一种碳纤维复合材料及制备方法、电子设备外壳技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维复合材料及制备方法、电子设备外壳，所述碳纤维复合材料包括4‑10层碳纤维布和中空玻璃纤维布的复合材料，在环氧树脂混合液中浸润后热压成型，其中所述中空玻璃纤维布所占比例为20‑60%。本发明专利技术的复合材料可以降低电子设备外壳的厚度，又能保证其力学性能。

Carbon fiber composite material and preparation method thereof, and shell of electronic equipment

The invention discloses a carbon fiber composite material and a preparation method thereof, electronic equipment shell, the carbon fiber composite material comprises 4 composite with 10 carbon fiber sheets and hollow glass fiber cloth, epoxy resin in the mixed liquid infiltration after hot forming, wherein the hollow glass fiber cloth accounted for 20 60%. The composite material of the invention can reduce the thickness of the outer shell of the electronic equipment and ensure the mechanical performance of the electronic equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料及制备方法、电子设备外壳
本专利技术属于电子设备外壳材料
，具体涉及一种碳纤维复合材料及制备方法，以及将碳纤维复合材料用于制备电子设备外壳。
技术介绍
超薄是目前电视发展的一个趋势，导致屏幕的结构强度急剧下降，屏碎率上升，如何在有限的厚度条件下，提供具有充分刚性和强度的背板材料，对材料提出了更高的要求。目前电视背板材料一般采用VCM板(覆膜铝板或覆膜钢板)或铝塑复合板(铝+聚乙烯+铝)；VCM板的优势是可以降低厚度，但是会相应的降低材料的强度；铝塑复合板的优势是可以满足产品对于材料高刚性的要求，但是厚度需要在2.5mm以上。随着电视或手机等智能电子设备趋向超薄化的发展趋势，由于VCM板的强度限制，无法满足65寸以上大尺寸电视对于背板的强度要求，而当背板采用铝塑复合板材料时，以目前常用的铝塑复合板为例，0.3mm铝+2.0mm聚乙烯+0.3mm铝的厚度复合，材料的弯曲模量可以达到26GPa，但2.6mm厚度无法满足超薄需求，无法满足电视超薄化的产品发展趋势。考虑到高刚性需求，电视背板材料还可以使用玻璃、SGCC钢板等，但存在产品密度大的缺陷，同样厚度情况下，密度越高，产品越重，玻璃的密度为2.5-3.0g/cm3，SGCC钢板的密度为7.9g/cm3。结合高刚性、轻量化要求，最合适的材料方案为碳纤维复合材料，其密度为1.6g/cm3，若能有合适方法进行改进，既能保持高刚性，又能降低材料密度，则对于有高刚性、轻量化需求的产品具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术为了解决单纯使用碳纤维材料密度大，无法满足电子产品轻量化的技术问题，提供了一种既可以降低电子设备外壳的厚度，又能保证其力学性能的碳纤维复合材料及制备方法，同时提供一种由上述材料制备的电子设备外壳。为了实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案予以实现：本专利技术提供了一种碳纤维复合材料，包括4-10层碳纤维布和中空玻璃纤维布的复合材料，在环氧树脂混合液中浸润后热压成型，其中所述中空玻璃纤维布所占比例为20％-60％。本专利技术还提供了一种碳纤维复合材料的制备方法，步骤为1)按配方比例，将双酚A型环氧树脂、固化剂、消泡剂、流平剂在搅拌釜中搅拌均匀，然后静置，制得稳定的环氧树脂混合液；2)将经纬编织的碳纤维布和中空玻璃纤维布进行层铺，所述中空玻璃纤维布位于中间层，所述碳纤维布位于所述中空玻璃纤维布的上下两侧；3)将层铺完成的碳纤维布与中空玻璃纤维布在环氧树脂混合液中浸润，放置在成型热压模具中，保持负压0.1-0.12MPa，合模后升温进行环氧体系扩链交联反应，然后再升温进行固化反应，然后冷却至室温，加工成型。本专利技术还提供了一种电子设备外壳，是由所述的碳纤维复合材料，由所述制备方法加工而成。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：所述碳纤维的力学性能好，但是密度大，价格高。所述玻璃纤维的价格较低，可以将玻璃纤维与碳纤维复合，降低碳纤维的用量，以降低成本。但是实心玻璃纤维的密度大于碳纤维，若使用实心玻璃纤维，会增加重量，增大碎屏率。本实施例使用中空玻璃纤维替代部分碳纤维，中空玻璃纤维可以带来轻量化，且能够弥补因使用玻璃纤维带来的力学性能下降。由于中空玻璃纤维本身的力学性能比全碳纤维较差，本实施例的目的是在满足低成本、低厚度的基础上，将复合材料的力学性能无限靠近全碳纤维。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细的说明。本实施例利用碳纤维材料自身具有高强度、高模量、低密度的优点，以此制备的碳纤维复合材料具有高刚性、轻量化的特点，将碳纤维材料与中空玻璃纤维材料复合，可以得到密度小、线性膨胀系数低、刚性高、具有独特编织纹路的复合材料，用于电视背板时可以得到具有较高设计自由度的产品外观。本实施例的碳纤维复合材料，包括4-10层碳纤维布和中空玻璃纤维布的复合材料，在环氧树脂混合液中浸润后热压成型，其中所述中空玻璃纤维布所占比例为20-60％。碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，具有高强、高模、耐化学腐蚀、热膨胀系数小等一系列优点。碳纤维材料相比绝大多数金属的比强度高7倍以上，比模量高5倍以上。其复合材料可广泛应用于航空航天、汽车工业、运动器材等领域。碳纤维本身的热膨胀系数在室内为负数(-0.5～-1.6)×10-6/K，在200～400℃时为零，在小于1000℃时为1.5×10-6/K。由它制成的复合材料线性膨胀系数小，可以做到＜10×10-6/K，而不锈钢的线性膨胀系数＞10×10-6/K，铝合金的＞20×10-6/K，因此使用碳纤维热压复合材料加工部件的尺寸精度高。但是碳纤维价格较高，碳纤维分类以模量区分，有24T、30T、35T、40T、45T、50T等规格，数字越大代表模量越高，价格也成几倍甚至几十倍的递增。所述碳纤维的力学性能好，但是密度大，价格高。所述玻璃纤维的价格较低，可以将玻璃纤维与碳纤维复合，降低碳纤维的用量，以降低成本。但是实心玻璃纤维的密度大于碳纤维，若使用实心玻璃纤维，会增加重量。本实施例使用中空玻璃纤维替代部分碳纤维，中空玻璃纤维的密度低，能够降低产品重量。此外，由于玻璃纤维本身的力学性能比全碳纤维差，中空结构能够弥补因使用玻璃纤维带来的力学性能下降。本实施例的目的是在满足低成本、低厚度的基础上，将复合材料的力学性能无限靠近全碳纤维。所述碳纤维布是将碳纤维束经纬编织后形成，每束碳纤维丝为3000根，简称3K布。所述碳纤维丝的直径为4-6μm，所述碳纤维布的厚度为0.018-0.022mm。同样的，所述玻璃纤维布是将玻璃纤维束经纬编织形成，每束玻璃纤维丝为3000根。所述玻璃纤维丝的直径为5-7μm，所述玻璃纤维布的厚度为0.023-0.026mm。其中玻璃纤维丝为中空玻璃纤维，内部中空部分的孔径为2-3μm。使用中空玻璃纤维的作用，一是降低复合材料的密度，二是通过中空结构可以提高材料的强度。为了使复合材料各向强度一致，需要将碳纤维及玻璃纤维分别进行经纬编织成3K布，然后结合产品需要的厚度和强度，选择合适的层数与环氧树脂复合。当复合材料产生应力时，由于经纬编织的碳纤维各向强度好，能够将应力在密集的碳纤维丝以及玻璃纤维丝上分散传递，且能够保证对力传递的各向均一性，使得材料的刚性好、强度高。本实施例还将经纬编织的碳纤维布和中空玻璃纤维布进行层铺，所述中空玻璃纤维布位于中间层，所述碳纤维布位于所述中空玻璃纤维布的上下两侧，从而能够利用外侧高强度的碳纤维对大部分的外应力进行传递吸收，保护强度相对较弱的中空玻璃纤维，提高整体的复合材料强度。本实施例中碳纤维布和中空玻璃纤维布需要借助热固性树脂的粘合作用将其复合，所述环氧树脂混合液中包括双酚A型环氧树脂75-85份、固化剂10-20份、消泡剂1-5份、流平剂1-5份，均为重量份。所述固化剂为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和甲苯二异氰酸酯(TDI)的混合物，二者质量比为2.6-3.5:1。由于所述双酚A型环氧树脂中有仲羟基，在加热的情况下，仲羟基能够与固化剂中的异氰酸酯基进行反应，达到扩链固化的目的，能够促进碳纤维布和中空玻璃纤维的粘合和固化。所述消泡剂为聚氧乙烯氧丙烯甘油GPE10和GPE20的混合物，二者质量比为1.3-1.6:1。由于碳纤维及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维复合材料，其特征在于，包括4‑10层碳纤维布和中空玻璃纤维布的复合材料，在环氧树脂混合液中浸润后热压成型，其中所述中空玻璃纤维布所占比例为20‑60%。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料，其特征在于，包括4-10层碳纤维布和中空玻璃纤维布的复合材料，在环氧树脂混合液中浸润后热压成型，其中所述中空玻璃纤维布所占比例为20-60%。2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料，其特征在于，所述碳纤维布是将碳纤维丝编织成束，由碳纤维束进行经纬编织后得到的，所述碳纤维丝的直径为4-6μm，所述碳纤维布的厚度为0.018-0.022mm。3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料，其特征在于，所述中空玻璃纤维布是将中空玻璃纤维丝编织成束，由中空玻璃纤维束进行经纬编织后得到的，所述中空玻璃纤维丝的直径为5-7μm，内部中空部分的孔径为2-3μm，所述中空玻璃纤维布的厚度为0.023-0.026mm。4.根据权利要求1-3任一项所述的碳纤维复合材料，其特征在于，所述中空玻璃纤维布位于中间层，所述碳纤维布位于所述中空玻璃纤维布的上下两侧。5.根据权利要求4所述的碳纤维复合材料，其特征在于，所述环氧树脂混合液中包括双酚A型环氧树脂75-85份、固化剂10-20份、消泡剂1-5份、流平剂1-5份，均为重量份。6.根据权利要求5所述的碳纤维复合材料，其特征在于，所述固化剂为二苯基甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的混合物，二者质量比为2.6-3.5:1；所述消泡剂为聚氧乙烯氧丙烯甘...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洋洋，时均虎，王世超，
申请(专利权)人：青岛海信电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37