一种碳纤维增强热塑性树脂板材及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维增强热塑性树脂板材及其制造方法。包括如下步骤：（1）将碳纤维和热塑性树脂共混制成碳纤维预浸料；（2）将碳纤维预浸料进行铺层后，不必进行预热，直接在模压温度下进行模压成型，得到碳纤维增强热塑性树脂板材。本发明专利技术使用碳纤维和热塑性树脂组成的碳纤维预浸料进行铺层然后模压制备碳纤维增强热塑性树脂板材的过程中，在将碳纤维预浸料进行铺层后，不必进行预热，直接在热塑性树脂基材的结晶化温度与融点之间，压力0.5MPa以上进行模压成型，节约了制造工序和成本。

A carbon fiber reinforced thermoplastic resin plate and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强热塑性树脂板材及其制造方法
本专利技术涉及碳纤维
，具体地说，涉及一种碳纤维增强热塑性树脂板材及其制造方法。
技术介绍
近年来，作为增强材料的碳纤维，通过与各种树脂基体复合形成的碳纤维增强树脂基复合材料，其应用范围不断扩大。其中，在要求高力学性能和耐热性的航空航天以及工业领域，主要使用不饱和聚酯树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂等热固性树脂作为基体。但是，热固性树脂普遍存在性脆、不耐冲击的缺点，对于航空航天领域而言，这是必须要改善的点，另外，使用热固性树脂制备的预浸料，不仅在保存上条件要求苛刻，而且还存在对产品形状限制多，成型时间长，生产能力低下等问题。如果使用热塑性树脂来制备预浸料，就可以缩短成型时间，降低成型成本，同时获得耐冲击性优良的复合材料。碳纤维增强热塑性树脂层压板，通常是将碳纤维单向排布，在热塑性树脂的溶体或者溶液中进行浸渍，将得到的预浸料进行层压后得到层压板。层压板并不是最终产品，它属于一种中间基材，还需要通过模压等成型方法才能制备成部件。在模压的过程中，为了实现一体化，需要将热塑性树脂加热到熔点以上进行模压塑型，然后再将温度冷却，以进行脱模。这样反复加热冷却，不仅需要复杂的设备，而且生产能力也受到很大的限制，结果就是产品成本的提高。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提高一种不需要反复加热冷却的碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法，本专利技术可以在树脂的融点以下、结晶化温度以上进行模压，就可以解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法，包括如下步骤：(1)将碳纤维和热塑性树脂共混制成碳纤维预浸料；(2)将碳纤维预浸料进行铺层后，不必进行预热，直接在模压温度下进行模压成型，得到碳纤维增强热塑性树脂板材。作为优选的，在上述的碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法中，所述模压温度大于Tm-30，小于<Tm，Tm为热塑性树脂的融点。作为优选的，在上述的碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法中，所述碳纤维为PAN基碳纤维、沥青基碳纤维或黏胶基碳纤维。主要看成型品的力学性能和轻量化效果。从得到的成型品的强度和模量的总和性能考虑，以PAN即碳纤维为佳。作为优选的，在上述的碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法中，所述碳纤维还与玻璃纤维、氧化铝纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维或金属纤维混合使用。本专利技术中使用的碳纤维的单丝直径应在3～20μm之间，优选5～15μm之间。纤维的断面形状没有必要为正圆形，椭圆或者其他形状也可以。本专利技术中使用的纤维是连续的纤维束形态。每一束纤维中包含的单丝数量应在1000～100000之间，优选3000～60000，更优选12000～50000之间。作为优选的，在上述的碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法中，所述热塑性树脂为聚烯烃、聚酰胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯、ABS树脂、聚砜、聚醚酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚醚醚酮或丙烯腈与苯乙烯共聚物。其中，在电气及电子产品领域以及汽车制造领域，从轻量化、力学特性以及成型性综合考虑，以聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯等树脂为佳，尤其是聚丙烯和聚酰胺树脂特别适合。以下对聚丙烯和聚酰胺树脂进行详细说明。聚丙烯树脂，包含改性的和不改性的聚丙烯树脂。无改性的聚丙烯树脂，即使用丙烯作为单独的聚合单体或者是丙烯与α-烯烃、共轭二烯烃、非共轭二烯烃等共聚得到的聚合物。α-烯烃具体如乙烯、丁烯、3-甲基-1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、4-甲基-1-己烯、4，4-二甲基-1-己烯、1-庚烯等碳原子数在2～12之间的α-烯烃；共轭二烯烃和非共轭二烯烃如丁二烯、1,3-戊二烯、环己二烯、1,5-己二烯等。无改性聚丙烯的分子骨架，可以是聚丙烯或者丙烯与其它共聚物的嵌段共聚或者无硅共聚，如乙烯-丙烯共聚物、丙烯-丁烯共聚物等。如果需要成型品具有更好的刚性，那么以无任何共聚物的聚丙烯为佳，如果需要成型品有更好的耐冲击强度，那么以丙烯与其它单体的共聚物为佳。改性的聚丙烯树脂，最好是酸改性，尤其是以丙烯与不饱和羧酸或者其盐的共聚物为最佳。酸改性聚丙烯树脂可以通过丙烯与不饱和羧酸共聚得到，亦可以先将丙烯聚合得到聚丙烯，然后将聚丙烯与不饱和羧酸单体进行接枝共聚。聚酰胺具体包括尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙11、尼龙12、尼龙610、尼龙69、尼龙6T、尼龙9T、尼龙MXD6、尼龙6/66共聚物、以及其它各种聚酰胺共聚物，从对纤维的浸渍性考虑，以融点在250℃以下的尼龙6、尼龙12、尼龙610、尼龙MXD6等为佳，其中如果考虑到成本以尼龙6最佳。作为优选的，在上述的碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法中，步骤(1)所述碳纤维预浸料的制备方法包括：采用热塑性树脂膜，将其与碳纤维同向传送，从上下两面对开纤后的碳纤维进行夹持，然后通过加热加压进行一体化得到预浸料；或者将碳纤维开纤后，进入熔融的热塑性树脂槽中进行浸渍，然后通过罗拉加压后得到碳纤维预浸料。作为优选的，在上述的碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法中，所述碳纤维和热塑性树脂制成的碳纤维预浸料中，碳纤维的体积分数为20-65％，余量为热塑性树脂。本专利技术中的碳纤维体积含量Vf，如果小于20％，则材料的强度、刚性等都太低，无法满足使用要求，如果超过65％，对树脂的浸渍性差，制品中的气孔、缺陷等增多，影响制品的性能和品位。综合考虑，应在20-65％之间，优选25-50％之间。作为优选的，在上述的碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法中，所述模压成型的压力在0.5MPa以上。作为优选的，在上述的碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法中，本专利技术中的碳纤维预浸料的具体形态不做限制，如单向预浸料或者织物预浸料等都可以。碳纤维热塑性树脂预浸料的制造方法，通常是使用热塑性树脂膜，将其与碳纤维同向传送，从上下两面对开纤后的碳纤维进行夹持，然后通过加热加压进行一体化得到预浸料。也可以将碳纤维开纤后，进入熔融的树脂槽中进行浸渍，然后通过罗拉加压后得到预浸料。本专利技术中的预浸料，除了使用连续碳纤维外，也可以是使用短切纤维，制备成无规预浸料(即片状模塑料)。使用短切纤维时，纤维的切断长度应在1～100mm之间，优选5～30mm。本专利技术中使用的预浸料的厚度应在0.05～2mm之间，优选0.08～1mm，更优选0.1～0.5mm之间。作为优选的，在上述的碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法中，通过将前述的碳纤维热塑性树脂预浸料进行层压，一体化后得到碳纤维增强热塑性树脂层压板。根据所需物性，铺层方法可以灵活选择，不做具体限定。例如，单向铺层(UD)、垂直铺层(0°、90°铺层)、各向同性铺层(0、45、90、-45°铺层)等均可，如果使用短纤增强的无规预浸料，则无所谓方向性。铺层后的预浸料，可以对其棱或者角处进行熔融固定。可以采用电烙铁热熔或者振动熔融等方法。此后就可以使用模压机对其进行模压一体化。通常，在对材料进行成型时，可以采用首先使用红外加热等手段将材料加热到熔点以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法，其特征在于包括如下步骤：/n（1）将碳纤维和热塑性树脂共混制成碳纤维预浸料；/n（2）将碳纤维预浸料进行铺层后，不必进行预热，直接在模压温度下进行模压成型，得到碳纤维增强热塑性树脂板材。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将碳纤维和热塑性树脂共混制成碳纤维预浸料；
（2）将碳纤维预浸料进行铺层后，不必进行预热，直接在模压温度下进行模压成型，得到碳纤维增强热塑性树脂板材。


2.如权利要求1所述的碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法，其特征在于，所述模压温度大于Tm-30，小于<Tm，Tm为热塑性树脂的融点。


3.如权利要求1所述的碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法，其特征在于，所述碳纤维为PAN基碳纤维、沥青基碳纤维或黏胶基碳纤维。


4.如权利要求1所述的碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法，其特征在于，所述碳纤维还与玻璃纤维、氧化铝纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维或金属纤维混合使用。


5.如权利要求1所述的碳纤维增强热塑性树脂板材的制造方法，其特征在于，所述热塑性树脂为聚烯烃、聚酰胺、聚苯乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡炜杰，纪红兵，程亮，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44