本發(fā)明涉及碳纖維復(fù)合材料的制備和加工領(lǐng)域，尤其涉及一種短碳纖維復(fù)合材料的成型方法。

背景技術(shù)：

碳纖維由有機母體纖維（比如粘膠絲、聚丙烯睛或瀝青等）采用高溫分解法在高溫惰性氣體下碳化所得，是一種纖維狀碳材料。碳纖維材料是一種具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新型材料。其中，短碳纖維又稱短切碳纖維，是由碳纖維長絲經(jīng)過短切機切制而成，長度一般以毫米為單位，其基本性能主要取決于原料——碳纖維長絲的性能。與碳纖維長絲相比，短碳纖維在工業(yè)應(yīng)用中具有分散均勻、喂料方式多樣、工藝簡單等優(yōu)點。目前，碳纖維復(fù)合材料的成型方法主要有手糊成型方法、拉擠成型方法以及樹脂成型模壓工藝（rtm）等。其中，手糊成型方法包括依次在模具型腔表面涂布脫模劑、碳纖織布、粘度適中的環(huán)氧樹脂和固化劑，手持輥子或刷子使環(huán)氧樹脂浸漬碳纖維，并驅(qū)除氣泡，反復(fù)多次鋪層操作直至達到制品的設(shè)計厚度；拉擠成型方法是指將碳纖維置于樹脂槽中浸漬樹脂，然后將其放入加熱模具中固化，進而制得不同形狀的型材；樹脂成型模壓工藝是指先將碳纖維復(fù)合材料做成預(yù)成型件放入封閉模具中，然后在真空和壓力的條件下將碳纖維復(fù)合材料注入模具以固化成型?，F(xiàn)有的這三種碳纖維復(fù)合材料成型方法都無法生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品、生產(chǎn)成本高且生產(chǎn)效率低；其中，手糊成型方法屬于勞動密集型生產(chǎn)，制品質(zhì)量由工人技術(shù)熟練程度決定，往往不良率較高且產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；此外，樹脂產(chǎn)生的有害氣體還會危害人體。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種產(chǎn)能高、不良率低、成本低、適合大規(guī)模生產(chǎn)的短碳纖維材料成型方法，這種方法可用于制作具有良好力學(xué)性能的產(chǎn)品，達到質(zhì)量輕和超薄的效果。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種短碳纖維復(fù)合材料的成型方法，包括：

s21.對短碳纖維復(fù)合材料進行烘烤處理以去除水分；

s22.將所述步驟s21處理后的短碳纖維復(fù)合材料放入注塑機中，并使所述短碳纖維復(fù)合材料升溫變成熔融狀態(tài)；

s23.將所述步驟s22中所得的熔融狀態(tài)的短碳纖維復(fù)合材料注射入用于注塑成型的模具中；

s24.待所述模具中的所述熔融狀態(tài)的短碳纖維復(fù)合材料完成流動、成型并冷卻后開模，獲得短碳纖維復(fù)合材料塑料制品。

在本發(fā)明上述短碳纖維復(fù)合材料的成型方法中，通過以下步驟制備所述短碳纖維復(fù)合材料：

s11.將45-60重量份的聚碳酸酯和30-45重量份的asa工程塑料混合，獲得75-90重量份的基材；

s12.將所述步驟s11中所得的75-90重量份的所述基材與10-25重量份的短碳纖維材料混合并抽粒，使所述基材包裹在所述短碳纖維材料的外部，得到所述短碳纖維復(fù)合材料。

在本發(fā)明上述短碳纖維復(fù)合材料的成型方法中，在所述步驟s21的所述烘烤處理過程中，烘烤溫度控制在110-120℃，烘烤時間為4-6個小時。

在本發(fā)明上述短碳纖維復(fù)合材料的成型方法中，在所述步驟s22中，所述短碳纖維復(fù)合材料在注塑機射嘴的加熱作用以及注塑機螺桿的剪切作用下升溫；所述注塑機射嘴的溫度控制在245℃和255℃之間，所述注塑機各段的溫度均控制在260℃和270℃之間。

在本發(fā)明上述短碳纖維復(fù)合材料的成型方法中，所述注塑機射嘴的溫度維持在245℃，所述注塑機的一段、二段、三段和四段的溫度均維持在260℃。

在本發(fā)明上述短碳纖維復(fù)合材料的成型方法中，在所述步驟s23中，通過所述注塑機螺桿將所述熔融狀態(tài)的短碳纖維復(fù)合材料注入所述模具的型腔中，注射壓力在100mpa和140mpa之間。

在本發(fā)明上述短碳纖維復(fù)合材料的成型方法中，所述注塑機螺桿為含鎳的高耐磨螺桿。

在本發(fā)明上述短碳纖維復(fù)合材料的成型方法中，所述注塑機選用高速注塑機或超高速注塑機。

在本發(fā)明上述短碳纖維復(fù)合材料的成型方法中，所述方法在所述步驟s21之后、所述步驟s22之前還包括：

步驟s20.加熱所述模具并保溫，使所述模具的溫度控制在110℃至120℃之間。

在本發(fā)明上述短碳纖維復(fù)合材料的成型方法中，所述方法在所述步驟s21之前還包括：

步驟s20.加熱所述模具并保溫，使所述模具的溫度控制在110℃至120℃之間。

實施本發(fā)明的短碳纖維復(fù)合材料的成型方法，只需要直接將高溫短碳纖維復(fù)合材料直接注塑成型即可獲得所需的產(chǎn)品，工藝步驟更加簡潔優(yōu)化；采用直接注塑的成型方法，不需要增加樹脂槽等設(shè)備，降低了生產(chǎn)成本；也提高了成型過程中的機械化和自動化程度，進而提高了生產(chǎn)效率并降低產(chǎn)品的不良率。此外，可以獲得具有良好力學(xué)性能的產(chǎn)品，達到質(zhì)量輕和超薄的效果。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明一具體實施例中短碳纖維復(fù)合材料制備方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明第一具體實施例中短碳纖維復(fù)合材料成型方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明第二具體實施例中短碳纖維復(fù)合材料成型方法的流程圖；

圖4是本發(fā)明第三具體實施例中短碳纖維復(fù)合材料成型方法的流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案以及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1示出了短碳纖維復(fù)合材料制備方法的流程圖。如圖1所示，在本實施例中，對于100重量份的短碳纖維復(fù)合材料，其制備方法主要包含以下步驟：

s11.將45-60重量份的pc和30-45重量份的asa工程塑料混合，獲得75-90重量份的基材。

s12.將步驟s11中所得的75-90重量份的基材與10-25重量份的短碳纖維材料混合并抽粒，使所述基材包裹在所述短碳纖維材料的外部，得到短碳纖維復(fù)合材料。

根據(jù)上述方法所制得的短碳纖維復(fù)合材料不僅保留了基材的高耐熱性和耐候性，同時也獲得了短碳纖維復(fù)合材料所擁有的高抗拉強度等優(yōu)良力學(xué)性能，擴大了復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

此外，將步驟s12制得的短碳纖維復(fù)合材料切割成不同長度的塑料米粒，可用于生產(chǎn)各種短碳纖維復(fù)合材料塑料制品。

步驟s11中的pc是聚碳酸酯的簡稱，而asa是一種由丙烯腈、苯乙烯和丙烯酸橡膠組成的三元聚合物。

優(yōu)選將步驟s12中制得的短碳纖維復(fù)合材料切割成直徑為3~4mm、長度為2~4mm的塑料米粒，然后通過圖2所示的短碳纖維復(fù)合材料成型方法，以直接注塑成型的方式批量的生產(chǎn)各類短碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品。使用該短碳纖維復(fù)合材料相比普通塑料材料，可以使最終獲得的制品在同等力學(xué)性能下減薄20%以上、重量減輕25%以上。

適用于本發(fā)明的短碳纖維材料具有以下特征：單絲直徑在7.0-10μm之間、抗拉強度在3.6-3.8gpa之間、抗伸模量在220-240gpa之間、含碳量≥95%、伸長率為1.5%、密度在1.6-1.76g/cm³之間、外觀為灰黑色且電阻率在1.0-1.6ωcm之間。

圖2示出了本發(fā)明第一具體實施例中短碳纖維復(fù)合材料成型方法的流程圖。如圖2所示，短碳纖維復(fù)合材料的成型方法主要包含以下步驟：

s21.對短碳纖維復(fù)合材料進行烘烤處理以去除水分，其中，烘烤溫度控制在110-120℃，烘烤時間為4-6小時。

s22.將步驟s21處理后的短碳纖維復(fù)合材料放入注塑機的料筒中，并使該短碳纖維復(fù)合材料在注塑機射嘴的加熱作用以及注塑機螺桿轉(zhuǎn)動時的剪切作用下升溫，變成熔融狀態(tài)，即粘流態(tài)。

s23.將步驟s22中所得的熔融狀態(tài)的短碳纖維復(fù)合材料通過注塑機螺桿的注射作用，注入用于注塑成型的模具的型腔中。

s24.待模具型腔中的塑料材料，即步驟s23中的熔融狀態(tài)的短碳纖維復(fù)合材料，流動、成型冷卻后，模具在注塑機的作用下開模，并頂出短碳纖維復(fù)合材料塑料制品，然后模具在注塑機的作用下合模，完成整個注塑成型周期，從而進行下一個注塑成型周期的生產(chǎn)。

本實施例中所使用的短碳纖維復(fù)合材料是通過圖1中的短碳纖維復(fù)合材料的制備方法制得的。優(yōu)選的，為確保最終獲得的短碳纖維復(fù)合材料塑料制品的質(zhì)量，所使用的短碳纖維復(fù)合材料直接由圖1中的短碳纖維復(fù)合材料制備方法制得，不能使用和添加二次回收料。

步驟s21中的烘烤處理，是用于去除短碳纖維復(fù)合材料中的水分，避免水分在后續(xù)注塑過程中影響短碳纖維復(fù)合材料的流動性和排氣性，進而防止困氣。在本實施例中，將烘烤溫度提升至110-120℃，烘烤時間延長至4-6小時，從而盡量去除短碳纖維復(fù)合材料中的水分。

在步驟s22中，對放入注塑機料筒中的短碳纖維復(fù)合材料的加熱，可以通過注塑機射嘴的加熱作用以及注塑機螺桿轉(zhuǎn)動時的剪切作用來實現(xiàn)。此外，注塑機射嘴的溫度控制在245℃和255℃之間，優(yōu)選將注塑機射嘴的溫度維持在245℃。同時，為了確保短碳纖維復(fù)合材料保持一定的流動性，需要控制注塑機每段的溫度都在260℃和270℃之間，優(yōu)選的，使注塑機一段、二段、三段和四段的溫度均維持在260℃。

在步驟s23中，用于注塑成型的模具可以根據(jù)最終成型的短碳纖維復(fù)合材料塑料制品的結(jié)構(gòu)和形狀，采用多點進膠的方式設(shè)計；當(dāng)該模具用于生產(chǎn)外觀件產(chǎn)品時，模具的結(jié)構(gòu)盡量采用倒裝結(jié)構(gòu)，從而避免澆口直接開設(shè)在產(chǎn)品外表面，影響產(chǎn)品的外觀。

同時，在通過注塑機螺桿將熔融狀態(tài)的短碳纖維復(fù)合材料注入模具型腔的過程中，需要較高的注射壓力，在本實施例中該注射壓力優(yōu)選為在100mpa至140mpa之間。

本實施例中使用高速注塑機或超高速注塑機，注射速度小于400mm/s的注塑機歸類為傳統(tǒng)注塑機，注射速度在400-800mm/s之間的歸類為高速注塑機，注射速度大于800mm/s歸類為超高速注塑機。

此外，由于普通的氮化鋼材質(zhì)的注塑機螺桿在長期使用后會出現(xiàn)腐蝕，甚至導(dǎo)致螺桿在注射時無法轉(zhuǎn)動，進行大規(guī)模生產(chǎn)后造成螺桿的報廢，因此，優(yōu)選含鎳的高耐磨螺桿作為本實施例中的注塑機螺桿。

在本實施例的步驟s24中，模具在注塑機的作用下開模，并頂出短碳纖維復(fù)合材料塑料制品?？梢岳斫獾氖?，獲取短碳纖維復(fù)合材料塑料制品的方法也不限于頂出，可以是采用人工方式或機械手方式取出短碳纖維復(fù)合材料塑料制品，在此不作具體限定。

如圖3和圖4所示，在本發(fā)明的第二實施例和第三實施例中，步驟s21至s24與第一實施例相同，在此不再贅述。不同點在于，第二實施例和第三實施例中的短碳纖維復(fù)合材料成型方法還包括步驟20，即使用油溫機對用于注塑成型的模具進行加熱和保溫，使模具的溫度控制在110-120℃。

步驟s20是為了使模具的溫度與通過烘烤處理后的短碳纖維復(fù)合材料的溫度接近，以避免在注塑過程中，當(dāng)熔融狀態(tài)的短碳纖維復(fù)合材料注入低溫的模具型腔時，短碳纖維復(fù)合材料出現(xiàn)溫度分布不均等現(xiàn)象從而影響流動性和成型質(zhì)量。

而且，步驟s20可以在步驟s21之前執(zhí)行（如圖3所示），也可以在步驟s21之后執(zhí)行（如圖4所示）。因為步驟s20中的保溫過程使模具的溫度一直維持在110-120℃的范圍內(nèi)，增大了步驟s20的靈活性。

綜上所述，本發(fā)明中的短碳纖維復(fù)合材料成型方法只需要直接將高溫短碳纖維復(fù)合材料注塑成型即可獲得所需的產(chǎn)品，工藝步驟更加簡潔優(yōu)化；采用直接注塑的成型方法，不需要增加樹脂槽等設(shè)備，降低了生產(chǎn)成本；采用直接注塑的成型方法，提高了成型過程中的機械化和自動化程度，進而提高了生產(chǎn)效率并降低產(chǎn)品的不良率。此外，將通過本發(fā)明的短碳纖維復(fù)合材料制備方法所制得的短碳纖維復(fù)合材料用于本發(fā)明的短碳纖維復(fù)合材料成型方法，可以獲得具有良好力學(xué)性能的產(chǎn)品，達到質(zhì)量輕和超薄的效果。