一种热塑性轻质碳纤维复合板材及其制造方法

【技术领域】

本发明涉及热塑性板材及热压成型技术领域，具体是一种热塑性轻质碳纤维复合板材及其制造方法。

【背景技术】

随着笔记电脑、平板笔记本、便携式电话、便携式信息终端或相机等电子电气设备、信息设备的发展，市场上强烈要求开发出薄型且轻质的产品；轻薄的产品要求构成产品的外壳或内部部件薄壁、轻质同时也要求高强度、高刚性；复合材料具有质量轻、高强度和高模量、抗化学腐蚀、耐疲劳，易于整体成型等优点，被广泛应用于制作军工、飞机、汽车、风电等产品上；由于复合材料优良的力学特性，所以也可以用于笔记本电脑、平板笔记本、便携式电话、便携式信息终端或相机等电子电气设备、信息设备的外壳，发挥了使外壳薄壁化、减轻设备重量等作用。

目前电子电器、汽车、运动器材等产品所用的热塑性碳纤维复合材料制品大多使用全碳纤维、碳纤维与玻璃纤维混合的复合板材进行成型加工；热塑性全碳纤维复合板材的密度为1.5～1.6g/cm3，价格偏高；而价格偏低的碳纤维与玻璃纤维混合的复合板材的密度为1.7～1.8g/cm3，虽然价格低、模量和刚性够高，但产品的重量偏重，不符合当前轻质化的发展方向。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是：因目前全碳纤维复合板材价格偏高，且价格较低的碳纤维与玻璃纤维混合的复合板材虽然模量和刚性够高，但产出产品的重量偏重，因此，需要制造一种轻质碳纤维复合板材以满足当前需轻质化又经济的制造需求。

本发明解决问题的技术方案是：

一种热塑性轻质碳纤维复合板材，包括含浸热塑性树脂的碳纤维层、含有空心玻璃微珠的热塑性树脂层、含浸热塑性树脂的玻璃纤维层。

所述热塑性树脂可为聚碳酸酯PC、聚酰胺PA、聚苯硫醚PPS、聚丙烯PP等；

所述碳纤维层使用单向或编织纹碳纤维，保留碳纤维纹路的同时，最大化板材的强度；所述单向碳纤维可为0°单向碳纤维或90°单向碳纤维。

所述空心玻璃微珠粒径0.03mm～0.15mm,其抗压强度为10～125MPa，且堆积密度0.3～0.4g/cm

所述玻璃纤维使用单向或编织方式。

所述各层通过热压方式进行加工结合。

本发明还包含一种热塑性轻质碳纤维复合板材制造方法，包含了以下步骤：

S1：将含浸热塑性树脂的碳纤维、含有空心玻璃微珠的热塑性树脂层及含浸热塑性树脂的编织玻璃纤维层，裁切成所需尺寸；

S2：依照所需特性以及设计的厚度和强度要求进行各层铺叠、调整；

S3：热压机压合模具升温，温度依所用热塑性的物性而定；

S4：将铺叠好的叠层放到模具中并定位；

S5：模具合模抽真空，在设定温度下进行加压恒温；

S6：到达设定压合时间后启动冷却，直到模内板材到达冷却温度；

S7：开模取出复合板材。

所述S1含浸的热塑性树脂可为聚碳酸酯PC、聚酰胺PA、聚苯硫醚PPS、聚丙烯PP等。

优选的，所述S2中铺叠由下至上的顺序为含浸热塑性树脂的0°单向碳纤维层、含浸热塑性树脂的90°单向碳纤维层、含有空心玻璃微珠的热塑性树脂层、含浸热塑性树脂的编织玻璃纤维层、含有空心玻璃微珠的热塑性树脂层、含浸热塑性树脂的编织玻璃纤维层、含有空心玻璃微珠的热塑性树脂层、含浸热塑性树脂的90°单向碳纤维层、含浸热塑性树脂的0°单向碳纤维层。

所述S2中设计的厚度需要依据最终产品机构的树脂用量进行计算。

所述S3中热压模具加热的温度依照所用热塑性树脂的物性而定。

优选的，所述S3中热压模具加热的温度为180℃～260℃。

优选的，所述S5加压恒温保持时间为2～5分钟。

优选的，所述S6的冷却温度设定为50℃～60℃。

【附图说明】

图1是本发明一种热塑性轻质碳纤维复合板材及其制造方法的步骤流程图。

图2是本发明一种热塑性轻质碳纤维复合板材及其制造方法中实施例1的复合板材的剖面图。

【具体实施方式】

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的实施例及其附图进行详细描述：

请参阅图1～图2，图1绘示了本发明一种热塑性轻质碳纤维复合板材及其制造方法的步骤流程图，图2绘示了本发明一种热塑性轻质碳纤维复合板材及其制造方法中实施例1的复合板材的剖面图。

实施例1

请参阅图2，复合板材(100)中包含：含浸热塑性树脂的0°单向碳纤维层(101)、含浸热塑性树脂的90°单向碳纤维层(102)、含有空心玻璃微珠的热塑性树脂层(103)、含浸热塑性树脂的编织玻璃纤维层(104)。

此实施例中，含浸热塑性树脂的0°单向碳纤维层(101)、含浸热塑性树脂的90°单向碳纤维层(102)、含有空心玻璃微珠的热塑性树脂层(103)及含浸热塑性树脂的编织玻璃纤维层(104)中的热塑性树脂为聚碳酸酯PC。

接着，请参阅图1及图2，利用本发明提供的一种热塑性轻质碳纤维复合板材制造方法，包含了以下步骤：

S1：将含浸热塑性树脂的0°单向碳纤维层(101)、含浸热塑性树脂的90°单向碳纤维层(102)、含有空心玻璃微珠的热塑性树脂层(103)及含浸热塑性树脂的编织玻璃纤维层(104)裁切成长度：1m、宽度：1m的尺寸；

S2：将含浸热塑性树脂的0°单向碳纤维层(101)、含浸热塑性树脂的90°单向碳纤维层(102)、含有空心玻璃微珠的热塑性树脂层(103)及含浸热塑性树脂的编织玻璃纤维层(104)，依照设计的厚度和强度要求进行厚度调整，且依照由下至上的顺序：含浸热塑性树脂的0°单向碳纤维层(101)、含浸热塑性树脂的90°单向碳纤维层(102)、含有空心玻璃微珠的热塑性树脂层(103)、含浸热塑性树脂的编织玻璃纤维层(104)、含有空心玻璃微珠的热塑性树脂层(103)、含浸热塑性树脂的编织玻璃纤维层(104)、含有空心玻璃微珠的热塑性树脂层(103)、含浸热塑性树脂的90°单向碳纤维层(102)、含浸热塑性树脂的0°单向碳纤维层(101)如此顺序进行铺叠；

S3：热压机压合模具升温至250℃～260℃；

S4：将铺叠好的叠层放到模具中定位；

S5：模具合模抽真空，模具在设定温度下进行加压恒温2～6分钟；

S6：开启冷却，模具温度冷却到50～60℃时开模，取出板材；

S7：开模取出复合板材(100)。

相较于现有技术，本发明一种热塑性轻质碳纤维复合板材及其制造方法，具有以下技术效果：

1、本制造方法工艺简单，铺叠方便，且可以依照产品不同需求进行复合板材的厚度调整。

2、本发明使用的含有空心玻璃微珠的热塑性树脂层及含浸热塑性树脂的玻璃纤维层减少碳纤维的使用量，达到降低成本及减重的目的。

3、热压工艺简单,整个制程可以采用常规热压设备即可。

需指出的是，本发明不限于上述具体实施方式，任何熟悉本专业的技术人员基于本发明的技术方案对上述实施例做出任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。