一種碳纖維復合材料制品及制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種碳纖維復合材料制品及制造方法。
【背景技術】
[0002] 碳纖維質量輕，強度高、模量高、且耐高溫、耐腐蝕以及抗疲勞性能等特點。其優異 的力學性能使其作為塑料的增強材料被廣泛使用。碳纖維復合材料如玻璃鋼制品廣泛應用 于航空航天、交通運輸、運動器材、建筑工程、消防等領域。
[0003] 中國專利CN101532253介紹了碳纖維復合材料制品及其制造方法，該碳纖維復合 材料制品包括層壓在一起的多層碳纖維布，這種多層碳纖維布通過固化的熱固性樹脂而結 合成一體，多層碳纖維布的紋路方向也是相互錯開的。這種方法制備的碳纖維復合材料制 品初坯的表面不容易出現小凹坑，因此無需補土和打磨過程，減少工序，降低成本。但是這 種方法使用的是多層碳纖維布疊加，單層碳纖維布的厚度很薄，要達到筆記本或手機外殼 的厚度需要N層這種碳纖維布（N > 6)，碳纖維布的成本相對較高，這使得該復合材料制備 的成品成本較高。
[0004] 中國專利CN1241085C介紹了筆記本電腦鋁鎂合金外殼碳纖維的補強制法，將原 先以鋁鎂合金借高溫壓鑄成型的電腦外殼不良品，再進行下列過程：第一，將該電腦外殼不 良品表面進行化學前置處理；第二，碳纖維(或玻璃纖維）浸潤樹脂，以構成碳纖維(或玻璃 纖維）材料；第三，將該碳纖維(或玻璃纖維）材料表面上膠貼合于該電腦外殼不良品上；第 四，將貼有碳纖維(或玻璃纖維）材料的該電腦外殼不良品進行加溫、加壓的硬化處理，形成 錯鎂合金補強有碳纖維結構的電腦外殼，提高電腦外殼的強度。該方法存在幾個缺點：第 一，工序較多，碳纖維和鋁鎂合金的粘結，中間需要另外加一層膠進行貼合，無疑增加了設 備投入，提高了成本。第二，鎂是一種高分子材料，在高溫壓鑄過程中會流竄而產生針孔，針 孔分布少的地方強度高一些，針孔密集的地方強度相對弱一些，導致材料會有強度不均的 缺陷。第三，補強后的鋁鎂合金外殼的重量相對較重。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于為克服現有技術的缺陷而提供一種高強輕質的碳纖維復合材 料制品及制造方法。
[0006] 為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：
[0007] -種碳纖維復合材料制品，該碳纖維復合材料制品從上到下依次包括碳纖維布上 層、熱塑性樹脂微發泡板層和碳纖維布下層，其中碳纖維布上、下層分別含有1-2層碳纖維 預浸布。
[0008] 所述的熱塑性樹脂微發泡板為聚丙烯微發泡板、聚乙烯微發泡板或聚氯乙烯微發 泡板。
[0009] 所述的熱塑性樹脂微發泡材料的密度為0· lg/cm3-0. 8g/cm3,優選0· 5g/cm3_0. 8g/ cm3,厚度為 0· 5-1. 0mm。
[0010] 所述的碳纖維預浸布為碳纖維浸漬環氧樹脂得到的預浸布。
[0011] 所述的碳纖維預浸布可以為碳纖維單向預浸布、碳纖維編織平紋預浸布或碳纖維 編織斜紋預浸布；其中所述的編織斜紋預浸布可以為IK或者3K的斜紋預浸布。
[0012] 所述的碳纖維單向預浸布的厚度為0. 1-0. 25mm，所述碳纖維編織平紋或碳纖維編 織斜紋預浸布厚度均為〇. 2-0. 35mm。
[0013] 一種上述碳纖維復合材料制品的制備方法，該方法包括如下步驟：
[0014] (1)將熱塑性樹脂微發泡板和碳纖維預浸布裁剪成需要的尺寸，備用；
[0015] (2)將模具清理干凈，并涂上脫模劑，便于脫模；
[0016] (3)將步驟（1)的熱塑性樹脂微發泡板和碳纖維預浸布疊合在一起；
[0017] (4)將步驟（3)中疊合的材料放入模具中，先將模具置于一定溫度下保持一段時間 后，加壓并升高溫度，保溫保壓一段時間；
[0018] (5)將上述步驟（4)中的模具取出放入冷卻設備中，在一定壓力下冷卻一段時間， 脫模取出復合材料制品，將其裁剪成需要的尺寸。
[0019] 所述的步驟（2)中，所述的脫模劑為德國Mikon FK-03/02或德國Mikon F-57。
[0020] 所述的步驟（3)中熱塑性樹脂微發泡板和碳纖維預浸布的疊合順序為：以熱塑性 樹脂微發泡板為最中間層，依次在其上下表面各貼合1-2層碳纖維預浸布，其中熱塑性樹 脂微發泡板上下表面的碳纖維預浸布對稱鋪放，即熱塑性樹脂微發泡板上下表面的碳纖維 預浸布鋪放方式一樣；
[0021] 所述的步驟（4)中，先將模具置于80~90°C下保持40~60min，加壓至30-60bar， 并將溫度升至100~120°c，保溫保壓時間為10~30min ;
[0022] 所述的步驟（5)中，冷卻壓力為30-60bar，冷卻時間為10-30min。
[0023] 本發明同現有技術相比，具有以下優點和有益效果：
[0024] (1)本發明采用碳纖維布作為表面層，提高了復合材料的力學性能；
[0025] (2)碳纖維的克重小，密度低，且中間夾層為微發泡材料，密度小于0. 8g/cm3,使得 復合材料的整體密度小，達到減重的效果；
[0026] (3)中間層采用微發泡的熱塑性樹脂，增加復合材料剛性的同時降低了成本；
[0027] (4)中間層的熱熔融溫度不能太高，最好在碳纖維預浸布固化溫度偏上一點，這樣 熱塑性微發泡板與碳纖維預浸布便可以通過預浸帶固化直接粘結在一起，而無需額外的涂 膠工序，簡化了工藝；
[0028] (5)本發明中所需的設備操作簡單，相對成本較低，容易工業化生產；
[0029] (6)本發明可用于高端電子電器領域。
【具體實施方式】
[0030] 以下結合實施例對本發明作進一步的說明。
[0031] 以下實施例所采用的碳纖維預浸布的生產廠家為廈門復晟復合材料有限公司。
[0032] 實施例1
[0033] ( 1)將PVC微發泡板和碳纖維編織平紋預浸布裁剪成需要的尺寸，備用；
[0034] (2)將模具清理干凈，并涂上脫模劑德國Mikon F-57,便于脫模；
[0035] (3)將步驟（1)的PVC微發泡板和碳纖維編織平紋預浸布按照一定的順序疊合在 一起。以0.5mm厚的PVC微發泡板為最中間層，PVC微發泡板的密度為0.5g/cm3。依次在其 上下表面各貼合1層碳纖維平紋編織預浸布，其中PVC微發泡板上下表面的碳纖維平紋編 織預浸布對稱鋪放，即PVC微發泡板上下表面的碳纖維平紋編織預浸布的鋪放方式一樣； 碳纖維平紋編織預浸布厚度均為0. 35mm ;
[0036] (4)將步驟（3)中貼合好的3層復合材料放入模具中，先將模具置于80°C下保持 60min，加壓至30bar，并將溫度升至100°C下，保溫保壓30min ;
[0037] (5)將上述步驟（4)中的模具取出放入冷卻設備中冷卻，在30bar的壓力為下冷卻 20min，脫模取出復合材料制品，制品厚度為1. 2_，可將其裁剪成需要的尺寸。
[0038] 實施例2
[0039] (1)將PP微發泡板和碳纖維單向預浸布裁剪成需要的尺寸，備用；
[0040] (2)將模具清理干凈，并涂上脫模劑德國Mikon FK-03/02,便于脫模；
[0041] (3)將步驟（1)的PP微發泡板和碳纖維預浸布按照一定的順序疊合在一起。以 0. 7mm厚的PP微發泡板為最中間層，PP微發泡板的密度為0. 8g/cm3。依次在其上下表面各 貼合2層碳纖維單向預浸布，其中上表面的2層碳纖維單向預浸布的鋪層方式從上至下依 次為0° /90°鋪放，且PP微發泡板上下表面的碳纖維單向預浸布對稱鋪放，即PP微發泡 板上下表面的碳纖維單向預浸布鋪放方式一樣；碳纖維單向預浸布厚度均為0. 15mm ;
[0042] (4)將步驟（3)中貼合好的5層復合材料放入模具中，先將模具置于85°C下保持 50min，加壓至45bar，并將溫度升至100°C下，保溫保壓30min ;
[0043] (5)將上述步驟（4)中的模具取出放入冷卻設備中冷卻，在45bar的壓力下冷卻 25min，脫模取出復合材料制品，制品厚度為1. 3_，可將其裁剪成需要的尺寸。
[0044] 實施例3
[0045] (1)將PVC微發泡板和碳纖維3k斜紋編織預浸布裁剪成需要的尺寸，備用；
[0046] (2)將模具清理干凈，并涂上脫模劑德國Mikon F-57,便于脫模；
[0047] (3)將步驟（1)的PVC微發泡板和碳纖維3k斜紋編織預浸布按照一定的順序疊合 在一起。以0. 6_厚的PVC微發泡板為最中間層，PVC微發泡板的密度為0. 6g/cm3。依次 在其上下表面各貼合1層碳纖維3k斜紋編織預浸布，其中PVC微發泡板上下表面的碳纖維 3k斜紋編織預浸布對稱鋪放，即PVC微發泡板上下表面的碳纖維3k斜紋編織預浸布層的鋪 放方式一樣；碳纖維3k斜紋編織預浸布厚度均為0. 2mm ;
[0048] (4)將步驟（3)中貼合好的3層