一種不規(guī)則外形碳纖維管的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種不規(guī)則外形碳纖維管的制備方法，包括：S10、根據(jù)所需不規(guī)則外形碳纖維管的形狀，分別制作規(guī)則外形的金屬內(nèi)芯和不規(guī)則外形的發(fā)泡塑料內(nèi)芯；S20、將金屬內(nèi)芯與發(fā)泡塑料內(nèi)芯組合形成組合型芯；S30、在碳纖維預(yù)浸布表面疊加離型膜后整體纏繞于組合型芯上；S40、合模加溫加壓成型，冷卻定型，開模后先脫離金屬內(nèi)芯，然后揭除離型膜、連帶去除已熱膨脹成型的發(fā)泡塑料內(nèi)芯，得到所述不規(guī)則外形碳纖維管。本發(fā)明提供的制備方法，省去了專門成型特定形狀型芯整體的模具成本，成型完成后型芯易從碳纖維管中脫離，工藝簡單、易于實(shí)施。
【專利說明】一種不規(guī)則外形碳纖維管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳纖維復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種不規(guī)則外形碳纖維管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維管，特別是表面由多個不規(guī)則曲面構(gòu)成的異形管，不規(guī)則曲面可以為外凸或內(nèi)凹曲面，整個管子皆為不規(guī)則曲面或者管子的一部分為規(guī)則曲面、另一部分為不規(guī)則曲面。由于不規(guī)則曲面大多為倒扣結(jié)構(gòu)，例如垂直于產(chǎn)品脫模方向上有內(nèi)凹或凸起等會導(dǎo)致無法脫模的結(jié)構(gòu)，類似于手機(jī)卡扣，其無法用單一的芯棒型芯纏繞成型去實(shí)現(xiàn)，主要是芯棒型芯無法從倒扣結(jié)構(gòu)中脫模出來。
[0003]目前成型碳纖維管材主要有以下方式:(1)由金屬芯棒和橡膠材料構(gòu)成的芯棒纏繞碳纖維預(yù)浸布，合模后放入烘箱內(nèi)熱固化并冷卻而成，其中金屬芯棒表面包覆一層橡膠材料而制成芯模，成型時的壓力由橡膠材料受熱膨脹而提供。該方法主要用于成型規(guī)則外形的碳纖維管，其所采用的橡膠材料形狀單一，線型膨脹系數(shù)U400K-410-6，體積膨脹系數(shù))75001(-410-6,膨脹系數(shù)太小，無法用來成型曲率較大的異形不規(guī)則碳纖維管；而根據(jù)碳纖維管的異形面專門成型一套橡膠模具，成本則過高，且復(fù)雜倒包結(jié)構(gòu)使得橡膠材料無法順利脫模。(2)采用具有熱收縮特性的發(fā)泡材料加工出適配碳纖維產(chǎn)品形狀的內(nèi)芯體，采用氣袋包裹內(nèi)芯體，再在內(nèi)芯體外包裹碳纖維，最后吹氣成型碳纖維產(chǎn)品。該方法一方面工藝復(fù)雜，另外還需要成型內(nèi)芯體專門模具，成本仍然較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中成型不規(guī)則外形碳纖維管存在的工藝復(fù)雜、成本過高且芯軸不易脫模的技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明提供了一種不規(guī)則外形碳纖維管的制備方法，包括以下步驟:
S10、根據(jù)所需不規(guī)則外形碳纖維管的形狀，將其拆分為規(guī)則外形部分和不規(guī)則外形部分，然后分別制作規(guī)則外形部分對應(yīng)的金屬內(nèi)芯和不規(guī)則外形部分對應(yīng)的發(fā)泡塑料內(nèi)芯，所述發(fā)泡塑料內(nèi)芯熱膨脹成型后的形狀與不規(guī)則外形部分形狀匹配；
S20、將金屬內(nèi)芯與發(fā)泡塑料內(nèi)芯按照所需不規(guī)則外形碳纖維管的形狀組合形成一個組合型芯；
S30、在碳纖維預(yù)浸布表面疊加一層離型膜，然后將該疊加有離型膜的碳纖維預(yù)浸布纏繞于所述組合型芯上，纏繞時使離型膜與組合型芯接觸；
S40、將碳纖維預(yù)浸布與組合型芯的纏繞整體置于模具中，合模后加溫加壓成型，冷卻定型，開模后得到帶組合型芯的成型整體，先脫離金屬內(nèi)芯，然后揭除離型膜、連帶去除已熱膨脹成型的發(fā)泡塑料內(nèi)芯，得到所述不規(guī)則外形碳纖維管。
[0006]本發(fā)明提供的制備方法，根據(jù)不規(guī)則碳纖維的形狀分別制作內(nèi)芯，然后組合形成型芯整體，省去了專門開模制備特定形狀的型芯整體的模具成本，同時在加溫加壓成型后先脫離金屬內(nèi)芯，由于金屬內(nèi)芯為規(guī)則外形，其可輕易從固化成型的碳纖維管中脫除，然后揭除離型膜，由于已膨脹成型的發(fā)泡塑料內(nèi)芯體僅與離型膜附著，因此其可隨離型膜從碳纖維管中脫除；針對形狀復(fù)雜、不易脫模的倒包結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，脫模時可以破壞性的去除已膨脹的發(fā)泡塑料內(nèi)芯體部分，保證組合型芯從產(chǎn)品中徹底脫離。同時，本發(fā)明提供的制備方法工藝簡單、易于實(shí)施。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明提供的不規(guī)則外形碳纖維管的制備方法的流程圖。
[0008]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中碳纖維預(yù)浸布纏繞于組合型芯表面后的正面剖視圖。
[0009]圖3是圖2的H-H剖視圖。
[0010]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中碳纖維預(yù)浸布纏繞于組合型芯表面后的正面剖視圖。
[0011]圖5是圖4的1-1剖視圖。
[0012]圖中，21——碳纖維預(yù)浸布，22——金屬內(nèi)芯，23——發(fā)泡塑料內(nèi)芯。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0014]本發(fā)明提供了一種不規(guī)則外形碳纖維管的制備方法，其流程如圖1所示，具體包括以下步驟:
S10、根據(jù)所需不規(guī)則外形碳纖維管的形狀，將其拆分為規(guī)則外形部分和不規(guī)則外形部分，然后分別制作規(guī)則外形部分對應(yīng)的金屬內(nèi)芯和不規(guī)則外形部分對應(yīng)的發(fā)泡塑料內(nèi)芯，所述發(fā)泡塑料內(nèi)芯熱膨脹成型后的形狀與不規(guī)則外形部分形狀匹配；
S20、將金屬內(nèi)芯與發(fā)泡塑料內(nèi)芯按照所需不規(guī)則外形碳纖維管的形狀組合形成一個組合型芯；
S30、在碳纖維預(yù)浸布表面疊加一層離型膜，然后將該疊加有離型膜的碳纖維預(yù)浸布纏繞于所述組合型芯上，纏繞時使離型膜與組合型芯接觸；
S40、將碳纖維預(yù)浸布與組合型芯的纏繞整體置于模具中，合模后加溫加壓成型，冷卻定型，開模后得到帶組合型芯的成型整體，先脫離金屬內(nèi)芯，然后揭除離型膜、連帶去除已熱膨脹成型的發(fā)泡塑料內(nèi)芯，得到所述不規(guī)則外形碳纖維管。
[0015]本發(fā)明提供的制備方法，根據(jù)不規(guī)則碳纖維的形狀分別制作內(nèi)芯，然后組合形成型芯整體，省去了專門開模制備特定形狀的型芯整體的模具成本，同時在加溫加壓成型后先脫離金屬內(nèi)芯，由于金屬內(nèi)芯為規(guī)則外形，其可輕易從固化成型的碳纖維管中脫除，然后揭除離型膜，由于已膨脹成型的發(fā)泡塑料內(nèi)芯體僅與離型膜附著，因此其可隨離型膜從碳纖維管中脫除；針對形狀復(fù)雜、不易脫模的倒包結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，脫模時可以破壞性的去除已膨脹的發(fā)泡塑料內(nèi)芯體部分，保證組合型芯從產(chǎn)品中徹底脫離。同時，本發(fā)明提供的制備方法工藝簡單、易于實(shí)施。
[0016]本發(fā)明中，將不規(guī)則外形碳纖維管拆分性規(guī)則外形部分和不規(guī)則外形部分的數(shù)量沒有特殊限制，可根據(jù)其具體形狀進(jìn)行適當(dāng)拆分。例如，結(jié)構(gòu)相對簡單的不規(guī)則外形碳纖維管，可以僅拆成一個規(guī)則外形部分和一個不規(guī)則外形部分；而結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的不規(guī)則外形碳纖維管，則可以拆成多個規(guī)則外形部分和多個不規(guī)則外形部分。需要注意地是，在保證能最后成型得到所述不規(guī)則外形碳纖維管的前提下，不規(guī)則外形部分和規(guī)則外形部分的總數(shù)量應(yīng)越小越好，否則會增加工藝復(fù)雜程度。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的制備方法，然后根據(jù)所拆分的規(guī)則外形部分和不規(guī)則外形部分，分別成型內(nèi)芯。其中，規(guī)則外形部分對應(yīng)的內(nèi)芯采用金屬制作，即其對應(yīng)的內(nèi)芯為金屬內(nèi)芯。制作所述金屬內(nèi)芯的方法可采用CNC數(shù)控加工法，所采用的金屬為模具鋼、鋁合金或者銅
I=1-Wl O
[0018]不規(guī)則外形部分對應(yīng)的內(nèi)芯，考慮其形狀不規(guī)則性，本發(fā)明中，不規(guī)則外形部分對應(yīng)的內(nèi)芯采用發(fā)泡塑料制成，即其對應(yīng)的內(nèi)芯為發(fā)泡塑料內(nèi)芯。制作所述發(fā)泡塑料內(nèi)芯的方法為:按照不規(guī)則外形部分的形狀選擇適量發(fā)泡塑料，將發(fā)泡塑料與發(fā)泡劑、助劑混合后形成發(fā)泡母粒。
[0019]所述發(fā)泡塑料可選自現(xiàn)有技術(shù)中常用的各種發(fā)泡性熱塑性塑料或熱固性塑料，例如可以選自EVA、PE、PP、PVC或酚醛樹脂中的任意一種，優(yōu)選采用EVA。
[0020]發(fā)泡劑在熱分解溫度下分解，導(dǎo)致發(fā)泡母粒熱膨脹成型，從而原發(fā)泡母粒的體積增大，最后得到與所述不規(guī)則外形碳納米管中不規(guī)則外形部分形狀相同的內(nèi)芯體。因此，本發(fā)明中，采用不同的發(fā)泡塑料和發(fā)泡劑，由于其熱膨脹體積率不同，其用量也會相應(yīng)不同；本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)其所選用的發(fā)泡塑料種類對其用量進(jìn)行適當(dāng)選擇。一般情況下，發(fā)泡母粒的熱膨脹體積率越大，則其用量則相對減少。優(yōu)選情況下，所述不規(guī)則外形碳納米管中不規(guī)則外形部分的體積為VI，發(fā)泡母粒的體積為V2，發(fā)泡母粒的熱膨脹體積率為Y，滿足關(guān)系式:V1/y <V2<V1。即所述發(fā)泡母粒的體積最大值為不規(guī)則外形碳納米管中不規(guī)則外形部分的體積，最小值為不規(guī)則外形碳納米管中不規(guī)則外形部分的體積與發(fā)泡母粒的熱膨脹體積率Y之比。
[0021]本發(fā)明中，所述發(fā)泡劑的熱分解溫度與碳纖維預(yù)浸布的固化溫度匹配，即可通過一個控溫步驟，同時實(shí)現(xiàn)發(fā)泡母粒的發(fā)泡成型和碳纖維預(yù)浸布的固化成型，得到所需形狀的碳纖維管。優(yōu)選情況下，所述發(fā)泡劑可采用AD-300，其分解溫度為140°C，但不局限于此。
[0022]所述助劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的各種助劑，例如可選自填充劑、架橋劑、發(fā)泡促進(jìn)劑、潤滑劑中的至少一種。各助劑的用量可根據(jù)發(fā)泡塑料內(nèi)芯的實(shí)際形狀及大小進(jìn)行適當(dāng)選擇，例如不規(guī)則曲面的曲率越大、體積越大，則可以適當(dāng)增加填充劑、發(fā)泡促進(jìn)劑的用量，以增大發(fā)泡后形成的內(nèi)芯體的剛性及體積，使得發(fā)泡材料能更充實(shí)填充不規(guī)則部分的型腔腔體。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的制備方法，分別成型規(guī)則形狀的金屬內(nèi)芯和不規(guī)則形狀的發(fā)泡塑料內(nèi)芯后，即可將其組合形成一個整體的組合型芯。本發(fā)明中，將金屬內(nèi)芯與發(fā)泡塑料內(nèi)芯組合形成組合型芯的步驟包括:先在金屬內(nèi)芯的表面涂覆脫模劑，然后將發(fā)泡塑料內(nèi)芯粘接于金屬內(nèi)芯表面。在金屬內(nèi)芯表面涂覆脫模劑后，有利于后期金屬內(nèi)芯的抽離。所述脫模劑可采用美國肯天Chem Trand PMR EZ脫模劑,但不局限于此。
[0024]如前所述，所述發(fā)泡塑料內(nèi)芯由發(fā)泡母粒組成，為保證其可靠粘接于金屬內(nèi)芯表面，可先將散裝的發(fā)泡母粒裝在無紡布袋中并封好，然后采用雙面膠粘結(jié)于金屬內(nèi)芯的表面。[0025]根據(jù)本發(fā)明的制備方法，得到組合型芯后，即可開始碳纖維預(yù)浸布的纏繞過程。為保證后續(xù)工藝中型芯輕易從碳纖維管中去除，本發(fā)明中，先在碳纖維預(yù)浸布表面疊加一層離型膜，然后將其疊加整體纏繞于組合型芯上，纏繞過程中，是離型膜的一面與組合型芯接觸。同時，離型膜還具有較強(qiáng)的拉伸性，在拉伸后不易破裂。所述離型膜可采用現(xiàn)有技術(shù)中常見的各種離型膜，本發(fā)明沒有特殊限定。優(yōu)選情況下，所述離型膜的厚度為
0.05-0.125mm。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識，本發(fā)明中，所述碳纖維預(yù)浸布在纏繞之前還需根據(jù)陰模型腔的腔體形狀進(jìn)行適當(dāng)裁切，然后再纏繞至組合型芯上。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的制備方法，將碳纖維預(yù)浸布與組合型芯的纏繞整體置于模具中，合模后加溫加壓成型，冷卻定型，開模后得到帶組合型芯的成型整體。優(yōu)選情況下，加溫加壓成型的溫度為140-170°C，壓力為l_3MPa，時間為20_25min。
[0027]在去除組合型芯時，先脫離金屬內(nèi)芯，這是由于金屬內(nèi)芯為規(guī)則形狀，其脫除較為容易。脫除金屬內(nèi)芯后，即可露出部分離型膜，然后即可揭起離型膜，將其整體從碳纖維管內(nèi)部脫離，連帶將離型膜內(nèi)部已熱膨脹成型的發(fā)泡塑料內(nèi)芯脫除，即可得到所述不規(guī)則外形碳纖維管。針對形狀復(fù)雜、不易脫模的倒包結(jié)構(gòu)碳纖維管產(chǎn)品，在脫模后去除型芯時可以破壞性的去除已膨脹的發(fā)泡塑料內(nèi)芯體部分，保證組合型芯從產(chǎn)品中徹底脫離。同時，本發(fā)明提供的制備方法工藝簡單、 易于實(shí)施。
[0028]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步解釋說明。
[0029]實(shí)施例1
本實(shí)施例所涉及的不規(guī)則外形的碳纖維管可應(yīng)用于數(shù)碼電子產(chǎn)品(如手機(jī)、MP3等)的管狀外殼或者作為其他3C產(chǎn)品的外殼或結(jié)構(gòu)支撐件，具360度全包圍外形，其不規(guī)則外形可分解為橢圓管狀的規(guī)則部分A和凹凸曲面的不規(guī)則部分B。
(1)根據(jù)規(guī)則部分A的形狀，采用CNC數(shù)控加工方式加工制作普通模具鋼材質(zhì)的金屬內(nèi)芯22，其精度達(dá)到0.02mm。
選擇EVA塑料作為發(fā)泡塑料，將其與發(fā)泡劑AD-300 (其分解溫度為140°C )和填充劑、架橋劑、發(fā)泡促進(jìn)劑、潤滑劑混合均勻得到的發(fā)泡母粒，并裝配于無紡布袋中，其熱膨脹體積率Y =200%,其體積V2為不規(guī)則部分B的體積Vl的二分之一。
(2)在金屬內(nèi)芯22的表面涂覆脫模劑美國肯天ChemTrand PMR EZ脫模劑，將裝配有發(fā)泡母粒的無紡布袋用雙面膠紙粘結(jié)于金屬內(nèi)芯22的上表面，形成組合型芯。
(3)在碳纖維預(yù)浸布表面疊加一層厚度為0.1mm的離型膜，然后按照陰模型腔腔體的形狀裁切碳纖維預(yù)浸布，并將該疊加有離型膜的碳纖維預(yù)浸布21纏繞于組合型芯(包括金屬內(nèi)芯22和發(fā)泡塑料內(nèi)芯23)表面，纏繞時帶離型膜的一面與組合型芯表面相接觸，如圖
2、圖3所示。
(4)將碳纖維預(yù)浸布與組合型芯的纏繞整體放置于陰模腔體中，合模后按照下表的成型參數(shù)進(jìn)行加溫加壓成型；
【權(quán)利要求】
1.一種不規(guī)則外形碳纖維管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: S10、根據(jù)所需不規(guī)則外形碳纖維管的形狀，將其拆分為規(guī)則外形部分和不規(guī)則外形部分，然后分別制作規(guī)則外形部分對應(yīng)的金屬內(nèi)芯和不規(guī)則外形部分對應(yīng)的發(fā)泡塑料內(nèi)芯，所述發(fā)泡塑料內(nèi)芯熱膨脹成型后的形狀與不規(guī)則外形部分形狀匹配； S20、將金屬內(nèi)芯與發(fā)泡塑料內(nèi)芯按照所需不規(guī)則外形碳纖維管的形狀組合形成一個組合型芯； S30、在碳纖維預(yù)浸布表面疊加一層離型膜，然后將該疊加有離型膜的碳纖維預(yù)浸布纏繞于所述組合型芯上，纏繞時使離型膜與組合型芯接觸； S40、將碳纖維預(yù)浸布與組合型芯的纏繞整體置于模具中，合模后加溫加壓成型，冷卻定型，開模后得到帶組合型芯的成型整體，先脫離金屬內(nèi)芯，然后揭除離型膜、連帶去除已熱膨脹成型的發(fā)泡塑料內(nèi)芯，得到所述不規(guī)則外形碳纖維管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟SlO中，制作所述金屬內(nèi)芯為CNC數(shù)控加工法，所采用的金屬為模具鋼、鋁合金或者銅合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟SlO中，制作所述發(fā)泡塑料內(nèi)芯的方法為:按照不規(guī)則外形部分的形狀選擇適量發(fā)泡塑料，將發(fā)泡塑料與發(fā)泡劑、助劑混合后形成發(fā)泡母粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述不規(guī)則外形碳納米管中不規(guī)則外形部分的體積為Vl ，發(fā)泡母粒的體積為V2，發(fā)泡母粒的熱膨脹體積率為Y，滿足關(guān)系式:V1/Y≤V2≤VI。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述發(fā)泡塑料選自EVA、PE、PP、PVC或酚醛樹脂中的任意一種，所述發(fā)泡劑的熱分解溫度與碳纖維預(yù)浸布的固化溫度匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述發(fā)泡劑為AD-300。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述助劑選自填充劑、架橋劑、發(fā)泡促進(jìn)劑、潤滑劑中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S20中，將金屬內(nèi)芯與發(fā)泡塑料內(nèi)芯組合形成組合型芯的步驟包括:先在金屬內(nèi)芯的表面涂覆脫模劑，然后將發(fā)泡塑料內(nèi)芯粘接于金屬內(nèi)芯表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S30中，離型膜的厚度為0.05-0.125mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S40中，加溫加壓成型的溫度為140-170°C，壓力為 l_3MPa，時間為 20_25min。
【文檔編號】B29C70/40GK103770342SQ201210415791
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月26日
【發(fā)明者】樂劍強(qiáng) 申請人:比亞迪股份有限公司