一種新型複合型板材的製作方法

2023-04-29 18:28:26

本實用新型屬於複合高分子材料領域，具體涉及一種新型複合型板材。

背景技術：

碳纖維複合材料廣泛應用在風電、交通運輸行業。目前的碳纖維複合材料的加工方式主要為為手糊、真空袋、模壓以及熱壓罐工藝。滿足規模化量產的加工方式只有模壓適合連續碳纖維材料。但全碳纖維成本昂貴，在保證彎曲強度以及衝擊強度方面考慮，普遍使用蜂窩板或者balsa木等材料作為芯材。這些芯材及其對應加工方式不能保證較短的加工周期以及強度要求。

現有的蜂窩板材料以及balsa木等材料需要進行加工才能與碳纖維材料進行複合，這樣就延長了產品的加工周期。現有使用熱塑性塑料作為芯材的加工方式，但未得到應用，原因是熱塑性塑料在模壓加工過程中會產生局部的流動性差異，擾亂表面碳纖維排布，對性能造成損害。另外的原因，碳纖維複合材料層的數值與芯材的結合面相對光滑，造成樹脂與芯材的結合不充分，容易導致分層破壞。舉例說明，目前廣泛應用碳纖維層與鋁蜂窩板進行複合，鋁蜂窩板作為三明治結構中的芯材。製造非平面的結構產品過程中，需要先將鋁蜂窩板進行加工，完成後將碳纖維布包覆在上下兩面進行加熱加壓固化最終得到產品。加工周期相對較長，加工難度大。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本實用新型的目的在於提供一種新型複合型板材，以解決現有的碳纖維板材加工難度大的問題。

為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下：

一種新型複合型板材，該複合型板材由位於上下兩外側的碳纖維層和夾在該兩外側之間的三維熱塑性芯材熱壓成型，其中，該三維熱塑性芯材內部的組成纖維隨機交錯，形成無序的三維結構，該三維熱塑性芯材的厚度大於兩側的碳纖維層厚度。

進一步地，在上述一個方案中，所述碳纖維層為碳纖維預浸布、碳纖維氈、單向碳纖維織布、碳纖維編織布中的一種或幾種組成。

進一步地，在上述一個方案中，所述三維熱塑性芯材為採用聚丙烯或芳綸材質製成的並對製成該芯材的聚丙烯或芳綸內部進行三維刺穿處理的三維熱塑性板、熱塑性複合材料板或者發泡層。

相比現有技術，本實用新型所公開的一種新型複合型板材，具有三層結構，中間的三維熱塑性芯材，可以直接與外層的碳纖維層直接進行一次熱壓成型，從而縮短加工周期。同時可以保證碳纖維與芯材的結合效果，實現較高的耐衝擊性能以及抗彎曲性能。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例所述的新型複合型板材的結構原理圖。

具體實施方式

參照圖1所示，圖1為本實用新型實施例所公開的一種新型複合型板材的剖面示意圖，該複合型板材由位於上下兩外側的碳纖維層和夾在該兩外側之間的三維熱塑性芯材熱壓成型，形成夾心結構，其中，該三維熱塑性芯材內部的組成纖維隨機交錯，形成無序的三維結構，該芯材並不是均勻的塑料材質，不同於普通的塑料、橡膠等，其內部結構由隨機交錯的纖維構成。此三維熱塑性芯材可稱之為輕質GMT三明治芯材，此三明治芯材為熱塑性，內部纖維為無序三維結構，無序三維結構指的是纖維在空間內隨機分布，結構內部存在空氣空隙，內部的結構單元為隨機的縱橫交錯、立體分布的熱塑性纖維。其中，中間層的該三維熱塑性芯材具有一定的厚度，其厚度大於兩外層的碳纖維層厚度，起到支撐作用，用於提高產品的抗彎性能。在上下兩層的加溫加壓條件下，外兩層的碳纖維逐漸固化，內部的輕質GMT逐漸軟化，在此過程中進行產品定型。本實用新型的芯材採用三維纖維組成的熱塑性芯材作為此夾心結構的芯材的選擇使用，替代了傳統的熱塑性塑料，降低加工難度；替代了需二次加工的蜂窩板，提高了生產效率。

其中，外層的所述碳纖維層可以為碳纖維預浸布、碳纖維氈、單向碳纖維織布、碳纖維編織布中的一種或幾種組成，且優選為碳纖維預浸布，其是在經過高壓高溫技術將環氧樹脂複合在在碳纖維上，強度高密度小。

中間層的三維熱塑性芯材，也可以稱之為輕質GMT三明治芯材，因為其內部纖維為無序的三維結構。該芯材可以為pp、芳綸等不同熱塑性材料進行三維穿刺製造的三維熱塑性板、熱塑性複合材料板以及發泡層等等。

本實用新型的所述新型複合型板材加工過程分三步：第一，將外層的碳纖維層與三維熱塑性芯材進行近尺寸裁切並層疊。第二步，將碳纖維層與三維熱塑性芯材進行加溫加壓模壓。在加熱過程中，內部芯材受熱變形，外部碳纖維複合材料受熱固化，兩者同步變形。第三步，固化完全後，進行裁邊等後處理工作，在此過程中實現整體固化定型。需要說明的是，對三層結構的複合型板材的加工除了通過上述的熱壓工藝外，還可以通過真空袋、真空導入、拉擠成型、熱壓罐工藝以及其他可通過模具進行壓制或者抽真空進行負壓壓制的工藝實現。

本實用新型所公開的一種複合型板材具有分層結構，其利用外層的碳纖維層和中間層的三維熱塑性芯材(輕質GMT)同時形變固化過程，節省了傳統三明治(夾心)結構需獨立的加工過程所需要的時間，加快了生產節拍，使碳纖維複合材料大規模量產成為現實。此外，三維熱塑性複合材料芯材內部為無序的三維結構，也解決了普通熱塑性塑料作為芯材的性能缺陷，提高了產品整體性能，也克服了普通熱塑性塑料作為芯材帶來的加工過程中的困難。

上述實施方式僅為本實用新型的優選實施方式，不能以此來限定本實用新型保護的範圍，本領域的技術人員在本實用新型的基礎上所做的任何非實質性的變化及替換均屬於本實用新型所要求保護的範圍。