CN104325756A - 一种笔记本外壳用碳纤维增强复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种笔记本外壳用碳纤维增强复合材料及其制备方法。该复合材料由包含以下重量份的组分制成：碳纤维增强复合材料35～120份，夹芯材料30～84份。本发明中选择了碳纤维增强环氧树脂预浸料作为复合材料的外层材料，热塑性塑料作为夹芯材料，通过热压成型，制备笔记本外壳用碳纤维增强复合材料。制得的复合材料具有成本低、质量轻、厚度薄、强度高、耐候性好、散热快、屏蔽好等突出优点。

Description

一种笔记本外壳用碳纤维增强复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种笔记本外壳用碳纤维增强复合材料及其制备方法。
背景技术
笔记本电脑的外壳既是保护机体的最直接的方式，也是影响其散热效果、“体重”、美观度的重要因素。笔记本电脑常见的外壳用料有：合金外壳有铝镁合金与钛合金、塑料外壳有碳纤维增强塑料复合材料、玻璃纤维增强塑料复合材料、聚碳酸酯（PC）和PC/ABS合金材料（聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料共聚物合金材料）等。
虽然铝镁合金质质量轻、密度低、散热性较好、抗压性较强，可以高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔及电磁屏蔽和散热的要求，但是坚固耐磨性差，成本较高；钛合金材料散热、强度、表面质感都优于铝镁合金材质，而且具有更强的韧性，可以超薄化，但是唯一的缺点就是必须通过焊接等复杂的加工程序，从而衍生出可观的成本，因此十分昂贵；工程塑料PC、PC/ABS合金是笔记本电脑外壳最常用的材质，PC/ABS既具有PC树脂的优良耐热耐候性、尺寸稳定性和耐冲击性能，又具有ABS树脂优良的加工流动性，应用在笔记本电脑外壳等薄壁及复杂形状制品上，可以保持其优异的性能，但是，PC、PC/ABS制造的笔记本电脑外壳具有质量较重，强度较差，导热性能差等缺点；玻璃纤维增强PC复合材料，具有极好力学性能、高的耐热性和好的尺寸稳定性，增强PC可极大地提高对环境的抗腐蚀性，其散热性能也比PC/ABS合金材料较好，热量分散比较均匀，但是PC加工粘度较高，不易加工。
连续碳纤维与热固性的环氧树脂复合而成的笔记本电脑外壳，具有质量轻、厚度薄、强度高、耐候性好、散热快、屏蔽好等突出优点，但是碳纤维的缺点是成本较高，成型没有ABS外壳容易。现在利用先进的加工技术，可以先成型外壳后再进行模内注射，将塑料结构件附着在成型好的碳纤维外壳内表面。在本发明中，在碳纤维增强环氧树脂复合材料间添加夹芯材料，不仅可以大大降低成本，还可以提高复合材料的刚性。
发明内容
本发明的目的在于为了克服现有技术的缺陷而提供一种笔记本外壳用碳纤维增强复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种笔记本外壳用碳纤维增强复合材料：由包含以下重量份的组分制成：
碳纤维增强复合材料                35～120份，
夹芯材料                          30～84份。
所述的碳纤维增强复合材料为碳纤维增强环氧树脂复合材料或碳纤维织物增强环氧树脂复合材料。
所述的碳纤维增强环氧树脂复合材料为单向碳纤维增强环氧树脂复合材料。
所述的碳纤维织物为碳纤维经机织或针织而形成的织物，优选平纹布、斜纹布、缎纹布或单向布中的一种或一种以上。
所述的单向碳纤维增强环氧树脂预浸料的单层厚度为0.10～0.20mm，面密度为150～300g/m2。
所述的碳纤维织物增强环氧树脂预浸料的单层厚度为0.20～0.40mm，预浸料的面密度为175～365g/m2。
所述的夹芯材料为极性热塑性塑料，优选马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯、聚醚酰亚胺、聚甲基丙烯酰亚胺、聚氯乙烯、聚酰胺、热塑性聚氨酯及其发泡材料板；其厚度为0.40～2.00mm，密度为0.10～0.80g/cm3，优选厚度为0.60～1.20mm，优选密度为0.50～0.70g/cm3。
一种笔记本外壳用碳纤维增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）根据笔记本外壳的尺寸，将碳纤维增强复合材料和夹芯材料板裁剪，按照碳纤维增强复合材料、夹芯板材和碳纤维增强复合材料的顺序从上到下铺叠；
（2）将步骤（1）中铺叠好的35～120份碳纤维增强复合材料和30～84份夹芯材料板放入模具，然后在平板硫化机中热压固化成型，制得复合材料板；
（3）将上述步骤（2）制得的复合材料板温度在冷压下降至室温，脱模，再将制得的复合材料板裁剪、修边，即得笔记本外壳用碳纤维增强复合材料。
所述的步骤（1）中，夹芯材料板上下两侧分别为两层单向碳纤维增强环氧树脂预浸料，且两层单向碳纤维增强环氧树脂预浸料间为0°/90°铺层；
所述的步骤（1）中，夹芯材料板上下两侧为单层碳纤维织物增强环氧树脂预浸料。
所述的步骤（2）中，热压固化成型条件为：固化压力为0～5MPa，固化温度为120～180℃，固化时间为10min～10h，本发明可采用梯度固化。
所述的步骤（2）中，复合材料板厚度为0.8～1.6mm。
所述的步骤（3）中，冷压条件为：冷压压力3～6MPa，冷压时间10～30min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
（1）本发明中选择了碳纤维增强环氧树脂预浸料作为复合材料的外层材料，热塑性塑料作为夹芯材料，通过热压成型，制备笔记本外壳用碳纤维增强复合材料。制得的复合材料具有成本低、质量轻、厚度薄、强度高、耐候性好、散热快、屏蔽好等突出优点。
（2）选择热塑性塑料作为夹芯材料，不仅可以提高复合材料的刚性，还可以降低复合材料的成本。
附图说明
图1为本发明实施例中笔记本外壳用碳纤维增强复合材料中各材料的铺层顺序示意图。
图2为本发明另一实施例中笔记本外壳用碳纤维增强复合材料中各材料的铺层顺序示意图。
附图标注：
1碳纤维沿复合材料长度方向铺层的单向碳纤维增强环氧树脂预浸料，
2碳纤维沿复合材料宽度方向铺层的单向碳纤维增强环氧树脂预浸料，
3夹芯材料板，
4碳纤维织物增强环氧树脂预浸料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
（1）根据笔记本外壳的尺寸，将35份面密度为175g/m2、厚度为0.20mm的碳纤维斜纹布增强环氧树脂预浸料4和30份密度为0.5g/cm3、厚度为0.60mm的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯发泡夹芯材料板3裁剪，并按照图2的铺叠顺序，在甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯发泡夹芯材料板3上下两侧各铺一层碳纤维织物增强环氧树脂预浸料4；
（2）将步骤（1）中铺叠好的碳纤维平纹布增强环氧树脂预浸料和夹芯材料板放入模具，然后在平板硫化机中热压固化成型，热压固化成型条件为：120℃下固化10min，不施加压力，然后在150℃、2.5MPa下固化1.5h，制得厚度为0.80mm的复合材料板；
（3）将上述步骤（2）固化好的复合材料板温度在3MPa压力下冷却10min至室温，脱模，再将制得的复合材料板裁剪、修边，即得笔记本外壳用碳纤维增强复合材料，其力学性能如表1所示。
实施例2
（1）根据笔记本外壳的尺寸，将42.4份面密度为212g/m2、厚度为0.30mm的碳纤维平纹布增强环氧树脂预浸料4和54份密度为0.6g/cm3、厚度为0.90mm的聚酰胺发泡夹芯材料板3裁剪，并按照图2的铺叠顺序，在聚酰胺发泡夹芯材料板3上下两侧各铺一层碳纤维织物增强环氧树脂预浸料4；
（2）将步骤（1）中铺叠好的碳纤维斜纹布增强环氧树脂预浸料和夹芯材料板放入模具，然后在平板硫化机中热压固化成型，热压固化成型条件为：120℃下固化20min，不施加压力，然后在160℃、3.0MPa下固化1.0h，制得厚度为1.20mm的复合材料板；
（3）将上述步骤（2）固化好的复合材料板温度在4MPa压力下冷却15min至室温，脱模，再将制得的复合材料板裁剪、修边，即得笔记本外壳用碳纤维增强复合材料，其力学性能如表1所示。
实施例3
（1）根据笔记本外壳的尺寸，将54份面密度为270g/m2、厚度为0.34mm的碳纤维单向布增强环氧树脂预浸料4和70份密度为0.7g/cm3、厚度为1.00mm的聚氯乙烯发泡夹芯材料板3裁剪，并按照图2的铺叠顺序，在聚氯乙烯发泡夹芯材料板3上下两侧各铺一层碳纤维缎纹布增强环氧树脂预浸料4；
（2）将步骤（1）中铺叠好的碳纤维织物增强环氧树脂预浸料和夹芯材料板放入模具，然后在平板硫化机中热压固化成型，热压固化成型条件为：130℃、1.0MPa下固化30min，然后在180℃、5.0MPa下固化5.0h，制得厚度为1.45mm的复合材料板；
（3）将上述步骤（2）固化好的复合材料板温度在6MPa压力下冷却20min至室温，脱模，再将制得的复合材料板裁剪、修边，即得笔记本外壳用碳纤维增强复合材料，其力学性能如表1所示。
实施例4
（1）根据笔记本外壳的尺寸，将73份面密度为365g/m2、厚度为0.40mm的碳纤维缎纹布增强环氧树脂预浸料4和66份密度为0.55g/cm3、厚度为1.20mm的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯发泡夹芯材料板3裁剪，并按照图2的铺叠顺序，在甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯发泡夹芯材料板3上下两侧各铺一层碳纤维单项布增强环氧树脂预浸料4；
（2）将步骤（1）中铺叠好的碳纤维织物增强环氧树脂预浸料和夹芯材料板放入模具，然后在平板硫化机中热压固化成型，热压固化成型条件为：120℃下固化10min，不施加压力，然后在160℃、2.0MPa下固化1.5h，制得厚度为1.60mm的复合材料板；
（3）将上述步骤（2）固化好的复合材料板温度在3MPa压力下冷却30min至室温，脱模，再将制得的复合材料板裁剪、修边，即得笔记本外壳用碳纤维增强复合材料，其力学性能如表1所示。
实施例5
（1）根据笔记本外壳的尺寸，将60份面密度为150g/m2、厚度为0.10mm的单向碳纤维增强环氧树脂预浸料1、2和57份密度为0.60g/cm3、厚度为0.95mm的聚酰胺发泡夹芯材料板3裁剪，并按照图1的铺叠顺序，在聚酰胺发泡夹芯材料板3上下两侧均为两层预浸料，为0°/90°铺层；
（2）将步骤（1）中铺叠好的碳纤维织物增强环氧树脂预浸料和夹芯材料板放入模具，然后在平板硫化机中热压固化成型，热压固化成型条件为：120℃下固化20min，不施加压力，然后在175℃、2.0MPa下固化10h，制得厚度为1.00mm的复合材料板；
（3）将上述步骤（2）固化好的复合材料板温度在3MPa压力下冷却30min至室温，脱模，再将制得的复合材料板裁剪、修边，即得笔记本外壳用碳纤维增强复合材料，其力学性能如表1所示。
实施例6
（1）根据笔记本外壳的尺寸，将77.5份面密度为194g/m2、厚度为0.13mm的单向碳纤维增强环氧树脂预浸料1、2和84份密度为0.70g/cm3、厚度为1.20mm的马来酸酐接枝聚丙烯发泡夹芯材料板3裁剪，并按照图1的铺叠顺序，在马来酸酐接枝聚丙烯发泡夹芯材料板3上下两侧均为两层预浸料，为0°/90°铺层；
（2）将步骤（1）中铺叠好的碳纤维织物增强环氧树脂预浸料和夹芯材料板放入模具，然后在平板硫化机中热压固化成型，热压固化成型条件为：120℃下固化10min，不施加压力，然后在160℃、3.0MPa下固化6.0h，制得厚度为1.30mm的复合材料板；
（3）将上述步骤（2）固化好的复合材料板温度在4MPa压力下冷却30min至室温，脱模，再将制得的复合材料板裁剪、修边，即得笔记本外壳用碳纤维增强复合材料，其力学性能如表1所示。
实施例7
（1）根据笔记本外壳的尺寸，将89.6份面密度为224g/m2、厚度为0.15mm的单向碳纤维增强环氧树脂预浸料1、2和84份密度为0.70g/cm3、厚度为1.20mm的马来酸酐接枝聚乙烯发泡夹芯材料板3裁剪，并按照图1的铺叠顺序，在马来酸酐接枝聚乙烯发泡夹芯材料板3上下两侧均为两层预浸料，为0°/90°铺层；
（2）将步骤（1）中铺叠好的碳纤维织物增强环氧树脂预浸料和夹芯材料板放入模具，然后在平板硫化机中热压固化成型，热压固化成型条件为：120℃、1.0MPa下固化30min，，然后在170℃、2.5MPa下固化3.0h，制得厚度为1.55mm的复合材料板；
（3）将上述步骤（2）固化好的复合材料板温度在3MPa压力下冷却30min至室温，脱模，再将制得的复合材料板裁剪、修边，即得笔记本外壳用碳纤维增强复合材料，其力学性能如表1所示。
实施例8
（1）根据笔记本外壳的尺寸，将120份面密度为300g/m2、厚度为0.20mm的单向碳纤维增强环氧树脂预浸料1、2和84份密度为0.70g/cm3、厚度为1.20mm的热塑性聚氨酯发泡夹芯材料板3裁剪，并按照图1的铺叠顺序，在热塑性聚氨酯发泡夹芯材料板3上下两侧均为两层预浸料，为0°/90°铺层；
（2）将步骤（1）中铺叠好的碳纤维织物增强环氧树脂预浸料和夹芯材料板放入模具，然后在平板硫化机中热压固化成型，热压固化成型条件为：120℃下固化30min，不施加压力，然后在180℃、4.5MPa下固化2.0h，制得厚度为1.60mm的复合材料板；
（3）将上述步骤（2）固化好的复合材料板温度在5MPa压力下冷却30min至室温，脱模，再将制得的复合材料板裁剪、修边，即得笔记本外壳用碳纤维增强复合材料，其力学性能如表1所示。
将制得的碳纤维增强环氧树脂复合材料板材弯曲性能按照GB/T1449-2005测试，层间剪切强度按照GB/T1450.1-2005测试，测试结果见表1。
表1
从表1中实施例1～8可以看出，选择了碳纤维增强环氧树脂预浸料作为复合材料的外层材料，热塑性塑料作为夹芯材料，通过热压成型，制备笔记本外壳用碳纤维增强复合材料。制得的复合材料还具有较高的弯曲强度和弯曲模量，而且层间剪切强度也反映出夹芯材料与碳纤维增强环氧树脂复合材料间的粘结作用效果较好。
本发明中选择了碳纤维增强环氧树脂预浸料作为复合材料的外层材料，热塑性塑料作为夹芯材料，通过热压成型，制备笔记本外壳用碳纤维增强复合材料。制得的复合材料具有成本低、质量轻、厚度薄、强度高、耐候性好、散热快、屏蔽好等突出优点。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种笔记本外壳用碳纤维增强复合材料，其特征在于：由包含以下重量份的组分制成： 
碳纤维增强复合材料                35～120份， 
夹芯材料                          30～84份。 
2.根据权利要求1所述的笔记本外壳用碳纤维增强复合材料，其特征在于：所述的碳纤维增强复合材料为碳纤维增强环氧树脂复合材料或碳纤维织物增强环氧树脂复合材料。 
3.根据权利要求1所述的笔记本外壳用碳纤维增强复合材料，其特征在于：所述的碳纤维增强环氧树脂复合材料为单向碳纤维增强环氧树脂复合材料； 
或所述的碳纤维织物为碳纤维经机织或针织而形成的织物，优选平纹布、斜纹布、缎纹布或单向布中的一种或一种以上。 
4.根据权利要求3所述的笔记本外壳用碳纤维增强复合材料，其特征在于：所述的单向碳纤维增强环氧树脂预浸料的单层厚度为0.10～0.20mm，面密度为150～300g/m2； 
所述的碳纤维织物增强环氧树脂预浸料的单层厚度为0.20～0.40mm，预浸料的面密度为175～365g/m2。 
5.根据权利要求1所述的笔记本外壳用碳纤维增强复合材料，其特征在于：所述的夹芯材料为极性热塑性塑料，优选马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯、聚醚酰亚胺、聚甲基丙烯酰亚胺、聚氯乙烯、聚酰胺、热塑性聚氨酯及其发泡材料板；其厚度为0.40～2.00mm，优选厚度为0.60～1.20mm；密度为0.10～0.80g/cm3，优选0.50～0.70g/cm3。
6.一种权利要求1-5中任一所述的笔记本外壳用碳纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： 
（1）根据笔记本外壳的尺寸，将碳纤维增强复合材料和夹芯材料板裁剪，按照碳纤维增强复合材料、夹芯板材和碳纤维增强复合材料的顺序从上到下铺叠； 
（2）将步骤（1）中铺叠好的35～120份碳纤维增强复合材料和30～84份夹芯材料板放入模具，然后在平板硫化机中热压固化成型，制得复合材料板； 
（3）将上述步骤（2）制得的复合材料板温度在冷压下降至室温，脱模，再将制得的复合材料板裁剪、修边，即得笔记本外壳用碳纤维增强复合材料。 
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，夹芯材料板上下两侧分别为两层单向碳纤维增强环氧树脂预浸料，且两层单向碳纤维增强环氧树脂预浸料间为0°/90°铺层； 
或所述的步骤（1）中，夹芯材料板上下两侧为单层碳纤维织物增强环氧树脂预浸料。 
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，热压固化成型条件为：固化压力为0～5MPa，固化温度为120～180℃，固化时间为10min～10h。 
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，复合材料板厚度为0.8～1.6mm。 
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（3）中，冷压条件为：冷压压力3～6MPa，冷压时间10～30min。 
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