树脂的温度大于步骤(2)中的低熔点塑胶树脂的温度。

上述步骤（6）中的将步骤（4）经过热压、塑型、冲切或铣切所得的叠层碳纤维压合板或有形状的产品工件再与以上步骤(5)中的板材热压复合或埋入模具内与模具中射出成型所得的塑胶有形状产品工件进行加热复合，前提是该两件产品的复合接触面是以复合材料整个产品3D图档来分拆的，步骤（4）中产品下接触面与步骤（5）中产品的上接触面无论是平面，弧面，异性面都是相配套吻合的，不存在有任何间隙的。

本申请中所采用的碳纤维是主，以上文字中所述的单向碳纤维布是指碳纤维丝并列排列成布状，所述中的用碳纤维丝通过编织得到平纹、斜纹、缎纹或三维的双向碳纤维布或织物的碳纤维丝是指用碳纤维丝并列成一定宽度的条状（或带状）；其可以为附带含玻璃纤维，其仅仅成分替换，成型方法和步骤一样，所述长碳纤维也就是长玻璃纤维含浸树脂，所述含截短的单向碳纤维塑胶树脂也就是含截断的短玻璃纤维熔融树脂。

针对以上碳纤维复合材料，特别是针对含有截短的单向碳纤维塑胶树脂层3的结构，其可采用以下两种方式进行加工(但不仅限于这两种方式)。

例如：如图2其结构的成型加工方法为：

步骤1是将单向的碳纤维布或长碳纤维丝通过编织得到平纹、斜纹、缎纹或三维的双向碳纤维布或织物利用熔融法预浸上PA、PC、POM、PVC、PS、PP、PE、聚苯醚、聚砜或橡胶等热塑性树脂（包括但不限于）得到碳纤维预浸布；

步骤2是按照产品的2d或3D形状及产品的强度厚度需求来选好一层或多层(包刮一层，二层，及多层，但不限于此）进行加热叠层并压合；

步骤3是截短的短碳纤维利用熔融法和PA、PC、POM、PVC、PS、PP、PE、聚苯醚、聚砜或橡胶等热塑性树脂（包括但不限于）的熔融后造成塑胶粒子，通过传统的挤出板材工艺挤出板材

步骤4是将以上步骤2所得到的如图中1层加2层板材再与以上步骤3中所得到的第3层塑胶树脂的板材再加热压合成碳纤维复合材料的板材，得到如图2的碳纤维复合板材。

例如：如图3其结构的成型加工方法为：

步骤1是将单向碳纤维布或通过长碳纤维丝编织得到平纹、斜纹、缎纹或三维的碳纤维布或织物利用熔融法预浸上PA、PC、POM、PVC、PS、PP、PE、聚苯醚、聚砜或橡胶等热塑性树脂(包刮但不限于）得到碳纤维预浸布；

步骤2是按照产品的2d或3D形状及产品的强度厚度需求来选好一层或多层(包刮一层，二层，及多层，但不限于此）进行加热叠层并压合

步骤3是将截短的短碳纤维利用熔融法和PA、PC、POM、PVC、PS、PP、PE、聚苯醚、聚砜或橡胶等热塑性树脂(包刮但不限于）的熔融后造成塑胶粒子，通过传统的塑胶模具和注塑成型机射出工艺将含有截短碳纤维的塑胶粒子按需求产品的2D或3D形状通过模具和射出成型机射出有形状塑胶产品来；

步骤4是将以上步骤2所得到的如图中1层加2层有形状的碳纤维产品再与以上步骤3中所得到的第3层塑胶树脂有形状的产品再加热压合成碳纤维复合材料的有形状产品，得到如图3的碳纤维复合材料的有形状产品。

Claims

1.一种碳纤维复合材料，其特征在于：包括有一层或多层碳纤维预浸布，其多层结构为单层碳纤维布预浸后依次叠加放置，所述碳纤维复合材料中碳纤维预浸布的底端为含有截短的单向碳纤维塑胶树脂层；上述碳纤维复合材料的具体加工成型步骤如下：

（2）所述碳纤维预浸布为单向长碳纤维布或以长碳纤维丝通过编织得到平纹、斜纹、缎纹或三维的双向碳纤维布或碳纤维织物，利用熔融法预浸低熔点塑胶树脂；

（4）对步骤（3）所述复合好的碳纤维布或织物进行2D或3D面的热压、塑型、冲切或铣切成为单层或叠层的碳纤维压合板材或有形状的产品工件；

（5）将步骤（1）所含截短碳纤维的塑胶粒子通过板材挤出机或模具和射出成型机制成塑胶板材或与以上步骤（4）中相同有形状塑胶产品工件；

（6）将步骤（4）经过热压、塑型、冲切或铣切所得的叠层碳纤维压合板或有形状的产品工件再与以上步骤（5）中的板材热压复合或埋入模具内与模具中射出成型所得的塑胶产品工件进行加热复合，从而得到一种碳纤维复合板材料或有形状的复合材料产品；

所述的步骤（1）的高熔点塑胶树脂和步骤（2）中的低熔点塑胶树脂是指在同一件复合材料使用相同树脂或能融合在一起的树脂情况下，其树脂的熔点温度根据配方或选配树脂的种类，使其在干预的情况下有一定落差，此温度落差包含从0.1摄氏度到100摄氏度之间；所述步骤（1）的高熔点塑胶树脂的熔点温度大于步骤（2）中的低熔点塑胶树脂熔点温度。

2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料，其特征在于：所述的高熔点的塑胶树脂为PA、PC、POM、PVC、PS、PP、PE、聚苯醚、聚砜或橡胶。