碳纖維注塑成型工藝及其產品的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用碳纖維材料制成的產品，尤其是涉及一種用碳纖維材料制成產 品的工藝，屬于碳纖維產品領域。
[0002]
【背景技術】
[0003]碳纖維(Carbon fibre)材料是一種新興的高科技材料，不僅具有碳材料的固有特 性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。
[0004] 采用碳纖維材料制成的產品具有強度高、重量輕、力學性能優越、耐高溫的優點， 是一種環保產品，目前主要應用于航空、體育用品、機械、汽車領域、醫療器械、石油化工工 業、土木建筑甚至宇航等領域。但存在加工藝復雜，碳纖維材料與固塑樹脂結合不夠融合緊 密，在很大程度上影響碳纖維產品的性能和質量，使碳纖維產品使用和推廣受到限制，存在 缺點。
[0005]
【發明內容】
[0006] 本發明的目的，在于提供一種采用碳纖維材料和可以固塑的樹脂制成碳纖維復合 產品的工藝及其產品，解決碳纖維復合產品存在的加工工藝復雜，碳纖維材料與固塑樹脂 結合不夠融合和緊密，影響碳纖維復合產品性能和質量的技術問題。
[0007] 本發明碳纖維注塑成型工藝的技術方案包括六道工序： 1.備料工序-按產品要求選擇碳纖維原材料，2.成形工序-碳纖維原材料成形，3.切邊 工序-成形碳纖維切邊，4.內表面涂層工序-成形碳纖維內表面涂層，5.注塑工序-成形碳纖 維在模內注塑樹脂成型成為產品，6.表面處理工序-注塑成型碳纖維產品經表面處理成為 成品。
[0008] 本文所述"成形"是指成為形狀，"成型"是指成為成品。
[0009] 第一道工序備料工序-按產品要求選擇碳纖維原材料:碳纖維原材料為碳纖布、碳 素纖維布、碳纖維編織布、碳纖維預浸布、碳纖維加固布、碳布、碳纖維織物、碳纖維帶、PC、 PE、植物纖維、碳纖+PC、碳纖+TPU，等等。
[0010] 通常采用PAN基碳纖維布;或者黏膠基碳纖維布;或者瀝青碳纖維布。
[0011] 或者按產品使用溫度采用可以耐高溫2000°c-3000°c的石墨化碳纖維布，或者采 用耐高溫1000°C-2000°C的碳纖維布，或者采用耐高溫100°C-1000°C的預氧化碳纖維布。
[0012] 第二道工序成形工序-碳纖維原材料成形:將碳纖維原材料按產品形狀進行成形， 成形過程中不使用脫模劑，使碳纖維成形后表面無脫模劑殘留。可以采用三種成形方式： 第一種，熱壓成形，將碳纖維預浸布、碳纖+PC、碳纖+TPU或者干布平鋪到事先預熱好的 產品形狀模具(金屬模）當中，拐角處不能使碳纖布打皺，（干布成形的話，在此時需加入適 量的樹脂，其中樹脂包括:熱固性聚酰亞胺樹脂、脲醛樹脂、熱塑性聚酰亞胺樹脂、聚酰胺酰 亞胺樹脂、聚醚酰亞胺樹脂、聚砜樹脂、聚醚砜樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚苯硫醚樹脂），然后合 模將模具放置加熱板上使模具達到120°C到170°C，5到15分鐘后，將模具取下冷卻(此處可 以用氣冷或者水冷)到常溫后開模，這樣固定的形狀的碳纖維半成品就成形了，這種工藝比 較適合中小型產品，可實現大批量生產。
[0013] 第二種，真空熱壓吸塑成形，將碳纖維預浸布或者干布平貼到產品形狀凹模(金屬 模或者鋼模具)上，（干布成形的話，在此時需加入適量的樹脂，其中樹脂包括:熱固性聚酰 亞胺樹脂、脲醛樹脂、熱塑性聚酰亞胺樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂、聚醚酰亞胺樹脂、聚砜樹 月旨、聚醚砜樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚苯硫醚樹脂)在貼好的碳纖布上放上事前成形好的矽膠 片，然后將整套鋁模放入耐高溫的真空袋中，再將此袋放入熱壓罐中，將溫度調至120°C-180 °C恒溫15-45分鐘左右進行固化。此種工藝比較適合外表要求高、尺寸小、精度要求高的 產品，如汽車內外裝飾件，精密電子產品，如筆記本電腦外殼，手機外殼，手表外殼等。
[0014] 第三種，RTM工藝(常溫固化成形），將碳纖預浸布平貼至玻璃鋼模具或者金屬模具 上，同樣拐角處不能打皺，在上面加一層玻璃纖維，然后用薄膜在玻璃鋼或者金屬模具上進 行密封，在模具一端吸入環氧樹脂，在模具另一端抽出多余的樹脂和汽泡，常溫固化1-3小 時，產品定形后取出。此種工藝比較適合尺寸大的工業產品，如汽車前蓋，汽車尾蓋，底盤， 汽車骨架等。
[0015]現在以RTM工藝為例詳細敘述真空輔助RTM工藝裝置:主要由樹脂注射機、成形模 具、抽真空設備三部分組成， 1、樹脂注射機由計量栗、注射頭組成，計量栗含有樹脂栗、固化劑栗及計量裝置，樹脂 及固化劑經計量栗按一定的比例加壓輸入注射頭中，經注射頭混合后注入模具，這種方法 注射速度易于控制，樹脂和固化劑只在注射頭中混合，因而可長期存放，且注射結束后易于 清洗。
[0016] 2、成形模具采用金屬制造，金屬模具使用壽命長(>25000次），表面質量良好，模具 結構為組合形式，有定位、鎖緊、開啟、密封裝置，注射口位于模具最低點，排出口在樹脂較 難流到處，抽真空設備同排出□連接，在注射機注射樹脂的同時抽真空，這樣能增加樹脂傳 遞壓力，排除模具及樹脂中的氣泡和水分，并為樹脂在模腔中打開通道，形成完整的通路， 從而大大提尚制品成功率，使得制品質量上升。
[0017] 3、工藝特點及材料，RTM工藝的技術關鍵是樹脂系統的選擇，為了提高產品的質 量，選用了韌性好、同碳纖維親合力強的改性樹脂，其中樹脂包括(熱固性聚酰亞胺樹脂、脲 醛樹脂、熱塑性聚酰亞胺樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂、聚醚酰亞胺樹脂、聚砜樹脂、聚醚砜樹 月旨、聚醚醚酮樹脂、聚苯硫醚樹脂)要將樹脂輸送至模腔內并迫使樹脂迅速浸潤纖維，其粘 度為0.025Pa ? s~0.030Pa ? s為最佳，以加熱壓注方式為好。
[0018]樹脂傳遞壓力是RTM工藝中應該控制的主要參數，此壓力用來克服注入模腔和浸 透碳纖維時所遇到的阻力，注射壓力必須滿足注射速度的要求，注射操作一般要求就在樹 脂膠凝的1/4~1/2的時間內完成，注射壓力為0.3MPa~0.5MPa.樹脂完成傳遞的時間與系 統壓力和溫度有關，時間短可提高生產效率，但如果樹脂流量太大，膠液就來不及浸透碳纖 維，因此，一般要求在傳遞過程中進入模具的樹脂液面上升速度<25mm/min，通過模具上的 觀察口（排出口）來監控樹脂傳遞過程。
[0019] 4 ?工藝流程 RTM法可以實現復雜形狀的產品一次整體性成形，從而簡化了產品結構，并且減少了組 成零件和聯接零件的數量，因而能有效地減輕產品重量，降低工業消耗和提高產品的使用 性能。
[0020] RTM法成形形狀復雜的制品比較方便，因為樹脂在固化前具有一定的流動性，纖 維很柔軟，能依模具形成所要求的形狀和尺寸，這對單件和小批量產品尤為方便，是金屬制 品工藝無法相比的。
[0021] 第三道工序切邊工序-成形碳纖維切邊，碳纖維原材料成形成為半成品后切邊可 采用兩種方式： 第一種，手工切割打磨，將成形好的碳纖維進行余邊打磨，此種方法加工精度低，效率 也相對比較低，比較適合小批量生產和精度要求不高的產品，如運動器材類的產品。
[0022] 第二種，CNC電腦銑加工，將成形好的碳纖維半成品固定到夾具上進行數控精銑的方法 去除余量，這個方法效率高、尺寸精度高，可實現大批量生產，加工精度高，比較適合汽車內 外裝飾件和結構件的生產。
[0023 ]第四道工序內表面涂層工序-成形碳纖維內表面涂層 成形碳纖維內表面涂層是將成形好的碳纖內表面噴涂HPM579的膠水，使其與樹脂融合 得