碳纤维增强热塑性复合材料制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种碳纤维增强热塑性复合材料制造方法，其包括如下步骤：（1）：将碳纤维与热塑性树脂交替铺放入模具中，模具最底层和最上层均为热塑性树脂，闭模施加压力；（2）：在碳纤维层接入电源，使之在电流作用下快速升温，温度高于热塑性树脂熔点后，热塑性树脂开始熔融，在压力下浸渍碳纤维；（3）：断开电源，模具冷却后开模，得到碳纤维增强热塑性复合材料。本发明以碳纤维本身为发热体，电热转化效率高达90%以上，节能效果显著；同时，由于碳纤维在内部融化热塑性树脂并完成浸渍，具有成型时间短、浸渍效果好的优点，能够实现热塑性树脂与纤维形成良好的截面，提高复合材料的性能，并且在短时间内实现加工厚度较大的产品。
【专利说明】碳纤维增强热塑性复合材料制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料制造工艺，特别是涉及一种碳纤维增强热塑性复合材料制造方法。
【背景技术】
[0002]碳纤维增强热塑性复合材料是以碳纤维为增强材料，热塑性树脂为基体生产的高性能复合材料，具有质量轻，强度大，耐腐蚀，使用寿命长，耐冲击性能高的特点，而且相对于碳纤维增强热固性复合材料，其加热后可再次成型，是一种绿色可回收材料，因此引起了人们的关注和研究。
[0003]目前碳纤维增强热塑型复合材料的制造方法主要有熔融浸溃法，粉末浸溃法，碳纤维/基体纤维混纺法，熔膜法等，都是均采用一定的方法将纤维和基体树脂混合，加热树脂使之融化，浸溃纤维，然后冷却定型得到碳纤维增强复合材料。但是由于热塑性树脂分子量高，因此在熔融状态下仍有很大的粘度，往往无法很好的浸溃纤维，形成不了良好的树脂/纤维截面，造成复合材料性能不高，而且要完全熔融树脂也需要一定的时间和能耗，尤其要加工厚度较大的产品会带来很大的困难。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本发明的目的是提供一种制造碳纤维增强热塑性复合材料的方法，使热塑性树脂与纤维能够形成良好的截面，提高复合材料的性能，并且在短时间内实现加工厚度较大的女口广叩ο
[0006](二)技术方案
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供一种碳纤维增强热塑性复合材料制造方法，其包括如下步骤:
[0008]步骤(1):将碳纤维与热塑性树脂交替铺放入模具中，模具最底层和最上层均为热塑性树脂，闭模施加压力；
[0009]步骤(2):在碳纤维层接入电源，使之在电流作用下快速升温，温度高于热塑性树脂熔点后，热塑性树脂开始熔融，在压力下浸溃碳纤维；
[0010]步骤(3):断开电源，模具冷却后开模，得到碳纤维增强热塑性复合材料。
[0011]其中，所述碳纤维为碳纤维丝、碳纤维织物、碳纤维格栅、碳纤维毡、碳纤维与其他纤维混杂织物、碳纤维与其他纤维混杂毡、碳纤维/树脂复合筋、碳纤维/树脂复合格栅中的任一种。
[0012]其中，所述热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚甲醛、尼龙、聚四氟乙烯、聚醚醚酮中的任一种。
[0013]其中，所述热塑性树脂为树脂膜、树脂粉体、树脂母粒、或树脂预制件。
[0014]其中，所述步骤(1)中，闭模施加的压力在10_50MPa之间。
[0015]其中，所述步骤(2)中，碳纤维层内接入电源时所通入的电流为1-10A。
[0016](三)有益效果
[0017]上述技术方案所提供的碳纤维增强热塑性复合材料制造方法，以碳纤维本身为发热体，由于碳纤维属于乱层石墨结构，直径细，外表面积大，通电后产生的热量很容易散发，电热转化效率高达90%以上，节能效果十分显著；同时，由于碳纤维是在内部融化热塑性树脂并完成浸溃的，具有成型时间短、浸溃效果好的优点，能够实现热塑性树脂与纤维形成良好的截面，提高复合材料的性能，并且在短时间内实现加工厚度较大的产品。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0019]本实施例提供一种碳纤维增强热塑性复合材料制造方法，其包括如下步骤:
[0020]步骤(1):将碳纤维与热塑性树脂交替铺放入模具中，模具最底层和最上层均为热塑性树脂，闭模施加压力；
[0021]步骤(2):在碳纤维层接入电源，使之在电流作用下快速升温，温度高于热塑性树脂熔点后，热塑性树脂开始熔融，在压力下浸溃碳纤维；
[0022]步骤(3):断开电源，模具冷却后开模，得到碳纤维增强热塑性复合材料。
[0023]其中，上述制造方法中，所述碳纤维为碳纤维丝、碳纤维织物、碳纤维毡、碳纤维与其他纤维混杂织物、碳纤维与其他纤维混杂毡中的任一种；所述热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚甲醛、尼龙、聚四氟乙烯、聚醚醚酮中的任一种；所述热塑性树脂为树脂膜、树脂粉体、树脂母粒、或树脂预制件。
[0024]进一步地，上述制造方法中，根据所用热塑性树脂的类型，闭模施加的压力在10-50MPa之间，该压力太大，碳纤维层会被树脂冲变形，该压力太小，树脂无法充分浸溃纤维；根据产品的厚度、所用热塑性树脂的类型，碳纤维层接入电源时所通入的电流为1-10A,该电流过大，会使温度过高，破坏树脂结构，甚至将树脂烧焦，该电流过小，树脂粘度大，无法充分浸溃纤维。
[0025]上述方法可以用于制造碳纤维增强热塑性PVC井盖，其过程如下:
[0026]首先用注塑或模压的方法制得热塑性塑料预制件A1和塑性塑料预制件B3 ；
[0027]将碳纤维织物放入热塑性塑料预制件A1和塑性塑料预制件B3之间，然后放入成型模具中；
[0028]通电加热，PVC树脂开始熔融，浸溃碳纤维织物；
[0029]浸溃完成后，断电冷却，得到碳纤维增强热塑性PVC井盖。
[0030]该种方法工艺简单，能耗低，成型快，所制得的碳纤维增强热塑性PVC井盖质量轻，强度大，耐冲击性能优越。
[0031]由以上实施例可以看出，本发明以碳纤维本身为发热体，由于碳纤维属于乱层石墨结构，直径细，外表面积大，通电后产生的热量很容易散发，电热转化效率高达90%以上，节能效果十分显著；同时，由于碳纤维是在内部融化热塑性树脂并完成浸溃的，具有成型时间短、浸溃效果好的优点，能够实现热塑性树脂与纤维形成良好的截面，提高复合材料的性能，并且在短时间内实现加工厚度较大的产品。
[0032]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种碳纤维增强热塑性复合材料制造方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤(I):将碳纤维与热塑性树脂交替铺放入模具中，模具最底层和最上层均为热塑性树脂，闭模施加压力； 步骤(2):在碳纤维层接入电源，使之在电流作用下快速升温，温度高于热塑性树脂熔点后，热塑性树脂开始熔融，在压力下浸溃碳纤维； 步骤(3):断开电源，模具冷却后开模，得到碳纤维增强热塑性复合材料。
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强热塑性复合材料制造方法，其特征在于，所述碳纤维为碳纤维丝、碳纤维织物、碳纤维格栅、碳纤维毡、碳纤维与其他纤维混杂织物、碳纤维与其他纤维混杂毡、碳纤维/树脂复合筋、碳纤维/树脂复合格栅中的任一种。
3.根据权利要求1所述的碳纤维增强热塑性复合材料制造方法，其特征在于，所述热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚甲醛、尼龙、聚四氟乙烯、聚醚醚酮中的任一种。
4.根据权利要求3所述的碳纤维增强热塑性复合材料制造方法，其特征在于，所述热塑性树脂为树脂膜、树脂粉体、树脂母粒、或树脂预制件。
5.根据权利要求1所述的碳纤维增强热塑性复合材料制造方法，其特征在于，所述步骤(I)中，闭模施加的压力在10-50MPa之间。
6.根据权利要求1所述的碳纤维增强热塑性复合材料制造方法，其特征在于，所述步骤(2)中，碳纤维层内接入电源时所通入的电流为1-10A。
【文档编号】B29C70/34GK104249462SQ201310264012
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】孙晓光, 孟秀青, 安磊, 田超, 刘峰 申请人:蓝星（北京）特种纤维技术研发中心有限公司