一种碳纤维片材 |
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| 申请号 | CN201610527307.6 | 申请日 | 2016-07-06 | 公开(公告)号 | CN106183135A | 公开(公告)日 | 2016-12-07 |
| 申请人 | 江苏澳盛复合材料科技有限公司; | 发明人 | 严兵; 郎鸣华; 刘成; 施刘生; 张可可; 王升; 李秋秋; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 碳 纤维 片材，包括不多于六层 碳纤维 预浸料 以及不多于两层的玻璃微珠填充的环 氧 薄板叠层，所述玻璃微珠填充的环氧薄板叠层设置在若干碳纤维预浸料的 中间层 位置 ，所述碳纤维预浸料与碳纤维预浸料、碳纤维预浸料与玻璃微珠填充的环氧薄板叠层之间添加一层碳纤维编制布预浸料。本发明制得碳纤维片材具有阻燃， 变形 度低，重量轻，易于批量化生产，特别是适合 电子 产品的轻量化应用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种碳纤维片材，其特征在于，包括不多于六层碳纤维预浸料以及不多于两层的玻璃微珠填充的环氧薄板叠层，所述玻璃微珠填充的环氧薄板叠层设置在若干碳纤维预浸料的中间层位置，所述碳纤维预浸料与碳纤维预浸料、碳纤维预浸料与玻璃微珠填充的环氧薄板叠层之间添加一层碳纤维编制布预浸料。 |
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| 说明书全文 | 一种碳纤维片材技术领域背景技术[0002] 随着电子轻量化的发展，传统的铝镁合金材料无法满足要求，例如笔记本电脑从传统的产品降到1公斤以下，Ipad从900克要向700克甚至500g发展，而与此同时其功能越来越强大，因此迫切需要新型的材料来解决。而碳纤维复合材料，具有质轻、强度高、热膨胀系数低、耐腐蚀等优点，可以解决设备轻量化、小型化的问题，特别是碳纤维制品的多元化发展，受到人们的广泛关注。利用碳纤维复合材料作为电子产品的外壳，也已经有所尝试。如CN103660312A介绍了碳纤维外壳的制造方法，CN102609051A介绍了一种碳纤维笔记本电脑外壳及其制造方法及其制造设备，CN101254654A介绍了碳纤维材料加工工艺、移动终端外壳制造方法及移动终端。以上专利都涉及到电子产品用碳纤维片材的制备，虽然目前已经有部分电子产品使用碳纤维外壳，但用量较少，主要是因为目前的生产工艺难以达到规模化生产，导致产量低，生产成本高，无法普及。如果该类外壳材料全部使用碳纤维复合材料，成本较高，而且密度也较大。而因为碳纤维复合材料的强度很好，作为电脑外壳其实力学性能是过剩的。因此研究者们利用碳纤维复合材料和其他材料进行复合，这样既可以降低成本，又可以进一步降低密度，同时需要结构设计，使其性能比电脑外壳常用的材料铝合金、镁合金等的性能要好。 [0003] 中国专利公开号CN101835596A介绍了一种复合成型品及制造方法：他们使用发泡的聚丙烯(PP)片材作为夹心层，表面各使用两层UD预浸料，0/90℃分布，为了增加表面的粘合力，他们在聚丙烯片材和环氧基的碳纤维预浸料之间加上一层低熔点的无纺布，然后经过热压、固化得到碳纤维片材；在该专利中，他们还利用制得的碳纤维片材，加工出一定的形成，然后进行注塑包胶，可以用于笔记本电脑等电子产品外壳；注塑包胶用的材料选择包括常用的注塑材料，主要是聚酰胺。注塑后，注塑塑胶材料可以嵌入片材内部，增加材料之间的结合性。 [0004] 中国专利公开号CN101231538A中介绍了其夹心层材料为蜂窝状的片材，该蜂窝状片材选用聚碳酸酯(PC)、或丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物(ABS)等，该结构不仅可以减轻重量，在注塑包胶时，塑胶可以进入片材内部，增加材料之间的结合性。 [0005] 中国专利公开号CN204414676U介绍一种复合板材，夹心层是热塑性板材，两边是纤维增强的板材。该专利提出夹心的热塑性板材是实心的，以避免在注塑包胶时，包胶材料渗透到复合材料内部造成变形。该结构片材在收到压力时中间的热塑性材料向外凸出，凸出部分在注塑时进入塑胶内部，可以增加板材和包胶的结合性。 [0006] 碳纤维复合材料的片材，两边碳纤维增强材料，多为热固性树脂如环氧树脂等，而中间夹心层为热塑性树脂的话就会存在粘结的问题。一方面在制作片材时，夹心材料和两边热固性材料可能结合不好，另一方面在注塑包胶时，夹心材料和包胶材料结合不好。例如东丽的专利使用的是发泡聚丙烯夹心层，聚烯烃材料是非极性材料，碳纤维预浸料使用环氧树脂是极性材料，该专利中虽然使用了低熔点的无纺布作为粘结材料，但仍然会存在结合性能不好的问题；而且发泡的聚丙烯虽然降低了密度，但也降低了强度，特别是模量，导致刚性变差；此外发泡聚丙烯的泡孔强度较差，在注塑包胶时，包胶材料在较高压力和温度下会破坏泡孔，侵入片材内部，虽然增加了接触面积，但会引起变形。仁宝的专利使用蜂窝状的PC或ABS，也存在上述的问题。联想也利用热塑性材料，虽然其凸出的夹心层结构解决了包胶材料侵入片材造成的变形，但仍然存在粘合的问题。此外因为外层是环氧树脂等热固性材料，夹心层是热塑性材料，二者的膨胀系数不一样，在加热或冷却时，会发生膨胀或收缩不一致，造成变形。 发明内容[0007] 基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种碳纤维片材。 [0008] 一种碳纤维片材，包括不多于六层碳纤维预浸料以及不多于两层的玻璃微珠填充的环氧薄板叠层，所述玻璃微珠填充的环氧薄板叠层设置在若干碳纤维预浸料的中间层位置，所述碳纤维预浸料与碳纤维预浸料、碳纤维预浸料与玻璃微珠填充的环氧薄板叠层之间添加一层碳纤维编制布预浸料。 [0010] 优选地，所述树脂内添加填充剂玻璃漂珠，所述玻璃漂珠的密度不大于0.5克/立方厘米。 [0011] 一种碳纤维片材的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤: [0012] S1:树脂预处理：向树脂中添加填充剂玻璃漂珠以降低树脂内空隙，玻璃漂珠的密度不大于0.5克/立方厘米； [0013] S2：树脂和碳纤维的含浸：对树脂和碳纤维进行湿法浸渍形成碳纤维预浸料，碳纤维预浸料为单向碳纤维预浸料； [0014] S3：分层:以玻璃微珠填充的环氧薄板叠层为中心层，其上下对称的堆叠相同层数的碳纤维预浸料，玻璃微珠填充的环氧薄板叠层的层数不多于两层，碳纤维预浸料的上下层数不多于三层； [0015] S4：添加碳纤维编制布预浸料：在步骤S3分层后再在碳纤维预浸料与碳纤维预浸料、碳纤维预浸料与玻璃微珠填充的环氧薄板叠层之间添加一层碳纤维编制布预浸料； [0016] S5：碳纤维片材加工条件：对步骤S4获得的材料进行加压、加热固化，采用的是平板热压机进行加压、加热固化，先对平板热压机预热到至少80℃，然后合模并抽真空，最后加热到最高170℃，保温5-15分钟，保温结束后降温至最低80℃，恢复常压，冷却至50℃以下。 [0017] 优选地，所述步骤S2中碳纤维预浸料中树脂的含量为10-50％。 [0018] 优选地，所述步骤S2中碳纤维预浸料采用对称的0°/90°或45°/45°交替叠层。 [0019] 优选地，所述步骤S3中每层碳纤维预浸料的重量为25-300克。 [0020] 本发明与现有技术相比具有具有以下有益效果： [0021] 1、本发明利用玻璃微珠填充的环氧树脂预固化片，电子产品用碳纤维片材夹心层，该材料的加入不仅可以进一步减轻重量，还可以起到加强筋的作为，抵消因为碳纤维复合材料各向异性引起的收缩率不一致，避免其翘曲，同时该方法适合在热压机中每个开口可以用多层的碳纤维片材，可以极大的提高生产效率，制得碳纤维片材具有阻燃，变形度低，重量轻，易于批量化生产，特别是适合电子产品的轻量化应用； [0022] 2、树脂材料和两边的碳纤维预浸料树脂一致，粘结性能好，膨胀系数一致，而且玻璃微珠填充的环氧树脂预固化片材具有密度轻，强度好的优势，同时在注塑包胶工艺中玻璃微珠的强度较高，不会因为注塑的压力发生破裂，并且环氧树脂是极性的物质，可以和常用尼龙注塑材料极性相近，有更好的结合性能。附图说明 [0023] 图1为本发明提出的一种碳纤维片材的实施例一、实施例三和实施例四结构示意图； [0024] 图2为本发明提出的一种碳纤维片材的实施例二结构示意图； [0025] 图中：1-碳纤维预浸料层、2-玻璃微珠填充的环氧薄板叠层。 具体实施方式[0026] 以下实施例所用原料的来源说明如下：碳纤维和环氧树脂来购自东邦T700S-12的碳纤维丝及环氧树脂WP-2200。 [0027] 下面结合实施例，对本发明作进一步地描述。 [0028] 实施例一 [0029] 如图1，本发明提出的一种碳纤维片材，包括四层层碳纤维预浸料以及一层的玻璃微珠填充的环氧薄板叠层，玻璃微珠填充的环氧薄板叠层设置在若干碳纤维预浸料的中间层位置，碳纤维预浸料与碳纤维预浸料、碳纤维预浸料与玻璃微珠填充的环氧薄板叠层之间添加一层碳纤维编制布预浸料，碳纤维预浸料成分包括树脂和碳纤维，树脂为环氧树脂，所述碳纤维聚丙烯腈基碳纤维。 [0030] 其中，树脂内添加填充剂玻璃漂珠，所述玻璃漂珠的密度为0.3克/立方厘米。 [0031] 一种碳纤维片材的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤: [0032] S1:树脂预处理：向树脂中添加填充剂玻璃漂珠以降低树脂内空隙，玻璃漂珠的密度为0.3克/立方厘米； [0033] S2：树脂和碳纤维的含浸：对树脂和碳纤维进行初步含浸形成碳纤维预浸料，碳纤维预浸料为单向碳纤维预浸料； [0034] S3：分层:以玻璃微珠填充的环氧薄板叠层为中心层，其上下对称的堆叠相同层数的碳纤维预浸料，玻璃微珠填充的环氧薄板叠层的层数为一层，碳纤维预浸料的上下层数为两层； [0035] S4：添加碳纤维编制布预浸料：在步骤S3分层后再在碳纤维预浸料与碳纤维预浸料、碳纤维预浸料与玻璃微珠填充的环氧薄板叠层之间添加一层碳纤维编制布预浸料； [0036] S5：碳纤维片材加工条件：对步骤S4获得的材料进行加压、加热固化，采用的是平板热压机进行加压、加热固化，先对平板热压机预热到80℃，然后合模并抽真空，最后加热到150℃，保温5分钟，保温结束后降温至80℃，恢复常压，冷却至50℃。 [0037] 其中，步骤S2中碳纤维预浸料中树脂的含量为35％，采用对称的0°/90°交替叠层，步骤S3中每层碳纤维预浸料的重量为150克。 [0038] 一层玻璃微珠填充的环氧树脂预固化片进行叠层，叠层具体为： [0039] 0°(UD150)+90°(UD150)+玻璃微珠填充的环氧薄板叠层+90°(UD150)+0°(UD150)。 [0040] 实施例二 [0041] 如图2，本发明提出的一种碳纤维片材，包括四层层碳纤维预浸料以及两层的玻璃微珠填充的环氧薄板叠层，玻璃微珠填充的环氧薄板叠层设置在若干碳纤维预浸料的中间层位置，碳纤维预浸料与碳纤维预浸料、碳纤维预浸料与玻璃微珠填充的环氧薄板叠层之间添加一层碳纤维编制布预浸料，碳纤维预浸料成分包括树脂和碳纤维，树脂为环氧树脂，碳纤维聚丙烯腈基碳纤维。 [0042] 其中，树脂内添加填充剂玻璃漂珠，所述玻璃漂珠的密度为0.35克/立方厘米。 [0043] 一种碳纤维片材的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤: [0044] S1:树脂预处理：向树脂中添加填充剂玻璃漂珠以降低树脂内空隙，玻璃漂珠的密度为0.35克/立方厘米； [0045] S2：树脂和碳纤维的含浸：对树脂和碳纤维进行初步含浸形成碳纤维预浸料，碳纤维预浸料为单向碳纤维预浸料； [0046] S3：分层:以玻璃微珠填充的环氧薄板叠层为中心层，其上下对称的堆叠相同层数的碳纤维预浸料，玻璃微珠填充的环氧薄板叠层的层数为两层，碳纤维预浸料的上下层数为两层； [0047] S4：添加碳纤维编制布预浸料：在步骤S3分层后再在碳纤维预浸料与碳纤维预浸料、碳纤维预浸料与玻璃微珠填充的环氧薄板叠层之间添加一层碳纤维编制布预浸料； [0048] S5：碳纤维片材加工条件：对步骤S4获得的材料进行加压、加热固化，采用的是平板热压机进行加压、加热固化，先对平板热压机预热到90℃，然后合模并抽真空，最后加热到160℃，保温10分钟，保温结束后降温至90℃，恢复常压，冷却至45℃。 [0049] 其中，步骤S2中碳纤维预浸料中树脂的含量为35％，采用对称的45°/45°交替叠层；步骤S3中每层碳纤维预浸料的重量为125克。 [0050] 一层玻璃微珠填充的环氧树脂预固化片进行叠层，叠层具体为： [0051] 45°(UD125)+45°(UD125)+玻璃微珠填充的环氧薄板叠层+玻璃微珠填充的环氧薄板叠层+45°(UD125)+45°(UD125)。 [0052] 实施例三 [0053] 如图1，本发明提出的一种碳纤维片材，包括四层层碳纤维预浸料以及一层的玻璃微珠填充的环氧薄板叠层，玻璃微珠填充的环氧薄板叠层设置在若干碳纤维预浸料的中间层位置，碳纤维预浸料与碳纤维预浸料、碳纤维预浸料与玻璃微珠填充的环氧薄板叠层之间添加一层碳纤维编制布预浸料，碳纤维预浸料成分包括树脂和碳纤维，树脂为环氧树脂，碳纤维聚丙烯腈基碳纤维。 [0054] 其中，树脂内添加填充剂玻璃漂珠，所述玻璃漂珠的密度为0.4克/立方厘米。 [0055] 一种碳纤维片材的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤: [0056] S1:树脂预处理：向树脂中添加填充剂玻璃漂珠以降低树脂内空隙，玻璃漂珠的密度为0.4克/立方厘米； [0057] S2：树脂和碳纤维的含浸：对树脂和碳纤维进行初步含浸形成碳纤维预浸料，碳纤维预浸料为单向碳纤维预浸料； [0058] S3：分层:以玻璃微珠填充的环氧薄板叠层为中心层，其上下对称的堆叠相同层数的碳纤维预浸料，玻璃微珠填充的环氧薄板叠层的层数为一层，碳纤维预浸料的上下层数为两层； [0059] S4：添加碳纤维编制布预浸料：在步骤S3分层后再在碳纤维预浸料与碳纤维预浸料、碳纤维预浸料与玻璃微珠填充的环氧薄板叠层之间添加一层碳纤维编制布预浸料； [0060] S5：碳纤维片材加工条件：对步骤S4获得的材料进行加压、加热固化，采用的是平板热压机进行加压、加热固化，先对平板热压机预热到85℃，然后合模并抽真空，最后加热到170℃，保温15分钟，保温结束后降温至85℃，恢复常压，冷却至40℃。 [0061] 其中，步骤S2中碳纤维预浸料中树脂的含量为35％，采用对称的0°/90°交替叠层；步骤S3中每层碳纤维预浸料的重量为200克。 [0062] 一层玻璃微珠填充的环氧树脂预固化片进行叠层，叠层具体为： [0063] 0°(UD200)+90°(UD200)+玻璃微珠填充的环氧薄板叠层+0°(UD200)+90°(UD200)。 [0064] 实施例四 [0065] 如图1，本发明提出的一种碳纤维片材，包括四层层碳纤维预浸料以及一层的玻璃微珠填充的环氧薄板叠层，玻璃微珠填充的环氧薄板叠层设置在若干碳纤维预浸料的中间层位置，碳纤维预浸料与碳纤维预浸料、碳纤维预浸料与玻璃微珠填充的环氧薄板叠层之间添加一层碳纤维编制布预浸料，碳纤维预浸料成分包括树脂和碳纤维，树脂为环氧树脂，碳纤维聚丙烯腈基碳纤维。 [0066] 其中，树脂内添加填充剂玻璃漂珠，所述玻璃漂珠的密度为0.5克/立方厘米。 [0067] 一种碳纤维片材的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤: [0068] S1:树脂预处理：向树脂中添加填充剂玻璃漂珠以降低树脂内空隙，玻璃漂珠的密度为0.5克/立方厘米； [0069] S2：树脂和碳纤维的含浸：对树脂和碳纤维进行初步含浸形成碳纤维预浸料，碳纤维预浸料为单向碳纤维预浸料； [0070] S3：分层:以玻璃微珠填充的环氧薄板叠层为中心层，其上下对称的堆叠相同层数的碳纤维预浸料，玻璃微珠填充的环氧薄板叠层的层数为一层，碳纤维预浸料的上下层数为两层； [0071] S4：添加碳纤维编制布预浸料：在步骤S3分层后再在碳纤维预浸料与碳纤维预浸料、碳纤维预浸料与玻璃微珠填充的环氧薄板叠层之间添加一层碳纤维编制布预浸料； [0072] S5：碳纤维片材加工条件：对步骤S4获得的材料进行加压、加热固化，采用的是平板热压机进行加压、加热固化，先对平板热压机预热到80℃，然后合模并抽真空，最后加热到170℃，保温10分钟，保温结束后降温至80℃，恢复常压，冷却至50℃。 [0073] 其中，步骤S2中碳纤维预浸料中树脂的含量为35％，采用对称的0°/90°交替叠层；步骤S3中每层碳纤维预浸料的重量为100克。 [0074] 一层玻璃微珠填充的环氧树脂预固化片进行叠层，叠层具体为： [0075] 0°(UD200)+90°(UD200)+玻璃微珠填充的环氧薄板叠层+0°(UD200)+90°(UD200)。 [0077] 两层牛皮纸/一层PET离型膜/叠层好的产品/一层PET离型膜/叠层好的产品/一层PET离型膜/叠层好的产品/一层PET离型膜/叠层好的产品/一层PET离型膜/叠层好的产品/一层PET离型膜/叠层好的产品/一层PET离型膜/叠层好的产品/一层PET离型膜/叠层好的产品/一层PET离型膜/叠层好的产品/一层PET离型膜/两层牛皮纸。 [0078] 实施例一、实施例二、实施例三和实施例四与现有市售碳纤维片材数据比较，参见表一： [0079] [0080] [0081] 本发明利用玻璃微珠填充的环氧树脂预固化片，电子产品用碳纤维片材夹心层，该材料的加入不仅可以进一步减轻重量，还可以起到加强筋的作为，抵消因为碳纤维复合材料各向异性引起的收缩率不一致，避免其翘曲，同时该方法适合在热压机中每个开口可以用多层的碳纤维片材，可以极大的提高生产效率，制得碳纤维片材具有阻燃，变形度低，重量轻，易于批量化生产，特别是适合电子产品的轻量化应用；树脂材料和两边的碳纤维预浸料树脂一致，粘结性能好，膨胀系数一致，而且玻璃微珠填充的环氧树脂预固化片材具有密度轻，强度好的优势，同时在注塑包胶工艺中玻璃微珠的强度较高，不会因为注塑的压力发生破裂，并且环氧树脂是极性的物质，可以和常用尼龙注塑材料极性相近，有更好的结合性能。 [0082] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 |
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