本发明涉及碳纤维增强树脂复合材料技术领域，尤其涉及一种碳纤维增强树脂复合材料及其用途、电子设备机壳和/或模组的胶框的制备方法。
背景技术：
新材料技术在电视上的发展和应用往往是和电视产品结构形态的变化密切关联的。近年来，电视结构形态进行着日新月异的显著变化，结构形态的变化趋势非常清晰，即超窄超薄，需要配合进行模组、前后壳的超薄和超窄设计。因此需要对产品的壁厚进行减薄、取消或者降低加强筋的高度，这些设计趋势的变化，如果还是用以前的材料方案，材料的刚性和尺寸稳定性已经不能满足部件的设计要求。因此，需要配合产品的结构形态变化，开发出高刚性高尺寸稳定性的材料。目前现有技术中比较成熟的材料方案主要有：1)碳纤维增强树脂材料方案，该方案通常是将树脂涂覆在碳纤维粘布上，通过热压成型来制备薄壁产品；2)玻璃纤维增强树脂材料方案，该方案通常是将玻璃纤维与树脂材料混合形成的复合材料，通过注塑成型来制备薄壁产品。然而，现有技术中的方案1)通常只能用于热压成型，虽然得到的产品具有高刚性和高尺寸稳定性，但是，热压成型后的制件外观质量较差，通常需要后处理；而方案2)得到的产品，虽然外观效果较好，但是玻纤增强树脂材料的刚性和尺寸稳定性无法满足薄壁产品的要求。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于，提供一种碳纤维增强树脂复合材料及其用途、电子设备机壳和/或模组的胶框的制备方法，该碳纤维增强树脂复合材料注塑成型的产品既能满足高刚性高尺寸稳定性的要求，又能获得高光免喷效果。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一方面，本发明提供了一种碳纤维增强树脂复合材料，包括15～25wt％的碳纤维、50～70wt％的PC+ABS合金、10～20wt％的光滑剂、2～4wt％的增韧剂和0.3～0.5wt％的抗氧化剂；其中，所述PC+ABS合金的熔融指数大于等于40。另一方面，本发明实施例还提供了一种本发明实施例所述的碳纤维增强树脂复合材料的用途，其中，该复合材料能够用于注塑电子设备机壳和/或模组的胶框。再一方面，本发明实施例还提供了一种电子设备机壳和/或模组的胶框的制备方法，包括：将本发明实施例所述的碳纤维增强树脂复合材料在80～90℃下烘料2～4小时；将烘料后的所述碳纤维增强树脂复合材料进行塑化和熔融；将熔融的所述碳纤维增强树脂复合材料在表面温度为100～170℃的模具内注塑以获得电子设备机壳和/或模组的胶框。本发明实施例提供的碳纤维增强树脂复合材料及其用途、电子设备机壳和/或模组的胶框的制备方法，包括碳纤维和PC+ABS合金，碳纤维有效地增强了工程塑料合金，提高了复合材料的强度和刚度；PC+ABS合金的熔融指数大于等于40，其流动性较高，既能避免注塑成型时填充及熔接不良，还有利于提高碳纤维的分散性并减小碳纤维的取向性，从而有效地抑制了碳纤维向表面迁徙的趋势，克服了外观浮纤；光滑剂的添加，提高了该复合材料的表面光泽度并进一步提高了该复合材料的流动性，并且，流动性较高的PC+ABS合金和光滑剂协同作用，获得了高光免喷效果的注塑产品；增韧剂的添加提高了该复合材料的韧性；抗氧化剂的添加，有效地防止在较高的注塑温度下(比如250℃)，树脂基体即PC+ABS合金的氧化降解，从而保证了注塑过程的顺利进行；因此，由该复合材料注塑成型的产品既能满足高刚性高尺寸稳定性的要求，又能获得高光免喷效果，并且还具有一定的韧性，满足了使用过程中的韧性需求，且能保证注塑过程的顺利进行。具体实施方式下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供了一种碳纤维增强树脂复合材料，包括15～25wt％的碳纤维、50～70wt％的PC+ABS合金、10～20wt％的光滑剂、2～4wt％的增韧剂和0.3～0.5wt％的抗氧化剂；其中，所述PC+ABS合金的熔融指数大于等于40。本发明实施例提供的碳纤维增强树脂复合材料，包括碳纤维和PC+ABS合金，碳纤维有效地增强了PC+ABS合金，提高了复合材料的强度和刚度；PC+ABS合金的熔融指数大于等于40，其流动性较高，既能避免注塑成型时填充及熔接不良，还有利于提高碳纤维的分散性并减小碳纤维的取向性，从而有效地抑制了碳纤维向表面迁徙的趋势，克服了外观浮纤；光滑剂的添加，提高了该复合材料的表面光泽度，并进一步提高了该复合材料的流动性，并且，流动性较高的PC+ABS合金和光滑剂协同作用，获得了高光免喷效果的注塑产品；增韧剂的添加提高了该复合材料的韧性；抗氧化剂的添加，有效地防止在较高的注塑温度下(比如250℃)，树脂基体即PC+ABS合金的氧化降解，从而保证了注塑过程的顺利进行；因此，由该复合材料注塑成型的产品既能满足高刚性高尺寸稳定性的要求，又能获得高光免喷效果，并且还具有一定的韧性，满足了使用过程中的韧性需求，且能保证注塑过程的顺利进行。需要说明的是，本发明实施例中，各种原料均可以通过市售的方式获得。具体地，碳纤维可以为24K碳纤维，即每束碳纤维束有24000根碳纤维，碳纤维的直径大约为8μm，碳纤维的长径比大约为37.5-62.5。本发明实施例中所使用的PC+ABS合金为流动性较好的PC+ABS合金；比如，该PC+ABS合金的熔融指数可以大于等于40，比如为40、42、44、46、48、50等；优选地，该PC+ABS合金的熔融指数大于等于46。具体地，该PC+ABS合金可以选用三星第一毛织的1017D型号的PC+ABS合金，其熔融指数为46(220℃，10kg)。这样，选用超高流动性的PC+ABS合金，能够有效地降低碳纤维向表面迁徙的趋势、克服外观浮纤，从而获得表面更加光滑的免喷产品。需要说明的是，本发明实施例中，熔融指数是使用最常用的测试标准ASTMD1238进行测量的，该测试标准的量测仪器是熔液指数计(MeltIndexer)，熔融指数的单位为g/10min。具体的测试方法是本领域技术人员所熟知的，因此，本发明在此不再详细描述。光滑剂可以为聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT，以提高碳纤维增强树脂复合材料的流动性和表面光泽度。增韧剂可以为乙烯-丙烯酸甲酯，例如可以选用24MA005型号，以提高碳纤维增强树脂复合材料的韧性，从而保证注塑产品使用或运输过程中不易损坏。抗氧化剂可以为抗氧化剂1076和抗氧化剂627的混合物。进一步地，碳纤维增强树脂复合材料中各组分的含量可以为：碳纤维20～25wt％，PC+ABS合金53～61wt％，光滑剂14～16wt％，增韧剂3～4wt％，抗氧化剂0.3～0.5wt％，其中，抗氧化剂中可以包括0.1～0.2wt％的抗氧化剂1076，0.2～0.3wt％的抗氧化剂627。另外，除上述各组分之外，本发明实施例提供的碳纤维增强树脂复合材料中还可以包括其他微量助剂，以提高该复合材料的相应性能。比如，该碳纤维增强树脂复合材料中还可以包括润滑剂，以进一步提高该复合材料的润滑性能，改善表面效果；具体地，该润滑剂可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯PETS。此外，该碳纤维增强树脂复合材料中还可以包括色粉，以调节该复合材料的颜色，比如为黑色、白的、棕色的色粉；具体地，该色粉可以为M900型号。具体地，本发明实施例中，碳纤维增强树脂复合材料中各组分的含量可以为：碳纤维15～25wt％，PC+ABS合金50～70wt％，光滑剂10～20wt％，增韧剂2～4wt％，抗氧化剂0.3～0.5wt％，润滑剂0.5～1.0wt％，色粉0.3～0.7wt％。进一步地，碳纤维增强树脂复合材料中各组分的含量可以为：碳纤维20～25wt％，PC+ABS合金54～61wt％，光滑剂14～16wt％，增韧剂3～4wt％，抗氧化剂0.3～0.5wt％，润滑剂0.7～1.0wt％，色粉0.3～0.4wt％，其中，抗氧化剂中可以包括0.1～0.2wt％的抗氧化剂1076，0.2～0.3wt％的抗氧化剂627。本发明实施例提供的碳纤维增强树脂复合材料，注塑成型的产品在保证材料高刚性、高尺寸稳定性的同时，还能够做到高光免喷的效果。另一方面，本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的任一碳纤维增强树脂复合材料的用途，其中，该复合材料能够用于注塑电子设备机壳和/或模组的胶框，比如电视机壳、背光模组的胶框、背光模组的背板等。相应地，本发明实施例还提供了一种电子设备机壳和/或模组的胶框的制备方法，具体包括：将本发明实施例提供了任一种碳纤维增强树脂复合材料在80～90℃下烘料2～4小时；将烘料后的碳纤维增强树脂复合材料进行塑化和熔融；具体地，该过程可以为：将烘料后的碳纤维增强树脂复合材料添加入注塑机的加料斗内，设定注塑机各段温度，从而对塑料进行塑化和熔融；将熔融的碳纤维增强树脂复合材料在表面温度为100～170℃的模具内注塑以获得电子设备机壳和/或模组的胶框。下面通过具体实施例对本发明提供的碳纤维增强树脂复合材料进行进一步详细描述。对比例1将15wt％玻璃纤维、69.9wt％的1017D型号的PC+ABS合金、12wt％光滑剂PBT、2wt％增韧剂24MA005、0.1wt％抗氧化剂1076、0.2wt％抗氧化剂627、0.5wt％润滑剂PETS、0.3wt％色粉M900分别投入双螺杆挤出机中，在230～250℃下使用挤出机进行挤出造粒，获得玻璃纤维增强树脂复合材料，烘干后包装待用。对比例2将15wt％碳纤维、69.9wt％的普通PC+ABS合金、12wt％光滑剂PBT、2wt％增韧剂24MA005、0.1wt％抗氧化剂1076、0.2wt％抗氧化剂627、0.5wt％润滑剂PETS、0.3wt％色粉M900分别投入双螺杆挤出机中，在230～250℃下使用挤出机进行挤出造粒，获得玻璃纤维增强树脂复合材料，烘干后包装待用；其中，普通PC+ABS合金的熔融指数为30(220℃，10kg)。对比例3将15wt％碳纤维、81.9wt％的1017D型号的PC+ABS合金、2wt％增韧剂24MA005、0.1wt％抗氧化剂1076、0.2wt％抗氧化剂627、0.5wt％润滑剂PETS、0.3wt％色粉M900分别投入双螺杆挤出机中，在230～250℃下使用挤出机进行挤出造粒，获得玻璃纤维增强树脂复合材料，烘干后包装待用。实施例1将15wt％碳纤维、69.9wt％的1017D型号的PC+ABS合金、12wt％光滑剂PBT、2wt％增韧剂24MA005、0.1wt％抗氧化剂1076、0.2wt％抗氧化剂627、0.5wt％润滑剂PETS、0.3wt％色粉M900充分混合，分别投入双螺杆挤出机中，在230～250℃下使用挤出机进行挤出造粒，获得碳纤维增强树脂复合材料，烘干后包装待用。实施例2将18wt％碳纤维、63.8wt％的1017D型号的PC+ABS合金、14wt％光滑剂PBT、3wt％增韧剂24MA005、0.1wt％抗氧化剂1076、0.2wt％抗氧化剂627、0.6wt％润滑剂PETS、0.3wt％色粉M900充分混合，分别投入双螺杆挤出机中，在230～250℃下使用挤出机进行挤出造粒，获得碳纤维增强树脂复合材料，烘干后包装待用。实施例3将20wt％碳纤维、60.7wt％的1017D型号的PC+ABS合金、15wt％光滑剂PBT、3wt％增韧剂24MA005、0.1wt％抗氧化剂1076、0.2wt％抗氧化剂627、0.7wt％润滑剂PETS、0.3wt％色粉M900充分混合，分别投入双螺杆挤出机中，在230～250℃下使用挤出机进行挤出造粒，获得碳纤维增强树脂复合材料，烘干后包装待用。实施例4将25wt％碳纤维、54.4wt％的1017D型号的PC+ABS合金、15wt％光滑剂PBT、4wt％增韧剂24MA005、0.1wt％抗氧化剂1076、0.2wt％抗氧化剂627、1.0wt％润滑剂PETS、0.3wt％色粉M900充分混合，分别投入双螺杆挤出机中，在230～250℃下使用挤出机进行挤出造粒，获得碳纤维增强树脂复合材料，烘干后包装待用。实施例5将25wt％碳纤维、50.5wt％的1017D型号的PC+ABS合金、20wt％光滑剂PBT、4wt％增韧剂24MA005、0.2wt％抗氧化剂1076、0.3wt％抗氧化剂627充分混合，分别投入双螺杆挤出机中，在230～250℃下使用挤出机进行挤出造粒，获得碳纤维增强树脂复合材料，烘干后包装待用。性能测试将对比例及实施例1～5中得到的产物分别注塑成标准样条，并分别对它们进行性能测试。其中，测试方式采用本领域技术人员所公知的方法，本发明对此不作详细描述。测试条件及测试结果见表1：表1备注：表1中的指标值是指为满足65寸1.5mm薄壁电子设备机壳所期望的各种性能指标；表1中的CLTE值是指线性热膨胀系数。由表1可知，实施例1～5的碳纤维增强树脂复合材料的各项性能均优于对比例1的玻璃纤维增强树脂复合材料的各项性能，由此可知，本发明实施例制备的碳纤维增强树脂复合材料相对于玻璃纤维增强树脂复合材料，具有较高的强度和刚度，并且尺寸稳定性较好。需要说明的是，目前电视产品的结构形态趋向于超窄超薄发展，例如，65寸电视。为配合电视产品结构形态的发展，需要进行模组、前后壳的超薄和超窄设计，比如需要设计65寸1.5mm薄壁电视机壳。为保证65寸电视的性能，表1中列出了65寸1.5mm薄壁电视机壳所期望的各种性能指标，即各项指标值。研究过程中，发明人发现，采用现有技术的各种材料基本无法满足表1中的各项指标值，因而大大限制了电视产品的推广应用。但是，由表1可知，实施例3、4的各项性能值均高于相应的指标值，也就是说，实施例3、4碳纤维增强树脂复合材料完全满足了注塑65寸1.5mm薄壁电子设备所需的各种性能，这远非现有技术的材料可比的，该碳纤维增强树脂复合材料相比于对比例及现有技术中的各种材料，显著地提高了刚度及尺寸稳定性，对超窄超薄的电视产品结构形态的发展具有推动性进步。此外，由实施例1～5可知，通过调整各组分的含量，能够有效地提高碳纤维增强树脂复合材料的强度、刚度以及尺寸稳定性，从而使这些碳纤维增强树脂复合材料能够用于注塑65寸1.5mm薄壁电子设备的机壳并达到其要求的指标值，获得高刚性高尺寸稳定性的薄壁电子设备机壳。而且，由对比例2与实施例1可知，PC+ABS合金的流动性对碳纤维增强树脂复合材料的机械性能影响不大；由对比例3与实施例1可知，光滑剂的添加与否，对碳纤维增强树脂复合材料的机械性能影响也不大。注塑薄壁产品分别将上述对比例2、3和实施例1、3、4提供的碳纤维增强树脂复合材料注塑成薄壁产品，比如薄壁机壳。注塑过程及参数如下：将碳纤维增强树脂复合材料在85℃烘料3小时，添加入注塑机的加料斗内，设定注塑机各段温度为：喷嘴255℃、计量段245℃、压缩段230℃、进料塑化段230℃，对碳纤维增强树脂复合材料进行塑化和熔融；配套需要使用Emold模具(保证模具温度至少可以升到160℃)，使模具表面的温度分别达到120℃、140℃和160℃；分别将熔融的对比例2、3和实施例1、3、4的碳纤维增强树脂复合材料注塑到不同温度的模具内，以获得各个碳纤维机壳。其中，对比例2、3和实施例1、3、4的碳纤维增强树脂复合材料注塑得到的碳纤维机壳的高光外观效果情况见表2：表2样品140℃模温160℃模温对比例2外观浮纤严重，不可以使用外观浮纤严重，不可以使用对比例3外观浮纤严重，不可以使用外观浮纤严重，不可以使用实施例1外观基本无浮纤，可以使用外观基本无浮纤，可以使用实施例3外观基本无浮纤，可以使用外观基本无浮纤，可以使用实施例4外观浮纤较少，基本可以使用外观浮纤较少，基本可以使用由对比例2与实施例1可知，PC+ABS合金的流动性虽然对注塑产品的机械性能影响不大，但是对产品的外观效果影响较大，当流动性较低的普通PC+ABS合金时，基本无法制备出高光免喷效果的注塑产品。由对比例3与实施例1可知，光滑剂的添加虽然对注塑产品的机械性能影响不大，但是对产品的外观效果影响较大，当不添加光滑剂时，基本无法制备出高光免喷效果的注塑产品。可见，本发明实施例提供的碳纤维增强树脂复合材料，流动性较好的PC+ABS合金与光滑剂协同作用，得到了高强度高刚性高尺寸稳定性、高光免喷效果的注塑产品。此外，由表2可知，当制备高光外观效果的产品时，实施例1、3的碳纤维增强树脂复合材料在140℃～160℃模温下制备的薄壁碳纤维机壳，外观光滑基本无浮纤，可以达到免喷的效果，能够满足量产要求；实施例4的碳纤维增强树脂复合材料在140℃～160℃模温下制备的薄壁碳纤维机壳，外观基本光滑浮纤较少，基本可以达到免喷效果，基本满足量产要求。对比例2、3和实施例1、3、4的碳纤维增强树脂复合材料注塑得到的拉丝和/或皮纹效果的碳纤维机壳的外观效果情况见表3：表3同样地，由表1和表3可知，PC+ABS合金的流动性、光滑剂的添加虽然对注塑产品的机械性能影响不大，但是对产品的外观效果影响较大；可见，本发明实施例提供的碳纤维增强树脂复合材料，流动性较好的PC+ABS合金与光滑剂协同作用，得到了高强度高刚性高尺寸稳定性、高光免费喷效果的注塑产品。另外，由表3可知，当制备拉丝和/或皮纹外观效果的产品时，实施例1、3的碳纤维增强树脂复合材料在120℃～160℃模温下制备的薄壁碳纤维机壳，外观基本无浮纤，能够实现所需的拉丝和/或皮纹效果，可以达到免喷效果且能够满足量产要求；实施例4的碳纤维增强树脂复合材料在120℃模温下制备的薄壁碳纤维机壳，外观基本无浮纤，能够实现所需的拉丝和/或皮纹效果，可以达到免喷效果且能够满足量产要求，在140℃～160℃模温下，外观浮纤较少，基本实现所需的拉丝和/或皮纹效果，基本可以达到免喷效果且基本满足量产要求。综合上述，相比于使用流动性较差的PC+ABS合金以及不添加光滑剂的配方，本发明实施例选择了流动性较好的PC+ABS合金，且添加了一定量的光滑剂，形成的碳纤维增强树脂复合材料不仅能够制备出高光外观效果的免喷薄壁产品，还能够制备出非高光的免喷薄壁产品，比如具有拉丝或皮纹效果的外观产品。并且，实施例3的碳纤维增强树脂复合材料注塑获得的电视机壳的实际效果中，机壳的高光面、以及拉丝和皮纹效果能够获得良好的外观效果，经测试，高光面的光泽度＞88(60°入光角度)，0.3mm以上距离观看时，看不到机壳表面的浮纤。而现有技术的材料制备的薄壁产品中，根本无法达到上述效果。根据以上实施例1～5试验、样条性能测试数据、注塑验证情况以及成本分析，可以看出：本发明实施例提供的碳纤维增强树脂复合材料在满足电视产品强度、高刚性，尺寸稳定性的同时，还具有较好的免喷外观效果，是一款综合性能优异的注塑碳纤维方案。电视产品超薄超窄的结构形态变化趋势，需要机壳或者模组的背板具备超薄高强度高刚性、高光免喷等特点。碳纤维比强度是钢的7倍，比模量(高刚性)是钢的5倍，其卓越的强度和刚性刚好和电视结构要求具有高度的契合。并且，本发明实施例通过将一定比例的碳纤维、提高流动性的助剂光滑剂、高光助剂润滑剂及增韧剂添加入流动性较好的PC+ABS合金材料中，形成一种满足大尺寸电视前壳和背板模组综合性能要求的注塑级高光免喷高刚性、高流动性碳纤维复合材料方案。目前行业内使用碳纤维增强复合材料的配方开发很多，但无论是热压碳纤维方案还是注塑碳纤维方案，由于碳纤维的存在做不到高光免喷效果。经发明人研究，目前行业内还没有成功的方案在满足高刚性高尺寸稳定性的同时可以消除浮纤、实现制件的高光免喷。而本发明实施例的优势在于，在保证材料高刚性、高尺寸稳定性的同时实现高光免喷效果。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。