熱塑性碳纖維復合材料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種碳纖維復合材料及其制備方法，屬于復合材料領域。
【背景技術】
[0002]由于樹脂基復合材料的優越性能，且密度只有1.5g/cm3左右，密度是鋼鐵的1/5，樹脂基復合材料在各種工業行業都有廣泛應用，如航空、高鐵、風電等工業領域。隨著汽車工業的飛速發展，高性能的復合材料必將在汽車上得到更廣泛的應用。
[0003]然而，由于傳統金屬部件加工成型工藝技術非常成熟，復合材料成型工藝復雜，加工周期長，而目熱固性樹脂基復合材料在生產過程中不環保，且該復合材料又難以回收重復利用，在一定程度上增加了自然環境的負擔。
[0004]目前現有碳纖維復合材料制備工藝主要以熱固性樹脂基體導入模具中固化成型，如真空袋壓法成型、樹脂傳遞成型(RTM)等，出現樹脂固化速度慢，制品成型周期長等缺點。因此現有的碳纖維復合材料并不適合于規模批量化連續生產，尤其是大規模生產的汽車產品。
[0005]本
【發明內容】
針對以上存在問題提供一種解決方案，通過使用熱塑性樹脂復合碳纖維，制成可重復使用加工的復合板材及其成型部件。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的問題是提供一種熱塑性碳纖維復合材料及其制備方法。這種復合材料具有較好的力學性能和加工性能，生產周期短，可連續生產，能夠廣泛應用于汽車零部件產品上。
[0007]本發明的目的可以通過以下方式來實現:
[0008]一種熱塑性碳纖維復合材料，通過使用熱塑性樹脂復合碳纖維，所述的熱塑性樹脂為聚
[0009]丙烯纖維。
[0010]一種熱塑性碳纖維復合材料，通過包括如下步驟的方法制得:
[0011](I)纖維成網前的預處理，包括纖維剪切、稱量配料、均勻混合、開松、梳理等；
[0012](2)將纖維鋪疊成網；
[0013](3)將鋪疊成網后的纖維針刺成氈；
[0014](4)將針刺成氈的纖維進行成型處理；
[0015]其中，碳纖維剪切長度為50-150mm，使用碳纖維和PP纖維混合，在混合前先經過適當的開松，使其能達到更好的均勻混合的目的。纖維在混合前經過精確稱量，不僅要按各纖維的名義重量百分比混合，而且要使之實現勻質的混合。經初步開松的纖維混合時，配料成分可用下式計算:
[0016]混料中某種纖維重量(kg)=混料纖維總重(kg) X某種纖維配料成份)
[0017]碳纖維和PP纖維成網過程中，梳理是關鍵工序。它把經過開松和混合工序的纖維原料加工成基本上有單纖維組成的薄網，供鋪疊成網或直接進行纖網加固或經氣流成網，以制造三維雜亂排列的纖網。纖維原料的梳理是在梳理機上進行的，它的作用如下:
[0018](I)徹底分梳混料，使之成為單纖維狀態；
[0019](2)使混料中各種纖維在單纖維狀態下充分而均勻地混合；
[0020](3)進一步清除雜質；
[0021](4)使纖維平行伸直。
[0022]把梳理機輸出的薄網通過一定的方法鋪疊成一定厚度的纖網，再進行加固。鋪疊的方法有平行式(串聯式與并聯式)鋪疊、交叉式鋪疊及組合式鋪疊，交叉式鋪疊成網中的四簾式鋪疊成網。
[0023]針刺機刺針的穿刺作用，將蓬松的纖網加固成布。用截面為三角形(或其他形狀)和棱邊上帶鉤刺的刺針對纖維網進行反復穿刺，由于喂入針刺機的纖網(通常是機械折疊制成的纖網)十分蓬松，纖維與纖維之間不發生“交織”，彼此之間的抱合力很差，纖網幾乎沒有強力，但是當成千上萬枚針刺刺入纖網時，針刺上的鉤刺就帶住纖網表面的一些纖維隨針穿過纖網而產生位移，同時由于摩擦作用而使纖維受到壓縮。當刺入一定深度后，針刺回升，此時由于鉤刺順向的緣故，這些纖維脫離鉤刺而近乎垂直狀態留在纖網內，猶如許多纖維束“銷釘”釘入了纖網，使已經壓縮的纖網不會再恢復原狀。
[0024]影響針刺非織造布產品質量的因素很多，分別如下:纖維本身的特性；纖網的特性；針刺工藝參數；刺針參數；環境因素等等。其中主要影響因素為針刺型號、針刺深度和針刺密度。針刺深度:針刺深度指針刺針尖向下通過托網板上表面的距離(對下針刺機而言)，即針刺刺穿纖網后突出網外的長度。針刺深度根據原料的種類、纖網厚度和產品要求確定，通常在3mm-17mm之間。采用雙面針刺，針刺從上往下刺時，針刺深度為11_，針刺從下往上刺時，針刺深度為7_。針刺密度:纖網在單位面積里所受到的針刺數。它與針板單位長度上的植針數和纖網在每一個針刺循環中前進的距離有關。本復合材料氈針刺參數為:從上往下刺時，針刺密度為7000針/m2，針頻為600次/分，從下往上刺時，針刺密度為8000針/m2，針頻為500次/分。
[0025]碳纖維為增強材料，利用碳纖維和PP纖維之間的熔點差異，使PP纖維熔融作為基體材料，包覆在碳纖維纖維表面，在一定壓力下粘合成型，冷卻后即可制成具有一定強度、硬度、厚度的熱塑性碳纖維復合板材。
[0026]PP的熔融溫度在160°C左右，采用溫度150_190°C加熱。
[0027]成型壓力對改善纖維網的熱量傳遞，促進熔融纖維的熔體流動，增加纖維的接觸面積有重要的作用。壓力增大雖然有利于熔體的流動，但同時也將纖維束壓緊，使纖維間的縫隙變小，增加聚合物熔體浸透纖維束的難度，所以應當選擇適當的成型壓力，既使熔體流動性增大，又使纖維束單絲間的縫隙變化不大，所以成型壓力并不是越大越好。采用壓力2~8MPa0
[0028]成型時間對復合板材的力學性能有很大的影響，粘合時間短，PP熔融不充分，不能很好地起到連接纖維的作用，力學性能較差；成型時間過長，易造成PP基體的裂解，力學性能下降。選擇成型時間為2-8min。
[0029]上述碳纖維復合材料可用于汽車部件，如前端模塊、儀表板骨架、座椅骨架、保險防撞梁、備胎倉、踏板等結構承載部件。
[0030]通過實施本發明提出高性能熱塑性纖維復合材料，并在車輛上應用，將獲得以下幾方面效果:
[0031]1、本發明的碳纖維復合材料，屬于高強質輕材料，替代金屬材料用于汽車部件，可大幅度減輕汽車產品重量；
[0032]2、結構受力部件根據使用要求，可以進行自由設計；
[0033]3、復合材料通過快速模壓成型工藝，降低部件生產周期，制備流程簡單、連續、生廣效率尚、廣品質量穩定；
[0034]4、復合材料有很好的吸能效果，提高整車安全性；
[0035]5、此熱塑性復合材料可重復使用，進行二次或多次加工。
【附圖說明】
[0036]圖1熱塑性碳纖維復合材料工藝流程
【具體實施方式】
[0037]實施例1
[0038]準確稱量碳纖維70KG并剪切成長度為100mm，PP纖維30KG，進行抓棉開松，并均勻混合；對混合后的復合纖維進行梳理，并鋪網；采用雙面針刺，從上往下刺時，針刺密度為7000針/m2，針頻為600次/分，從下往上刺時，針刺密度為8000針/m2，針頻為500次/分；將針刺后的復合纖維氈，放入烘箱中進行加熱到150°C ;將加熱后的復合纖維氈放入平板壓機中，壓力為5MPa，時間為5min，即得熱塑性碳纖維復合材料板。
[0039]實施例2
[0040]準確稱量碳纖維50KG并剪切成長度為100mm，PP纖維50KG，進行抓棉開松，并均勻混合；對混合后的復合纖維進行梳理，并鋪網；采用雙面針刺，從上往下刺時，針刺密度為7000針/m2，針頻為600次/分，從下往上刺時，針刺密度為8000針/m2，針頻為500次/分；將針刺后的復合纖維氈，放入烘箱中進行加熱到170°C ;將加熱后的復合纖維氈放入平板壓機中，壓力為2MPa，時間為8min，即得熱塑性碳纖維復合材料板。
[0041]實施例3
[0042]準確稱量碳纖維30KG并剪切成長度為100mm，PP纖維70KG，進行抓棉開松，并均勻混合；對混合后的復合纖維進行梳理，并鋪網；采用雙面針刺，從上往下刺時，針刺密度為7000針/m2，針頻為600次/分，從下往上刺時，針刺密度為8000針/m2，針頻為500次/分；將針刺后的復合纖維氈，放入烘箱中進行加熱到190°C ;將加熱后的復合纖維氈放入平板壓機中，壓力為8MPa，時間為2min，即得熱塑性碳纖維復合材料板。
【主權項】
1.一種熱塑性碳纖維復合材料，通過使用熱塑性樹脂復合碳纖維，所述的熱塑性樹脂為聚丙烯纖維。2.一種如權利要求1所述的熱塑性碳纖維復合材料，通過包括如下步驟的方法制得: (1)碳纖維成網前的預處理，包括纖維的剪切、稱量配料、均勻混合、開松、梳理等； (2)將預處理后的碳纖維鋪疊成網； (3)將鋪疊成網后的碳纖維針刺成氈； (4)將針刺成氈的碳纖維進行成型處理。3.一種如權利要求2所述的熱塑性碳纖維復合材料，其特征在于，碳纖維剪切長度為50-150mmo4.一種如權利要求2所述的熱塑性碳纖維復合材料，其特征在于，將所述碳纖維與聚丙烯纖維的配比為30-70:70-30。5.一種如權利要求2所述的熱塑性碳纖維復合材料，其特征在于，所述鋪疊是通過四簾式鋪疊成網，所述鋪疊可采用平行式鋪疊、交叉式鋪疊、組合式鋪疊、交叉式鋪疊。6.一種如權利要求2所述的熱塑性碳纖維復合材料，其特征在于，所述針刺的針刺深度為之間。7.一種如權利要求2所述的熱塑性碳纖維復合材料，其特征在于，所述針刺的具體參數為從上往下刺時，針刺密度為7000針/m2，針頻為600次/分，從下往上刺時，針刺密度為8000針/m2，針頻為500次/分。8.一種如權利要求2所述的熱塑性碳纖維復合材料，其特征在于，所述成型的成型壓力2-8MPa，成型時間為2-8min。
【專利摘要】本發明涉及一種碳纖維復合材料及其制備方法，所述材料通過使用熱塑性樹脂復合碳纖維，所述的熱塑性樹脂為聚丙烯纖維。其通過包括如下步驟的方法制得：(1)碳纖維成網前的預處理，包括纖維的剪切、稱量配料、均勻混合、開松、梳理等；(2)將預處理后的碳纖維鋪疊成網；(3)將鋪疊成網后的碳纖維針刺成氈；(4)將針刺成氈的碳纖維進行成型處理。所述碳纖維復合材料，能替代金屬材料用于汽車部件，大幅度減輕汽車產品重量；可根據結構受力部件根據使用要求，進行自由設計；還能降低部件生產周期，制備流程簡單、連續、生產效率高、產品質量穩定；且有很好的吸能效果，提高整車安全性；可重復使用，進行二次或多次加工。
【IPC分類】D04H1/4382, D04H1/485
【公開號】CN104928847
【申請號】CN201510377808
【發明人】唐少俊, 陳效華, 熊建民, 宣善勇
【申請人】奇瑞汽車股份有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月27日