碳纤维外壳的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种碳纤维外壳的制造方法，包括步骤：将单向碳纤维预浸料叠层排布形成内层和中间层，中间层上的单向碳纤维预浸料与内层上的单向碳纤维预浸料呈大于0°的夹角；将碳纤维平纹布预浸料铺设在中间层上形成外层；内层、中间层和外层形成预成型原料；将预成型原料放入模具中并按预设的成型条件固化成型，形成外壳粗制品；对外壳粗制品进行结构精加工。本发明的碳纤维外壳的制造方法，通过该碳纤维外壳的制造方法生产制造出的碳纤维外壳，它的材质为碳纤维环氧树脂复合材料，因此该碳纤维外壳：比强度高、自重轻，利于显示设备的轻盈设计；比模量高、刚度大，抗摔性强；并且耐腐蚀性、耐高温性好，抗疲劳性能好，不易变形。
【专利说明】碳纤维外壳的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到外壳制造工艺，特别涉及到一种碳纤维外壳的制造方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展和市场竞争，显示设备(例如，电视机、电脑显示器等)不断的追求轻薄化。但是，目前的显示设备的外壳通常为金属、玻璃或塑料等材质，金属材质和玻璃材质的外壳通常重量大，使得显示设备整体笨重，搬运麻烦，不符合轻薄化设计；而塑料材质的外壳相较于金属材质或玻璃材质的外壳，虽然整体重量更小，但是其强度、刚度、耐疲劳和耐腐蚀性等性能较差。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种碳纤维外壳的制造方法，使得通过该方法可制造出一种重量小而且强度、刚度、减震性、耐疲劳和耐腐蚀性等各方面性能都更好的碳纤维外壳。
[0004]本发明提出一种碳纤维外壳的制造方法，包括步骤:
[0005]将单向碳纤维预浸料按第一预设角度依次错开叠层排布，形成内层；将单向碳纤维预浸料按第二预设角度依次错开叠层排布在所述内层上，形成中间层，所述中间层上的单向碳纤维预浸料与所述内层上的单向碳纤维预浸料呈大于0°的夹角；将碳纤维平纹布预浸料铺设在所述中间层上形成外层；所述内层、中间层和外层形成预成型原料；
[0006]将所述预成型原料放入模具中并按预设的成型条件固化成型，形成外壳粗制品；
[0007]对所述外壳粗制品进行结构精加工。
[0008]优选地，在所述将所述预成型原料放入模具中并按预设的成型条件固化成型的步骤之前还包括:
[0009]将所述预成型原料按预设的尺寸进行裁剪。
[0010]优选地，所述第一预设角度为90°，所述第二预设角度为90°，所述中间层上的单向碳纤维预浸料与所述内层上的单向碳纤维预浸料呈45°夹角。
[0011]优选地，所述对所述外壳粗制品进行结构精加工的步骤包括:
[0012]将外壳粗制品修边到规定尺寸；
[0013]对外壳粗制品进行CNC加工，将铝合金片胶合到外壳粗制品上；
[0014]对外壳粗制品进行打磨补土。
[0015]优选地，所述对所述外壳粗制品进行结构精加工的步骤包括:
[0016]对外壳粗制品进行打磨补土；
[0017]将外壳粗制品修边到规定尺寸；
[0018]对外壳粗制品进行CNC加工，将铝合金片胶合到外壳粗制品上。
[0019]优选地，所述对所述外壳粗制品进行结构精加工的步骤之后还包括:
[0020]在外壳粗制品的上喷涂底漆和面漆。
[0021]优选地，所述将所述预成型原料放入模具中并按预设的成型条件固化成型的步骤具体包括:
[0022]对模具升温使模具的温度达到第一预设温度，将所述预成型原料放入模具中，并在第一预设时间内对模具进行合模升温处理，使得模具合模后的温度达到第二预设温度，所述第二预设温度大于第一预设温度；
[0023]在第二预设时间内，控制模具合模后的温度维持在第二预设温度；
[0024]在第二预设时间到达时对模具进行加压，使模具合模后的温度在第三预设时间到达时达到第三预设温度和第一预设压力，所述第三预设温度大于所述第二预设温度；
[0025]在第四预设时间内，控制模具合模后的温度维持第三预设温度和第一预设压力；
[0026]对模具进行降温处理，使模具合模后的温度在第五预设时间到达时降低到第四预设温度，所述第四预设温度大于所述第一预设温度；
[0027]对模具开模。
[0028]优选地，所述在第一预设时间内对模具进行合模升温处理的步骤包括:
[0029]A、对模具合模，并对合模后的模具进行升温，使得模具合模后的温度在第一预设时间到达时达到第二预设温度；
[0030]B、在步骤A的执行过程中，若合模后的温度小于第二预设温度时，对模具开模并在第六预设时间到达时再合模，以对模具在升温过程中产生的挥发性气体进行释放；
[0031]C、在步骤A的执行过程中，间隔第七预设时间重复执行上述步骤B，直到模具合模后的温度达到第二预设温度。
[0032]优选地，所述在第一预设时间内对模具进行合模升温处理的步骤包括:
[0033]D、对模具合模，并对合模后的模具进行升温，使得合模后的温度在第一预设时间达到时达到第二预设温度；
[0034]E、在步骤D的执行过程中，在模具合模后的温度每递增一个预设值时，对模具开模并在第八预设时间到达时再合模，以对模具在升温过程中产生的挥发性气体进行释放。
[0035]优选地，所述第一预设温度为80°C，所述第二预设温度为100°C，所述第三预设温度为140°C，所述第四预设温度为100°C，所述第一预设压力为1.7Mpa/cm2，所述第一预设时间为2min，所述第二预设时间为2min，所述第三预设时间为5min，所述第四预设时间为IOmin,所述第五预设时间为8min。
[0036]本发明的碳纤维外壳的制造方法，通过该碳纤维外壳的制造方法生产制造出的碳纤维外壳，它的材质为碳纤维环氧树脂复合材料，因此该碳纤维外壳具有以下特性:比强度高、自重轻，利于显示设备的轻盈设计；比模量高、刚度大，抗摔性强；并且耐腐蚀性、耐高温性好，抗疲劳性能好，不易变形。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1是本发明碳纤维外壳的制造方法第一实施例的流程图；
[0038]图2是本发明碳纤维外壳的制造方法第二实施例流程图。
[0039]本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
【具体实施方式】
[0040]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0041]如图1所示，图1为本发明碳纤维外壳的制造方法第一实施例的流程图。
[0042]该实施例提到的碳纤维外壳的制造方法，包括:
[0043]步骤S10，将单向碳纤维预浸料按第一预设角度依次错开叠层排布，形成内层；将单向碳纤维预浸料按第二预设角度依次错开叠层排布在所述内层上，形成中间层，所述中间层上的单向碳纤维预浸料与所述内层上的单向碳纤维预浸料呈大于0°的夹角；将碳纤维平纹布预浸料铺设在所述中间层上形成外层；所述内层、中间层和外层形成预成型原料；
[0044]步骤S20，将所述预成型原料放入模具中并按预设的成型条件固化成型，形成外壳粗制品；
[0045]步骤S30,对所述外壳粗制品进结构精加工。外壳粗制品经过结构精加工形成碳纤维外壳成品。
[0046]首先根据外壳的尺寸、力学性能要求设计原料(单向碳纤维预浸料和碳纤维平纹布预浸料)排布结构，然后按设计的排布结构将原料依次排布形成内层、中间层(叠在内层上)和外层(铺设在中间层上)，排布完成后得到预成型原料。本实施例中，优选第一预设角度为90°，第二预设角度为90°，且所述中间层上的单向碳纤维预浸料与所述内层上的单向碳纤维预浸料呈45°夹角。也就是说，在同一坐标系中，所述内层为单向碳纤维预浸料按0°和90°正交叠层排布形成，所述中间层为单向碳纤维预浸料按±45°错开叠层排布形成；所述外层为碳纤维平纹布预浸料。本实施例内层采用单向碳纤维预浸料按0°和90°正交叠层排布是为了在0°和90°方向上提供的刚性，以及保持整个外壳水平面的应力平衡；中间层采用单向碳纤维预浸料按±45°叠层排布是为了在模压过程中，整个单向碳纤维预浸料层面不会随着树脂的流动导致纹路变形(因为按0°和90°单向碳纤维预浸料层在模压的过程中是会纹路变形的)；外层采用碳纤维平纹布预浸料与中间层有同样的作用，同时最重要的是作为外观面使用。当然，本实施例也只是以上述的原料排布角度为例，对本实施例进行详细说明；上述角度值还可以用为其他角度，并不仅仅局限于上述角度。
[0047]本实施例中，单向碳纤维预浸料是指浸泡在热固性环氧树脂中单向碳纤维，该单向碳纤维预浸料通常在_18°C的冷库中保存。碳纤维平纹布预浸料也是指浸泡在热固性环氧树脂中的碳纤维平纹布。当然，本实施例只是以热固性环氧树脂为例，热固性环氧树脂还可以用其他的热固性树脂替换。
[0048]具体的，通过本实施例的碳纤维外壳的制造方法生产出的碳纤维外壳，通过以下测试:
[0049]1、高温高湿度测试:将使用此碳纤维外壳的样机置于高温60°C环境中储存96小时，碳纤维外壳无变形；同样，将使用此碳纤维外壳的样机置于高温40°且湿度93%的环境中储存168小时，碳纤维外壳无变形。
[0050]2、盐雾测试:将碳纤维外壳置于乙酸盐雾(PH3.1?3.3，加适量冰乙酸配制)，温度35±0.2°C，持续时间48小时，碳纤维外壳表面防护无腐蚀、脱落、裂纹、氧化变色灯现象。
[0051]3、挂墙测试:将使用此碳纤维外壳的样机承载三倍的样机负荷挂墙24小时，检测碳纤维外壳无漏光现象。
[0052]4、加负载撞击测试:测试条件为加速度40G，脉宽6ms，撞击2000次，撞击频率I?3次/S，顶部负荷两倍的样机(装配此碳纤维外壳的样机)重量；最终外壳无损伤，仍可出
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[0053]5、振动敏感度测试:将使用此碳纤维外壳的样机固定在试验桌上，按国家标准的振动要求进行，频率从5到200HZ，加速度0.57Grms，持续3小时，产品无变形。
[0054]通过本实施例的碳纤维外壳的制造方法生产制造出的碳纤维外壳，它的材质为碳纤维环氧树脂复合材料，因此该碳纤维外壳具有碳纤维树脂复合材料的特性:比强度高、自重轻，利于显示设备的轻盈设计；比模量高、刚度大，抗摔性强；并且耐腐蚀性、耐高温性好，抗疲劳性能好，不易变形。
[0055]进一步地，参照图1，在步骤S20之前还包括:
[0056]步骤S40，将所述预成型原料按预设的尺寸进行裁剪。
[0057]该预设的尺寸要比最终的外壳成品尺寸大一些，因为通过步骤S20形成的外壳粗制品还需要进行结构精加工，对所述外壳粗制品进行的结构精加工包括步骤:一、将外壳粗制品修边到规定尺寸(外壳成品的尺寸);二、对外壳粗制品进行CNC (数控机床)加工，将铝合金片胶合到外壳粗制品上；三、对外壳粗制品进行打磨补土。根据实际情况需求，步骤三可以在步骤一之前进行。CNC加工是根据外壳的图纸进行各个接口等部位的加工，比如加工出数据接口、电线接口等，铝合金片用于安装固定螺丝的，同时具有提升散热效果。具体的，打磨补土是通过喷砂除去外壳表面的树脂层，然后补上透明的原子灰(俗称腻子)，多次用细砂纸打磨，直至外壳表面光洁。在结构精加工后，在外壳粗制品的上喷涂底漆和面漆，晾干即形成外壳成品。
[0058]当然，原料的裁剪步骤也可在步骤SlO之前进行，即按预设尺寸对单向碳纤维预浸料和碳纤维平纹布预浸料单独进行裁剪。
[0059]进一步地，参照图2，步骤S20中，将所述预成型原料放入模具中并按预设的成型条件固化成型具体包括:
[0060]步骤S21，对模具升温使模具的温度达到第一预设温度，将所述预成型原料放入模具中，并在第一预设时间内对模具进行合模升温处理，使得模具合模后的温度达到第二预设温度，所述第二预设温度大于第一预设温度；
[0061]步骤S22，在第二预设时间内，控制模具合模后的温度维持在第二预设温度；
[0062]步骤S23，在第二预设时间到达时对模具进行加压，使模具合模后的温度在第三预设时间到达时达到第三预设温度和第一预设压力，所述第三预设温度大于所述第二预设温度；
[0063]步骤S24，在第四预设时间内，控制模具合模后的温度维持第三预设温度和第一预设压力；
[0064]步骤S25，对模具进行降温处理，使模具合模后的温度在第五预设时间到达时降低到第四预设温度，所述第四预设温度大于所述第一预设温度；
[0065]步骤S26，对模具开模。开模得到外壳粗制品。
[0066]具体的，所述第二预设温度和所述第四预设温度可以相同，也可以不相同。所述第一预设时间、所述第二预设时间、所述第三预设时间、所述第四预设时间和所述第五预设时间可以全部相同，也可以部分相同，也可以全部不相同。本实施例中，所述第一预设温度为80°C，所述第二预设温度为100°C，所述第三预设温度为140°C，所述第四预设温度为100°C,所述第一预设压力为1.7Mpa/cm2,所述第一预设时间为2min,所述第二预设时间为2min,所述第三预设时间为5min,所述第四预设时间为IOmin,所述第五预设时间为8min。可以理解，本实施例中，只是以上述具体数值为例，并不用以限定上述参数的范围，上述参数还可为其他数值。预成型原料在上述步骤的加热过程中，其中的热固性环氧树脂在发生化学变化固化成型。
[0067]进一步地，由于热固性环氧树脂在加热固化成型过程中发生化学变化，会产生挥发性的气体，为了避免模具中存留大量的挥发性气体而影响固化成型的效果，在模具合模后的温度达到第二预设温度之前，需要对模具进行多次开模，本实施例提出以下两种开模释放气体实施方案。
[0068]方案一:在步骤S21中，在第一预设时间内对模具进行合模升温处理包括:
[0069]步骤S211，对模具合模，并对合模后的模具进行升温，使得模具合模后的温度在第一预设时间到达时达到第二预设温度；
[0070]步骤S212，在步骤S211的执行过程中，若合模后的温度小于第二预设温度时，对模具开模并在第六预设时间到达时再合模，以对模具在升温过程中产生的挥发性气体进行释放；
[0071]步骤S213，在步骤S211的执行过程中，间隔第七预设时间重复执行上述步骤S212，直到模具合模后的温度达到第二预设温度。
[0072]本方案中，第六预设时间为开模的间隔时间，第七预设时间为模具每次开模状态持续的时间，即每次开模状态让挥发性气体释放的时间。在模具合模后的温度达到第二预设温度之前，模具每间隔第六预设时间就开模一次，使得模具中存留有一定量的挥发性气体就被释放，不是在模具中存留大量挥发性气体时在释放，避免了大量挥发性气体对预成型原料固化成型的效果。
[0073]方案二:在步骤S21中，在第一预设时间内对模具进行合模升温处理包括:
[0074]步骤S214，对模具合模，并对合模后的模具进行升温，使得合模后的温度在第一预设时间达到时达到第二预设温度；
[0075]步骤S215，在步骤S214的执行过程中，在模具合模后的温度每递增一个预设值时，对模具开模并在第八预设时间到达时再合模，以对模具在升温过程中产生的挥发性气体进行释放。
[0076]本方案中，第八预设时间为模具每次开模状态持续的时间，即每次开模状态让挥发性气体释放的时间。模具在其合模后的温度每间隔一个预设值时，就开模一次，开模状态持续第八预设时间后就合模，如此重复，直至模具合模后的温度达到第二预设值时，停止上述操作。与方案一作用目的相同，本方案，模具中，每个预设的温度间隔中产生的挥发性气体单独释放，不是在模具中存留大量挥发性气体时在释放，避免了大量挥发性气体对预成型原料固化成型的效果。
[0077]以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种碳纤维外壳的制造方法，其特征在于，包括步骤: 将单向碳纤维预浸料按第一预设角度依次错开叠层排布，形成内层；将单向碳纤维预浸料按第二预设角度依次错开叠层排布在所述内层上，形成中间层，所述中间层上的单向碳纤维预浸料与所述内层上的单向碳纤维预浸料呈大于0°的夹角；将碳纤维平纹布预浸料铺设在所述中间层上形成外层；所述内层、中间层和外层形成预成型原料； 将所述预成型原料放入模具中并按预设的成型条件固化成型，形成外壳粗制品； 对所述外壳粗制品进行结构精加工。
2.根据权利要求1所述的碳纤维外壳的制造方法，其特征在于，在所述将所述预成型原料放入模具中并按预设的成型条件固化成型的步骤之前还包括: 将所述预成型原料按预设的尺寸进行裁剪。
3.根据权利要求1所述的碳纤维外壳的制造方法，其特征在于，所述第一预设角度为90°，所述第二预设角度为90°，所述中间层上的单向碳纤维预浸料与所述内层上的单向碳纤维预浸料呈45°夹角。
4.根据权利要求1所述的碳纤维外壳的制造方法，其特征在于，所述对所述外壳粗制品进行结构精加工的步骤包括: 将外壳粗制品修边到规定尺寸； 对外壳粗制品进行CNC加工，将铝合金片胶合到外壳粗制品上； 对外壳粗制品进行打磨补土。`
5.根据权利要求1所述的碳纤维外壳的制造方法，其特征在于，所述对所述外壳粗制品进行结构精加工的步骤包括: 对外壳粗制品进行打磨补土； 将外壳粗制品修边到规定尺寸； 对外壳粗制品进行CNC加工，将铝合金片胶合到外壳粗制品上。
6.根据权利要求1所述的碳纤维外壳的制造方法，其特征在于，所述对所述外壳粗制品进行结构精加工的步骤之后还包括: 在外壳粗制品的上喷涂底漆和面漆。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的碳纤维外壳的制造方法，其特征在于，所述将所述预成型原料放入模具中并按预设的成型条件固化成型的步骤具体包括: 对模具升温使模具的温度达到第一预设温度，将所述预成型原料放入模具中，并在第一预设时间内对模具进行合模升温处理，使得模具合模后的温度达到第二预设温度，所述第二预设温度大于第一预设温度； 在第二预设时间内，控制模具合模后的温度维持在第二预设温度； 在第二预设时间到达时对模具进行加压，使模具合模后的温度在第三预设时间到达时达到第三预设温度和第一预设压力，所述第三预设温度大于所述第二预设温度； 在第四预设时间内，控制模具合模后的温度维持第三预设温度和第一预设压力；对模具进行降温处理，使模具合模后的温度在第五预设时间到达时降低到第四预设温度，所述第四预设温度大于所述第一预设温度； 对模具开模。
8.根据权利要求7所述的碳纤维外壳的制造方法，其特征在于，所述在第一预设时间内对模具进行合模升温处理的步骤包括: A、对模具合模，并对合模后的模具进行升温，使得模具合模后的温度在第一预设时间到达时达到第二预设温度； B、在步骤A的执行过程中，若合模后的温度小于第二预设温度时，对模具开模并在第六预设时间到达时再合模，以对模具在升温过程中产生的挥发性气体进行释放； C、在步骤A的执行过程中，间隔第七预设时间重复执行上述步骤B，直到模具合模后的温度达到第二预设温度。
9.根据权利要求7所述的碳纤维外壳的制造方法，其特征在于，所述在第一预设时间内对模具进行合模升温处理的步骤包括: D、对模具合模，并对合模后的模具进行升温，使得合模后的温度在第一预设时间达到时达到第二预设温度； E、在步骤D的执行过程中，在模具合模后的温度每递增一个预设值时，对模具开模并在第八预设时间到达时再合模，以对模具在升温过程中产生的挥发性气体进行释放。
10.根据权利要求7所述的碳纤维外壳的制造方法，其特征在于，所述第一预设温度为80°C，所述第二预设温度为100°C，所述第三预设温度为140°C，所述第四预设温度为100°C,所述第一预设压力为1.7Mpa/cm2,所述第一预设时间为2min,所述第二预设时间为2min,所述第三预设时间为5m in,所述第四预设时间为IOmin,所述第五预设时间为8min。
【文档编号】B29C70/34GK103660312SQ201310652993
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】罗海宝, 刘亚东, 陈大华 申请人:深圳Tcl新技术有限公司