碳纤维注塑成型工艺及其产品的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用碳纤维材料制成的产品，尤其是涉及一种用碳纤维材料制成产 品的工艺，属于碳纤维产品领域。
[0002]
【背景技术】
[0003]碳纤维(Carbon fibre)材料是一种新兴的高科技材料，不仅具有碳材料的固有特 性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
[0004] 采用碳纤维材料制成的产品具有强度高、重量轻、力学性能优越、耐高温的优点， 是一种环保产品，目前主要应用于航空、体育用品、机械、汽车领域、医疗器械、石油化工工 业、土木建筑甚至宇航等领域。但存在加工艺复杂，碳纤维材料与固塑树脂结合不够融合紧 密，在很大程度上影响碳纤维产品的性能和质量，使碳纤维产品使用和推广受到限制，存在 缺点。
[0005]
【发明内容】
[0006] 本发明的目的，在于提供一种采用碳纤维材料和可以固塑的树脂制成碳纤维复合 产品的工艺及其产品，解决碳纤维复合产品存在的加工工艺复杂，碳纤维材料与固塑树脂 结合不够融合和紧密，影响碳纤维复合产品性能和质量的技术问题。
[0007] 本发明碳纤维注塑成型工艺的技术方案包括六道工序： 1.备料工序-按产品要求选择碳纤维原材料，2.成形工序-碳纤维原材料成形，3.切边 工序-成形碳纤维切边，4.内表面涂层工序-成形碳纤维内表面涂层，5.注塑工序-成形碳纤 维在模内注塑树脂成型成为产品，6.表面处理工序-注塑成型碳纤维产品经表面处理成为 成品。
[0008] 本文所述"成形"是指成为形状，"成型"是指成为成品。
[0009] 第一道工序备料工序-按产品要求选择碳纤维原材料:碳纤维原材料为碳纤布、碳 素纤维布、碳纤维编织布、碳纤维预浸布、碳纤维加固布、碳布、碳纤维织物、碳纤维带、PC、 PE、植物纤维、碳纤+PC、碳纤+TPU，等等。
[0010] 通常采用PAN基碳纤维布;或者黏胶基碳纤维布;或者沥青碳纤维布。
[0011] 或者按产品使用温度采用可以耐高温2000°c-3000°c的石墨化碳纤维布，或者采 用耐高温1000°C-2000°C的碳纤维布，或者采用耐高温100°C-1000°C的预氧化碳纤维布。
[0012] 第二道工序成形工序-碳纤维原材料成形:将碳纤维原材料按产品形状进行成形， 成形过程中不使用脱模剂，使碳纤维成形后表面无脱模剂残留。可以采用三种成形方式： 第一种，热压成形，将碳纤维预浸布、碳纤+PC、碳纤+TPU或者干布平铺到事先预热好的 产品形状模具(金属模）当中，拐角处不能使碳纤布打皱，（干布成形的话，在此时需加入适 量的树脂，其中树脂包括:热固性聚酰亚胺树脂、脲醛树脂、热塑性聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰 亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、聚苯硫醚树脂），然后合 模将模具放置加热板上使模具达到120°C到170°C，5到15分钟后，将模具取下冷却(此处可 以用气冷或者水冷)到常温后开模，这样固定的形状的碳纤维半成品就成形了，这种工艺比 较适合中小型产品，可实现大批量生产。
[0013] 第二种，真空热压吸塑成形，将碳纤维预浸布或者干布平贴到产品形状凹模(金属 模或者钢模具)上，（干布成形的话，在此时需加入适量的树脂，其中树脂包括:热固性聚酰 亚胺树脂、脲醛树脂、热塑性聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树 月旨、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、聚苯硫醚树脂)在贴好的碳纤布上放上事前成形好的矽胶 片，然后将整套铝模放入耐高温的真空袋中，再将此袋放入热压罐中，将温度调至120°C-180 °C恒温15-45分钟左右进行固化。此种工艺比较适合外表要求高、尺寸小、精度要求高的 产品，如汽车内外装饰件，精密电子产品，如笔记本电脑外壳，手机外壳，手表外壳等。
[0014] 第三种，RTM工艺(常温固化成形），将碳纤预浸布平贴至玻璃钢模具或者金属模具 上，同样拐角处不能打皱，在上面加一层玻璃纤维，然后用薄膜在玻璃钢或者金属模具上进 行密封，在模具一端吸入环氧树脂，在模具另一端抽出多余的树脂和汽泡，常温固化1-3小 时，产品定形后取出。此种工艺比较适合尺寸大的工业产品，如汽车前盖，汽车尾盖，底盘， 汽车骨架等。
[0015]现在以RTM工艺为例详细叙述真空辅助RTM工艺装置:主要由树脂注射机、成形模 具、抽真空设备三部分组成， 1、树脂注射机由计量栗、注射头组成，计量栗含有树脂栗、固化剂栗及计量装置，树脂 及固化剂经计量栗按一定的比例加压输入注射头中，经注射头混合后注入模具，这种方法 注射速度易于控制，树脂和固化剂只在注射头中混合，因而可长期存放，且注射结束后易于 清洗。
[0016] 2、成形模具采用金属制造，金属模具使用寿命长(>25000次），表面质量良好，模具 结构为组合形式，有定位、锁紧、开启、密封装置，注射口位于模具最低点，排出口在树脂较 难流到处，抽真空设备同排出□连接，在注射机注射树脂的同时抽真空，这样能增加树脂传 递压力，排除模具及树脂中的气泡和水分，并为树脂在模腔中打开通道，形成完整的通路， 从而大大提尚制品成功率，使得制品质量上升。
[0017] 3、工艺特点及材料，RTM工艺的技术关键是树脂系统的选择，为了提高产品的质 量，选用了韧性好、同碳纤维亲合力强的改性树脂，其中树脂包括(热固性聚酰亚胺树脂、脲 醛树脂、热塑性聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂、聚醚砜树 月旨、聚醚醚酮树脂、聚苯硫醚树脂)要将树脂输送至模腔内并迫使树脂迅速浸润纤维，其粘 度为0.025Pa ? s~0.030Pa ? s为最佳，以加热压注方式为好。
[0018]树脂传递压力是RTM工艺中应该控制的主要参数，此压力用来克服注入模腔和浸 透碳纤维时所遇到的阻力，注射压力必须满足注射速度的要求，注射操作一般要求就在树 脂胶凝的1/4~1/2的时间内完成，注射压力为0.3MPa~0.5MPa.树脂完成传递的时间与系 统压力和温度有关，时间短可提高生产效率，但如果树脂流量太大，胶液就来不及浸透碳纤 维，因此，一般要求在传递过程中进入模具的树脂液面上升速度<25mm/min，通过模具上的 观察口（排出口）来监控树脂传递过程。
[0019] 4 ?工艺流程 RTM法可以实现复杂形状的产品一次整体性成形，从而简化了产品结构，并且减少了组 成零件和联接零件的数量，因而能有效地减轻产品重量，降低工业消耗和提高产品的使用 性能。
[0020] RTM法成形形状复杂的制品比较方便，因为树脂在固化前具有一定的流动性，纤 维很柔软，能依模具形成所要求的形状和尺寸，这对单件和小批量产品尤为方便，是金属制 品工艺无法相比的。
[0021] 第三道工序切边工序-成形碳纤维切边，碳纤维原材料成形成为半成品后切边可 采用两种方式： 第一种，手工切割打磨，将成形好的碳纤维进行余边打磨，此种方法加工精度低，效率 也相对比较低，比较适合小批量生产和精度要求不高的产品，如运动器材类的产品。
[0022] 第二种，CNC电脑铣加工，将成形好的碳纤维半成品固定到夹具上进行数控精铣的方法 去除余量，这个方法效率高、尺寸精度高，可实现大批量生产，加工精度高，比较适合汽车内 外装饰件和结构件的生产。
[0023 ]第四道工序内表面涂层工序-成形碳纤维内表面涂层 成形碳纤维内表面涂层是将成形好的碳纤内表面喷涂HPM579的胶水，使其与树脂融合 得