具有高平滑度的碳纤维增强塑性材料制造技术

提供一种纤维增强塑性材料和制造这种材料的方法。该纤维增强塑性材料包括多个碳纤维，以及含有至少一种低线性热膨胀系数(CLTE)填料的乙烯基酯树脂或不饱和聚酯树脂。

Carbon fiber reinforced plastic materials with Gaoping skid

A fiber reinforced plastic material and a method of manufacturing such a material are provided. The fiber reinforced plastic material includes a plurality of carbon fibers, and the vinyl ester resin or unsaturated polyester resin containing at least one low linear thermal expansion coefficient (CLTE) filler.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高平滑度的碳纤维增强塑性材料专利
本公开涉及一种增强材料和制造此类材料的方法。更具体地，本公开涉及一种具有高表面平滑度的碳纤维增强材料。专利技术背景在许多情况下，可有效地使用塑性材料来代替较重且较昂贵的材料，例如钢。然而，当这样的材料将被用于代替较重且较昂贵的材料时，强度和光洁度可能特别令人关注。这样的情景的一个实例是用于例如汽车构造中的钢板，其中可对表面涂漆并且需要高光泽度而没有明显的图案。碳纤维增强材料提供优异的强度重量比并且非常适合于替换较重且较昂贵的材料。然而，这样的碳纤维增强塑性材料当用于需要美观光洁度的区域时具有缺点。例如，当示例性的钢材料可提供约0.15μm的粗糙度Ra时，示例性的碳纤维增强塑性材料可提供高75％或高达0.60μm的粗糙度Ra。当随后对材料进行整饰例如涂漆和任选地固化时，该效果进一步加剧。连续或短切的碳纤维增强塑料部件的表面品质是差的(例如高的粗糙度)，因为纤维在表面平滑度方面产生了一些畸变。当对这些部件涂漆时，纤维图案清晰可见，这在本领域中被称为“纤维印透”。这种现象至少部分地是由在模塑过程的冷却阶段期间围绕碳纤维和/或碳纤维束的热固性树脂的收缩造成的。这在本领域中称为模塑收缩。此外，在涂漆板的情形中，在涂漆和固化(例如在约140℃)期间，热固性树脂再次膨胀，并且该膨胀大于碳纤维。当冷却时，在碳纤维和碳纤维束周围，树脂再次回缩。这些材料之间的热膨胀系数差异是涂漆过程中表面畸变的原因之一。上述两种现象导致比通常使用的钢材料更高的粗糙度和更低的光洁度品质。市场上目前可获得的形成板件(panel)的碳纤维材料是热固性固化材料并且它们需要大量的后处理以实现与钢相同的桔皮值(wavescanvalue)。这样的后处理可能是昂贵、耗时以及劳动密集的，并且可能仍无法达到钢的表面品质。因此，有益的是仍然改善光洁度品质且同时还降低在这些材料表面上获得合适光洁度所需的资源。DE102012007839公开了一种使用热固性树脂的多层纤维塑性复合材料部件。该复合材料部件具有由基质树脂和内含碳纤维的纤维材料制成的至少一个纤维塑性层。可见的表面设有透明玻璃层，该透明玻璃层通过基质树脂与纤维塑性层连接。如上所述，这种材料需要大量的后处理以使其可用于需要美观的光洁度的应用中。JP2010-163536描述了一种用于生产片状模塑化合物的方法，包括从多个碳纤维束的卷绕体中抽出多个碳纤维束(所述卷绕体是通过卷绕多个碳纤维束而获得，所述碳纤维束各自在单个线筒上具有捆扎性能而非平行排列)、通过粗纱切割器切割碳纤维束并且同时对每个纤维束将碳纤维束分开、将切割后的碳纤维束与树脂组合物混合并将混合物形成片材。WO2015/113585公开了一种纤维增强塑性材料，其包括：含多个连续的碳纤维增强热塑性薄片的纤维层、包含选自玻璃纤维和碳纤维中至少一种的纤维的罩层、以及包含树脂膜的树脂层，其中所述罩层被树脂膜的至少一部分浸渗。专利技术概述专利技术人已经认识到，期望改进纤维增强塑性片材的平滑度。本公开的实施方案旨在克服专利技术人所认识到的当前技术水平中的缺点。根据本公开的实施方案，提供一种纤维增强塑性材料，其包括多个碳纤维和乙烯基酯树脂或不饱和聚酯树脂以及至少一种低线性热膨胀系数(CLTE)的填料。通过提供这样的材料，可以减小因树脂和纤维层之间的不同热膨胀系数所致的收缩率变化，使得纤维印透减少或甚至消除。根据一些实施方案，所述至少一种低CLTE填料可选自熔凝石英(fusedsilica)和长石。碳纤维增强热固性片材可以是范围从10-50mm、优选25mm的短切碳纤维。所述多个碳纤维可以随机地分散在树脂中。填料在树脂中的存在量可以在纤维增强塑性材料的10-40体积％范围内。碳纤维的存在量可在纤维增强塑性材料的15-60体积％范围内。所述多个纤维至少部分地嵌入树脂中。该纤维增强塑性材料的至少一个表面可以具有小于0.38μm、且优选小于0.20μm的表面粗糙度，通过表面光度仪(profilometer)例如MitutoyoSV-3000CNC测量表面粗糙度。该纤维增强塑性材料可具有饰面层(finishlayer)并且该饰面层可以是油漆(paint)。填料的颗粒可以具有0.5和4μm之间、优选2和3μm之间的平均颗粒尺寸。此外，填料的线性热膨胀系数的范围可以是0.5到4.5×10-6/℃。根据本公开的实施方案，提供了一种模塑纤维增强塑性材料的方法。该方法包括:向压缩模塑工具提供根据上述任一实施方案的纤维增强塑性材料，该压缩模塑工具被配置为向纤维增强塑性材料施加工具压力，在第一模塑工具温度下在压缩模塑工具中对纤维增强塑性材料进行压缩模塑，以及将压缩模塑的纤维增强塑性材料冷却至第二模塑工具温度同时保持或增加纤维增强塑性材料上的工具压力。在压缩模塑步骤期间工具压力的范围可以在2和15MPa之间，而第一模塑工具温度的范围可以在120℃和160℃之间。工具压力可以维持在介于9和14MPa之间的第一压力持续第一时间段，例如20秒。在第一时间段之后(例如，在冷却步骤期间和/或在压缩模塑步骤的第二时间段期间)，可以将模塑工具压力增加到介于18和22MPa之间的第二压力，并且保持在第二压力持续70和100秒之间的时间段。此外，可以保持第二压力直到将模塑工具冷却到第二模塑工具温度，例如环境温度。第二模塑工具温度的范围可以在40和60℃之间，优选50℃。在冷却步骤期间，可以基于环境条件冷却模塑工具。作为替代，可以通过例如冷却回路促进冷却。根据一些实施方案，该方法可以包括当模塑工具温度达到第二模塑工具温度时将纤维增强塑性材料从压缩模塑工具中移出。此外，可以执行在冷却步骤之后向纤维增强塑性材料施加饰面层的步骤。饰面层可以包括油漆。可以在固化步骤期间使饰面层固化。在随后的描述中将部分地阐述本专利技术的另外目的和优点，或者可以通过本专利技术的实施来了解本专利技术的另外目的和优点。通过所附权利要求中特别指出的要素和组合，将实现和获得本专利技术的目的和优点。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，而不是对所要求保护的专利技术的限制。纳入本说明书并且构成其一部分的附图说明了本专利技术的实施方案并且与描述一起用于解释本公开的原理。附图简述图1是显示在工具内在150℃下以及在脱模后的碳纤维增强塑性材料片的示意描绘；图2A是显示示例性的现有技术压缩模塑技术的时间图；图2B是显示根据本公开的实施方案的压缩模塑技术的时间图。图3是用于描述根据本公开实施方案的示例性压缩模塑方法的流程图。实施方案的描述现在将详细参照本公开的示例性实施方案，其实例在附图中示出。可能时，在整个附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。图1是显示根据本公开的实施方案在模具中在150℃下的富含树脂区域(15)和富含碳纤维区域(20和20’)的示意图。例如，市售产品包括TorayT700SC-12000F0E。这样的碳纤维可以是短切的碳纤维。当碳纤维是切割纤维时，该纤维可以具有不大于50mm且优选地不大于25mm的最大长度。碳纤维12的存在量可以例如在碳纤维增强塑性材料的15和60体积％之间的范围内，优选为该层的30体积％。除了碳纤维12和/或碳纤维束(未示出)之外，还提供了碳纤维嵌入其中的树本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强塑性材料，包含:多个碳纤维；和含有至少一种低线性热膨胀系数(CLTE)填料的乙烯基酯树脂或不饱和聚酯树脂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种纤维增强塑性材料，包含:多个碳纤维；和含有至少一种低线性热膨胀系数(CLTE)填料的乙烯基酯树脂或不饱和聚酯树脂。2.根据权利要求1所述的纤维增强塑性材料，其中所述至少一种低CLTE填料选自熔凝石英和长石。3.根据前述权利要求任一项所述的纤维增强塑性材料，其中所述碳纤维是短切碳纤维，优选地随机分散。4.根据前述权利要求任一项所述的纤维增强塑性材料，其中所述填料以纤维增强塑性材料的10和40体积％之间的范围存在于树脂中。5.根据前述权利要求任一项所述的纤维增强塑性材料，其中所述多个碳纤维以纤维增强塑性材料的15和60体积％之间的范围存在。6.根据前述权利要求任一项所述的纤维增强塑性材料，其中所述多个纤维被树脂浸渗。7.根据前述权利要求任一项所述的纤维增强塑性材料，其中所述多个碳纤维具有不大于50mm并且优选不大于25mm的最大长度。8.根据权利要求7所述的纤维增强塑性材料，其中所述纤维增强塑性材料的至少一个表面具有小于0.38μm且优选地小于0.20μm的表面粗糙度，表面粗糙度是通过表面光度仪例如MitutoyoSV-3000CNC测量。9.据前述权利要求任一项所述的纤维增强塑性材料，其进一步包含饰面层。10.根据权利要求9所述的纤维增强塑性材料，其中所述饰面层包含油漆。11.根据前述权利要求任一项所述的纤维增强塑性材料，其中所述填料的颗粒具有1和4μm之间、优选地2和3μm之间的平均颗粒尺寸。12.一种对纤维增强塑性材料进行模塑的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·塔雄，
申请(专利权)人：丰田自动车欧洲公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE