本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种复合纤维壳体的制备方法以及模具。
背景技术：
碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等纤维复合材料制成的电子产品壳体具有既轻且薄的特点，外观富有高质感和高科技感，特别是连续纤维复合材料更能发挥其轻质高强的特点，成为各大品牌厂商竞相研发的热点之一。
目前的复合纤维壳体制作工艺均为连续碳纤维预浸料模压成型，预浸料在常温下为干态，随着模压过程中温度不断升高，预浸料内的树脂由干态逐渐软化变稀，粘度不断变小，当温度继续升高到达固化点，树脂发生交联，粘度逐渐增大，直至完全固化又变为干态。
由于树脂由“干”变“湿”，再变“干”，为了将树脂完全均匀铺展在整个产品表面，并充分浸渍产品壳体内部，特别是要使树脂到达并浸润3d形态壳体的边角，模压过程中必须给树脂施加很大的压力。而纤维不可避免的在这种压力下会发生移位，导致纤维扭曲或纹路错乱。这种情况在3d壳体的边角处表现得尤为明显。这种纤维扭曲或错乱，不仅直接影响产品外观，也会使产品强度和刚性发生损失。同时，完全依靠较高的压机压力促使树脂流动，而纤维层与模具轮廓内壁之间高的接触压力，使得树脂软化后完全浸透部件表面变得困难。
另外，预浸料的制备是一个相当复杂和精密的过程，设备成本也很高。虽然预浸料也是由碳纤维和树脂两部分组成，但是其价格是相同重量碳纤维+树脂两者单独价格之和的3-4倍，成本高昂。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种复合纤维壳体的制备方法以及模具，成本低，且产品质量高。
本发明提供了一种复合纤维壳体的制备方法，包括以下步骤：
将纤维原料置于模具中，上下模半闭合，其中，所述半闭合表征所述纤维原料和上模之间具有间隙；
通过注射装置将树脂注入半闭合的模腔，其中，在树脂注入过程中通过所述模具的排气装置排出模腔内气体；
将模具完全闭合，以达到所需部件厚度；
获得复合纤维壳体。
优选的，所述模具完全闭合后，还包括加热固化。
优选的，所述加热固化的压力为0.1～0.5mpa。
优选的，所述纤维原料和上模之间的间隙宽度为壳体厚度的20％～50％。
优选的，所述纤维原料大于1层，且相邻层的纤维排列方向非平行。
本发明提供了一种模具，包括上模和下模，所述上模和下模之间设置有周边密封装置，用于模具半闭合状态时的密封；
所述上模设置有注射装置和排气装置。
优选的，所述注射装置与树脂进料系统连接，所述树脂进料系统包括气泵、树脂原料储存装置和混合装置。
优选的，所述上模和下模之间设置有固定装置，用于模具半闭合状态的固定。
优选的，所述模具还包括加热装置。
优选的，所述周边密封装置为设置于上模和下模之间的弹性密封圈。
与现有技术相比，本发明提供了一种复合纤维壳体的制备方法，包括以下步骤：将纤维原料置于模具中，上下模半闭合，其中，所述半闭合表征所述纤维原料和上模之间具有间隙；通过注射装置将树脂注入半闭合的模腔，其中，在树脂注入过程中通过所述模具的排气装置排出模腔内气体；将模具完全闭合，以达到所需部件厚度；获得复合纤维壳体。本发明通过增加模具半闭合状态，使树脂可以在一个较大的空间内顺畅流动，排出模腔内的空气和充分浸润纤维，有效地防止了干区残留在部件的表面，由于纤维提前被浸润，大大降低了热压成型的压力，进而大大减少了纤维扭曲错位的几率。使用单独的纤维原料和树脂，纤维和树脂的选择自由性更高，纤维的形状以及树脂的组分可以根据产品自由调节。以纤维和树脂为原料，材料成本较传统方法也大为降低。
附图说明
图1为本发明中模具半闭合状态示意图；
图2为本发明中模具完全闭合状态示意图；
图3为本发明提供的模具示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种复合纤维壳体的制备方法，包括以下步骤：
将纤维原料置于模具中，上下模半闭合，其中，所述半闭合表征所述纤维原料和上模之间具有间隙；
通过注射装置将树脂注入半闭合的模腔，其中，在树脂注入过程中通过所述模具的排气装置排出模腔内气体；
将模具完全闭合，以达到所需部件厚度；
获得复合纤维壳体。
本发明由于增加了模具半闭合状态，使得树脂可以顺畅流动并浸润纤维，制备工艺可以采用树脂和纤维为原料，原材料的选择更加自由。
本发明中，所述纤维原料可以根据壳体材质需求，选择天然纤维，无机纤维或合成纤维，如碳纤维、玻璃纤维、聚酯纤维或聚芳酰胺纤维等，也可以根据材质需求选择多种纤维原料形成复合材料。
在本发明的某些具体实施例中，所述纤维原料为碳纤维布，所述碳纤维布为未浸渍树脂的碳纤维布。
所述纤维的形态也可以不受限定，可以为带状、片状或毛毡状等。
在本发明的某些具体实施例中，所述纤维为针刺毡，其具有z轴方向的针刺结构，在热压定型过程中，由于z轴方向的力，使得纤维层间不易发生扭曲或错位，提高了成品率。
所述纤维原料的层数可根据制件厚度调节，可以为单层设置，也可以为多层设置，优选大于1层。其总厚度优选稍大于制件厚度，以便模压时能够将各层压实。
当为多层设置时，相邻层的纤维排列方向优选非平行。更优选的，相邻层的纤维排列方向具有30°～120°夹角。
在本发明的某些具体实施例中，所述相邻层的纤维为垂直排列。
以上排列方式，可使纤维形成网状结构，增加壳体强度。
本发明可以先根据制件尺寸，对纤维原料进行裁剪，裁剪尺寸优选比制件的展开尺寸稍大，以便为后续加工时修边留出安全余量。
所述纤维原料的总重量优选为壳体重量的50％～70％。
当纤维原料置于模具中后，将模具上下模半闭合，其中，所述半闭合表征所述纤维原料和上模之间具有间隙。
所述半闭合状态示意图如图1所示，其中，1为纤维原料和上模之间预留的间隙。
所述间隙的大小可以根据壳体尺寸调节，优选的，所述间隙宽度为壳体厚度的20％～50％，该间隙可以使模内用于浇注树脂的流道变得更宽，还降低了树脂流动的阻力，保证树脂能够顺畅流淌，并浸润纤维。
然后通过注射装置将树脂注入半闭合的模腔，其中，在树脂注入过程中通过所述模具的排气装置排出模腔内气体。
所述树脂可以根据壳体材质选择适用种类，如环氧类树脂或聚烯烃类树脂等，本发明对此并无特殊限定。
所述树脂中还可以包括助剂，如固化剂、促进剂、稀释剂、稳定剂、消泡剂或增韧剂等本领域技术人员熟知的适用助剂。
本发明对所述助剂的添加量也并无特殊限定，可以根据壳体材质自行调节。
树脂在注入过程中，不断流动，完全浸润纤维表面。
待树脂注入完毕，将模具完全闭合，以达到所需部件厚度。
所述模具完全闭合示意图如图2所示。
当压机闭合到部件所需的厚度时，压缩行程压迫树脂渗透纤维原料，从而确保了所有的纤维都得到充分浸润。由于之前树脂注入时，模具处于半闭合状态，树脂已经在一定程度上浸润了纤维。因而此时的压机压力无需过大，从而保证了边角处的纤维不会由于压力过大而被树脂冲乱。
所述压机的压力优选为0.1～0.5mpa。
然后进行加热固化操作。
所述加热固化的温度可以根据树脂种类，设定模具加热温度，使树脂固化即可。
所述加热固化的压力优选为0.1～0.5mpa。
脱模后即可获得复合纤维壳体。
本发明优选的，还可以包括壳体的后处理，如cnc清理制件四周的毛茬、打磨表面、喷漆等常规后处理操作。
本发明通过增加模具的半闭合状态，使树脂可以在一个较大的空间内顺畅流动，排出模腔内的空气和充分浸润纤维，有效地防止了干区残留在部件的表面，由于纤维提前被浸润，大大降低了热压成型的压力，进而大大减少了纤维扭曲错位的几率。使用单独的纤维原料和树脂，纤维和树脂的选择自由性更高，纤维的形状以及树脂的组分可以根据产品自由调节。以纤维和树脂为原料，材料成本较传统方法也大为降低。
本发明还提供了一种模具，包括上模和下模，所述上模和下模之间设置有周边密封装置，用于模具半闭合状态时的密封；
所述上模设置有注射装置和排气装置。
所述模具的示意图如图3所示。
其中，301为排气道，302为上模，303为弹性密封圈，305为下模，306为注射孔，307为气泵，308为树脂原料储存装置，309为助剂储存装置，310为混合装置。
其中，304表示模具在使用状态时，铺设的纤维原料。
所述注射装置和排气装置可以根据需求，设置为孔道或槽等形态，只要可以实现液体注入和气体排出即可，本发明对此并无特殊限定。
本发明优选的，所述注射装置与树脂进料系统连接，所述树脂进料系统包括气泵、树脂原料储存装置和混合装置。
通过气泵将树脂原料泵入混合装置，混合均匀后，通过注射装置注入模具中。
本发明优选的，所述树脂原料储存装置可以为多个，分别储存树脂和助剂，可以根据原料配比分别泵入混合装置。
所述上模和下模之间设置有固定装置，用于模具半闭合状态的固定。所述固定装置可以为本领域技术人员熟知的固定装置，如卡扣等。
本发明中，所述模具还包括加热装置，用于对树脂进行加热固化。
所述上模和下模之间设置有周边密封装置，设置于模具边缘，用于模具半闭合状态时模腔的密封。
所述周边密封装置优选为弹性材料，如橡胶等，可以更好的密封模具腔体。
在本发明的某些具体实施例中，所述周边密封装置为设置于上模和下模之间的弹性密封圈。
本发明采用上述模具制备纤维复合材料，其可以在半闭合状态下注入树脂，然后完全闭合并加热，使树脂与纤维完全浸润并固化，保证了复合材料的品质。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的复合纤维壳体的制备方法以及模具进行详细描述。
实施例1
制件为厚度1.0mm的壳体，采用未浸渍树脂的碳纤维布(以下简称碳纤干布)，单层厚度为0.15mm，在模具内铺设8层，铺放次序为【90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°】。
模具半闭合，碳纤干布与模具上模的间隙为0.2mm。
树脂为二酚基丙烷环氧树脂，固化剂为顺丁烯二酸酐，二者按照1:1的比例在混合器中混合后，在压力的作用下，注入模腔。
模腔四周设有弹性材料制作的密封圈，以保证树脂在浸润纤维之前不会溢出到模腔外。模具上还设有排气孔和排气通道，树脂在注入过程中可以将模腔内，包括残存在碳纤干布层与层之间的空气排赶出去。
树脂注入后，将模具完全闭合。当压机闭合到部件所需的厚度时，压缩行程压迫树脂渗透碳纤干布，所有的纤维都得到充分浸润。压机压力0.2mpa。
加热固化，模具温度150～200℃，固化时间0.5～1.0h。
树脂固化后，打开模具，取出制件，得到纤维复合壳体。
与采用预浸料相比，总成本降低20％～30％。
按照上述工艺制作25个壳体。结果见表1所示。
比较例1
以碳纤维预浸料为原料，采用传统工艺进行热压，制作壳体，壳体厚度1.0mm，热压压力2mpa。
按照上述工艺制作25个壳体。结果见表1所示。
表1实施例1与比较例1制备壳体外观质量检测结果
由上述实施例及比较例可知，本发明提供的制备工艺，降低了成本，成品率同时也大大提高。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。