[發(fā)明專利]碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310264012.0
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN104249462A
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫曉光;孟秀青;安磊;田超;劉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 藍星（北京）特種纖維技術(shù)研發(fā)中心有限公司
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29K201/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 韓國勝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料制造工藝，特別是涉及一種碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料制造方法。

背景技術(shù)

碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料是以碳纖維為增強材料，熱塑性樹脂為基體生產(chǎn)的高性能復(fù)合材料，具有質(zhì)量輕，強度大，耐腐蝕，使用壽命長，耐沖擊性能高的特點，而且相對于碳纖維增強熱固性復(fù)合材料，其加熱后可再次成型，是一種綠色可回收材料，因此引起了人們的關(guān)注和研究。

目前碳纖維增強熱塑型復(fù)合材料的制造方法主要有熔融浸漬法，粉末浸漬法，碳纖維/基體纖維混紡法，熔膜法等，都是均采用一定的方法將纖維和基體樹脂混合，加熱樹脂使之融化，浸漬纖維，然后冷卻定型得到碳纖維增強復(fù)合材料。但是由于熱塑性樹脂分子量高，因此在熔融狀態(tài)下仍有很大的粘度，往往無法很好的浸漬纖維，形成不了良好的樹脂/纖維截面，造成復(fù)合材料性能不高，而且要完全熔融樹脂也需要一定的時間和能耗，尤其要加工厚度較大的產(chǎn)品會帶來很大的困難。

發(fā)明內(nèi)容

（一）要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種制造碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料的方法，使熱塑性樹脂與纖維能夠形成良好的截面，提高復(fù)合材料的性能，并且在短時間內(nèi)實現(xiàn)加工厚度較大的產(chǎn)品。

（二）技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料制造方法，其包括如下步驟：

步驟（1）：將碳纖維與熱塑性樹脂交替鋪放入模具中，模具最底層和最上層均為熱塑性樹脂，閉模施加壓力；

步驟（2）：在碳纖維層接入電源，使之在電流作用下快速升溫，溫度高于熱塑性樹脂熔點后，熱塑性樹脂開始熔融，在壓力下浸漬碳纖維；

步驟（3）：斷開電源，模具冷卻后開模，得到碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料。

其中，所述碳纖維為碳纖維絲、碳纖維織物、碳纖維格柵、碳纖維氈、碳纖維與其他纖維混雜織物、碳纖維與其他纖維混雜氈、碳纖維/樹脂復(fù)合筋、碳纖維/樹脂復(fù)合格柵中的任一種。

其中，所述熱塑性樹脂為聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚甲醛、尼龍、聚四氟乙烯、聚醚醚酮中的任一種。

其中，所述熱塑性樹脂為樹脂膜、樹脂粉體、樹脂母粒、或樹脂預(yù)制件。

其中，所述步驟（1）中，閉模施加的壓力在10-50MPa之間。

其中，所述步驟（2）中，碳纖維層內(nèi)接入電源時所通入的電流為1-10A。

（三）有益效果

上述技術(shù)方案所提供的碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料制造方法，以碳纖維本身為發(fā)熱體，由于碳纖維屬于亂層石墨結(jié)構(gòu)，直徑細(xì)，外表面積大，通電后產(chǎn)生的熱量很容易散發(fā)，電熱轉(zhuǎn)化效率高達90%以上，節(jié)能效果十分顯著；同時，由于碳纖維是在內(nèi)部融化熱塑性樹脂并完成浸漬的，具有成型時間短、浸漬效果好的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)熱塑性樹脂與纖維形成良好的截面，提高復(fù)合材料的性能，并且在短時間內(nèi)實現(xiàn)加工厚度較大的產(chǎn)品。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

本實施例提供一種碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料制造方法，其包括如下步驟：

步驟（1）：將碳纖維與熱塑性樹脂交替鋪放入模具中，模具最底層和最上層均為熱塑性樹脂，閉模施加壓力；

步驟（2）：在碳纖維層接入電源，使之在電流作用下快速升溫，溫度高于熱塑性樹脂熔點后，熱塑性樹脂開始熔融，在壓力下浸漬碳纖維；

步驟（3）：斷開電源，模具冷卻后開模，得到碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料。

其中，上述制造方法中，所述碳纖維為碳纖維絲、碳纖維織物、碳纖維氈、碳纖維與其他纖維混雜織物、碳纖維與其他纖維混雜氈中的任一種；所述熱塑性樹脂為聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚甲醛、尼龍、聚四氟乙烯、聚醚醚酮中的任一種；所述熱塑性樹脂為樹脂膜、樹脂粉體、樹脂母粒、或樹脂預(yù)制件。

進一步地，上述制造方法中，根據(jù)所用熱塑性樹脂的類型，閉模施加的壓力在10-50MPa之間，該壓力太大，碳纖維層會被樹脂沖變形，該壓力太小，樹脂無法充分浸漬纖維；根據(jù)產(chǎn)品的厚度、所用熱塑性樹脂的類型，碳纖維層接入電源時所通入的電流為1-10A，該電流過大，會使溫度過高，破壞樹脂結(jié)構(gòu)，甚至將樹脂燒焦，該電流過小，樹脂粘度大，無法充分浸漬纖維。

上述方法可以用于制造碳纖維增強熱塑性PVC井蓋，其過程如下：

首先用注塑或模壓的方法制得熱塑性塑料預(yù)制件A1和塑性塑料預(yù)制件B3；