申请/专利权人：中广核俊尔新材料有限公司;中广核俊尔(上海)新材料有限公司

申请日：2018-12-12

公开（公告）日：2020-10-13

公开（公告）号：CN109514795B

主分类号：B29C45/14(20060101)

分类号：B29C45/14(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.13#授权;2019.04.19#实质审查的生效;2019.03.26#公开

摘要：本发明公开一种弧面制件及其翘曲度的控制方法与应用，该弧面制件翘曲度的控制方法，包括：步骤1：将连续纤维增强热塑性复合材料片材置于型腔为平板状的注塑模具底部；步骤2：将注塑料注射入注塑模具中，注塑成型后经自然冷却得到弧面制件；弧面制件的总厚度为2～4mm，连续纤维增强热塑性复合材料片材占弧面制件总厚度的10％～50％。本发明通过配方设计实现了对弧面制件翘曲度的控制，而无需借辅助设备矫正翘曲，减少了生产工序，提高了产品生产效率。且制备得到的制品具有优异的力学性能。

主权项：1.一种弧面制件翘曲度的控制方法，其特征在于，包括：步骤1：将连续纤维增强热塑性复合材料片材置于型腔为平板状的注塑模具底部；步骤2：将注塑料注射入注塑模具中，注塑成型后经自然冷却得到弧面制件；所述弧面制件的总厚度为2～4mm，连续纤维增强热塑性复合材料片材占弧面制件总厚度的10％～50％。

全文数据：一种弧面制件及其翘曲度的控制方法与应用技术领域本发明涉及弧面制件的制造领域，尤其涉及一种弧面制件及其翘曲度的控制方法与应用。背景技术连续纤维增强热塑性复合材料CFRT是以热塑性树脂为基体，连续性纤维为增强材料，经过树脂熔融浸渍、挤压等工艺形成的高强度、高刚性、高韧性、可回收的新型热塑性复合材料。因为CFRT中的纤维是连续的，而且树脂对纤维单丝的浸渍比常规热塑性复合材料如GMT、LFT更充分。因此其力学性能，尤其是拉伸和弯曲、冲击性能也远高于上述常规热塑性复合材料。CFRT传统成型工艺主要包括：一、手糊成型，其缺点是质地疏松、密度低，制品强度不高，而且主要依赖于人工，质量不稳定，生产效率很低；二、喷射成型，在工作效率方面有一定程度的提高，但依然满足不了大批量生产，用以制造汽车车身、船身、浴缸、储罐的过渡层；三、层压成型，具有机械化和自动化程度高、产品质量稳定等特点，但是设备一次性投资大；四、缠绕成型，制品结构单一，仅用于制造圆柱体、球体及某些正曲率回转体或筒形纤维制品；五、拉挤成型，该工艺适合于生产各种截面形状的型材，如工字型、角型、槽型、异型截面管材以及上述截面构成的组合截面型材；六、液态成形，这种工艺的应用，必须以精确的管道输送和计量以及温度压力自动控制为基础，属于高分子材料和近代高新科学技术的交叉范畴，目前的应用还不是很广；七、模压成型，前期模具制造复杂，投入高，制件大小受压机尺寸的限制。较以上传统成型工艺，对于CFRT来说，注塑成型是一种新型成型工艺，这种成型工艺是先将其半成品坯料放入注塑模具中，采用玻璃纤维强化热塑性材料注塑成型，其制作采用了回注技术。可以使CFRT与非连续纤维增强塑料充分结合，结构简单的部分以预浸带片材为主体支架，结构复杂的部分采用注塑的方式，这种成型方法即弥补了传统模压成型工艺不能成型结构复杂制件的弊端，又达到了局部补强的作用。这种成型工艺，国外产品应用非常广泛，Lanxess在汽车零部件上也有诸多应用案例。近年来，国内汽车行业对轻量化的要求越来越高，以塑代钢的产品层出不穷，CFRT具有高强度、高刚性、高韧性等优异特性，广受青睐。另外，注塑成型大大减少了整体的生产工序，缩减了整个周期，更是增强了环保机动性，增添了个性化设计，安全性也得到提高，是集成轻量化、高刚强度、耐疲劳、能量吸收和功能为一体的应用。CFRT与非连续纤维增强塑料的注塑复合是一个大趋势，可以大大扩展CFRT的应用市场。对于注塑件，翘曲变形是重要的质量指标之一，它不仅影响产品装配和使用性能，而且影响产品外观质量。由于CFRT与非连续纤维增强塑料的收缩率有很大区别，对温度的敏感度也不同，导致制件注塑成型后会翘曲变形，直接影响产品合格率。因此，在现有研究和应用中，均是将翘曲变形视为塑料制品的一个缺陷，需要尽量避免，或加以改善。这一认知也同样存在于弧面制件的制备工艺中。弧面制件，如曲面手机壳、曲面LED显示器后盖等，其生产时，首先必须要设计一副弧面形状型腔的模具，其次针对成型后翘曲问题，还需要校正调整翘曲变形，以得到合格产品，这样不仅增加不少模具加工费用，而且增加了辅助定型设备、人工等费用，更是拉长了生产周期。发明内容针对上述技术问题，本发明提供了一种弧面制件翘曲度的控制方法，通过配方设计实现了对弧面制件翘曲度的控制，而无需借辅助设备矫正翘曲，减少了生产工序，提高了产品生产效率。且制备得到的制品具有优异的力学性能。具体技术方案如下：一种弧面制件翘曲度的控制方法，包括：步骤1：将连续纤维增强热塑性复合材料片材置于型腔为平板状的注塑模具底部；步骤2：将注塑料注射入注塑模具中，注塑成型后经自然冷却得到弧面制件；所述弧面制件的总厚度为2～4mm，连续纤维增强热塑性复合材料片材占弧面制件总厚度的10％～50％。本发明克服了现有技术中均将“翘曲”视为塑料制品的一个缺陷的技术偏见，通过将连续纤维增强热塑性复合材料与纤维增强热塑性材料复合，并通过调控连续纤维增强热塑性复合材料的厚度范围来调控弧面制件的翘曲度，将翘曲变形利用起来。该技术方案的优势在于：不同翘曲度制件仅需一组平面模具即可实现，即无需设计成弧形，也无需根据不同弧面制件的翘曲度要求分别设计成弧度不同的模具；通过控制连续纤维增强热塑性复合材料的厚度即可获得一定翘曲度的弧面制件，即从配方原料出发，而无需借辅助设备矫正翘曲，进一步减少了生产工序，提高了产品生产效率。优选地，所述连续纤维增强热塑性复合材料片材的形状与所述注塑模具的型腔的形状相适应。所谓“相适应”，是指连续纤维增强热塑性复合材料片材的形状与注塑模具型腔的形状相同，均为片状。但连续纤维增强热塑性复合材料片材的大小要略小于注塑模具型腔的大小，边缘预留出的空间，一是可以防止连续纤维增强热塑性复合材料片材在高温下膨胀而产生变形，二是可以让注塑料包覆在连续纤维增强热塑性复合材料片材边缘加以修饰，是的最终弧面制件的外观更加美观。优选地，所述连续纤维增强热塑性复合材料片材的边缘距离相对应的注塑模具的边缘为5～10mm。优选地，所述连续纤维增强热塑性复合材料片材的基材选自聚丙烯，连续纤维选自连续玻璃纤维，以原料总重量计，连续纤维的重量百分比含量为50～70％。进一步优选为60％。连续纤维增强热塑性复合材料片材经模压制备得到，模压工艺为：片材→铺层设计→加热→模压成型。优选地，所述注塑模具为二板模具，从而围成平板状的型腔。优选地，所述注塑模具型腔内设有定位柱，所述连续纤维增强热塑性复合材料片材上设有定位孔，所述定位柱与所述定位孔尺寸相匹配，用于将所述连续纤维增强热塑性复合材料片材固定于所述注塑模具底部。进一步优选，所述定位柱的数量为两个。优选地，所述注塑料为长玻璃纤维增强聚丙烯材料，以原料总重量计，长玻璃纤维的重量百分比含量为20～40％，进一步优选为30％。采用连续玻纤增强PP，因其拥有较高的比刚度和比强度，综合性能优异；长玻纤增强PP比重小，易成型，注塑产品具有很好的外观质量。两者结合使用，既能达到产品高性能要求，外观质量要求，也易于统一回收，且再利用率高。所述注塑机为卧式注塑机，采用所述注塑模具，所述注塑成型包括合模，填充，保压，冷却，开模五个过程。优选地，所述注塑成型工艺为：熔体温度为200～220℃，注射速度为20～40mms，注射压力为30～50MPa，冷却时间为8～12s。制件取出后，进行自然冷却，自然冷却条件的温度范围为20～26℃。进一步优选，所述弧面制件的总厚度为3mm，连续纤维增强热塑性复合材料片材占弧面制件总厚度的10％～50％。本发明还公开了根据上述方法制备得到的弧面制件，翘曲度的调节范围为0.015～0.035。本发明还公开了上述弧面制件在制备曲面手机壳、曲面LED显示器后盖等中的应用。与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：本发明克服了塑料制品的技术偏见，将作为缺陷的“翘曲”利用起来，通过将连续纤维增强热塑性复合材料与纤维增强热塑性材料复合，并通过调控连续纤维增强热塑性复合材料的厚度范围来调控弧面制件的翘曲度，将翘曲变形利用起来。该技术方案的优势在于：不同翘曲度制件仅需一组平面模具即可实现，即无需设计成弧形，也无需根据不同弧面制件的翘曲度要求分别设计成弧度不同的模具；通过控制连续纤维增强热塑性复合材料的厚度即可获得一定翘曲度的弧面制件，即从配方原料出发，而无需借辅助设备矫正翘曲，进一步减少了生产工序，提高了产品生产效率。附图说明图1为本发明的制备弧面制件的示意图；图中，1-注塑模具，2-定位柱，3-CFRT片材，4-注塑片材。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。以下实施例与对比例中采用相同的注塑模具1，其型腔为平板状，长度为210mm，宽度为140mm，厚度为3mm，型腔中还对称设计有两个定位柱2，详见附图。各实施例与对比例中分别采用的CFRT片材与注塑料的原料组成如下：CFRT片材的原料组成为：注塑料的原料组成为：各实施例与对比例中采用的测试标准如下：拉伸强度的测试参考ISO527-4标准；弯曲强度的测试参考ISO14125标准；弯曲模量的测试参考ISO14125标准；翘曲度的计算公式为：其中，h为翘曲量，l为评价目标在特定方向上的投影长度。实施例1步骤1、采用上述CFRT片材的原料配方经模压制得厚度为0.3mm的CFRT片材3；步骤2、在CFRT片材上与注塑模具中定位柱相适应的位置切割两个定位孔，然后将其置于注塑模具中；步骤3、将注塑料的各原料混合，熔融后注入注塑模具中，经冷却固化后在CFRT片材3上表面覆盖注塑片材4后得到制件，熔体温度为210℃，注射速度为30mms，注射压力为40MPa，冷却时间为10s；步骤4、制件取出后再经自然冷却，得到最终弧面制件。本实施例制备的弧面制件的各项性能参数列于下表1中。实施例2步骤1、采用上述CFRT片材的原料配方经模压制得厚度为0.5mm的CFRT片材；步骤2、在CFRT片材上与注塑模具中定位柱相适应的位置切割两个定位孔，然后将其置于注塑模具中；步骤3、将注塑料的各原料混合，熔融后注入注塑模具中，经冷却固化后得到制件，熔体温度为210℃，注射速度为30mms，注射压力为40MPa，冷却时间为10s；步骤4、制件取出后再经自然冷却，得到最终弧面制件。本实施例制备的弧面制件的各项性能参数列于下表1中。实施例3步骤1、采用上述CFRT片材的原料配方经模压制得厚度为0.8mm的CFRT片材；步骤2、在CFRT片材上与注塑模具中定位柱相适应的位置切割两个定位孔，然后将其置于注塑模具中；步骤3、将注塑料的各原料混合，熔融后注入注塑模具中，经冷却固化后得到制件，熔体温度为210℃，注射速度为30mms，注射压力为40MPa，冷却时间为10s；步骤4、制件取出后再经自然冷却，得到最终弧面制件。本实施例制备的弧面制件的各项性能参数列于下表1中。实施例4步骤1、采用上述CFRT片材的原料配方经模压制得厚度为1.2mm的CFRT片材；步骤2、在CFRT片材上与注塑模具中定位柱相适应的位置切割两个定位孔，然后将其置于注塑模具中；步骤3、将注塑料的各原料混合，熔融后注入注塑模具中，经冷却固化后得到制件，熔体温度为210℃，注射速度为30mms，注射压力为40MPa，冷却时间为10s；步骤4、制件取出后再经自然冷却，得到最终弧面制件。本实施例制备的弧面制件的各项性能参数列于下表1中。实施例5步骤1、采用上述CFRT片材的原料配方经模压制得厚度为1.5mm的CFRT片材；步骤2、在CFRT片材上与注塑模具中定位柱相适应的位置切割两个定位孔，然后将其置于注塑模具中；步骤3、将注塑料的各原料混合，熔融后注入注塑模具中，经冷却固化后得到制件，熔体温度为210℃，注射速度为30mms，注射压力为40MPa，冷却时间为10s；步骤4、制件取出后再经自然冷却，得到最终弧面制件。本实施例制备的弧面制件的各项性能参数列于下表1中。对比例1步骤1、将注塑料的各原料混合，熔融后注入注塑模具中，经冷却固化后得到制件，熔体温度为210℃，注射速度为30mms，注射压力为40MPa，冷却时间为10s；步骤2、制件取出后再经自然冷却。本对比例制备的弧面制件的各项性能参数列于下表1中。表1通过分析以上实施例和对比例数据不难发现，使用本发明的方法，实施例1～5制备的弧面制件的翘曲度呈现一定规律的变化，不同CFRT片材厚度得到不一样的弧面制件，可以控制其厚度得到特定翘曲度的弧面制件，针对不同产品结构，选择不同厚度的预浸带片材进行注塑复合，可以达到局部加强而且可以利用翘曲变形的结果，本发明中的翘曲度可控范围为0.015～0.035。对比实施例5与对比例1，实施例5中的CFRT片材厚度为1.5mm，而对比例1中没有CFRT片材，实施例5的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量明显优于对比例1。对比实施例5与实施例1，实施例1中CFRT片材厚度仅为0.3mm，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量比实施例5的要低一些，变形的翘曲度大。根据不同应用场合对强度和制件形状的不同要求，可选择合适的CFRT片材厚度，以达到产品的要求。且本发明公布的方法所使用的设备简单，易于实施和操作，减少了生产工序，大大提高了生产效率，具备广阔的应用前景。

权利要求：1.一种弧面制件翘曲度的控制方法，其特征在于，包括：步骤1：将连续纤维增强热塑性复合材料片材置于型腔为平板状的注塑模具底部；步骤2：将注塑料注射入注塑模具中，注塑成型后经自然冷却得到弧面制件；所述弧面制件的总厚度为2～4mm，连续纤维增强热塑性复合材料片材占弧面制件总厚度的10％～50％。2.根据权利要求1所述的弧面制件翘曲度的控制方法，其特征在于，所述连续纤维增强热塑性复合材料片材的形状与所述注塑模具的型腔的形状相适应，所述连续纤维增强热塑性复合材料片材的边缘距离相对应的注塑模具的边缘为5～10mm。3.根据权利要求1所述的弧面制件翘曲度的控制方法，其特征在于，所述连续纤维增强热塑性复合材料片材的基材选自聚丙烯，连续纤维选自连续玻璃纤维，以原料总重量计，连续纤维的重量百分比含量为50～70％。4.根据权利要求1所述的弧面制件翘曲度的控制方法，其特征在于，所述注塑模具型腔内设有定位柱，所述连续纤维增强热塑性复合材料片材上设有定位孔，所述定位柱与所述定位孔尺寸相匹配，用于将所述连续纤维增强热塑性复合材料片材固定于所述注塑模具底部。5.根据权利要求1所述的弧面制件翘曲度的控制方法，其特征在于，所述注塑料为长玻璃纤维增强聚丙烯材料，以原料总重量计，长玻璃纤维的重量百分比含量为20～40％。6.根据权利要求1所述的弧面制件翘曲度的控制方法，其特征在于，所述注塑成型工艺为：熔体温度为200～220℃，注射速度为20～40mms，注射压力为30～50MPa，冷却时间为8～12s。7.根据权利要求1～6任一所述的弧面制件翘曲度的控制方法，其特征在于，所述弧面制件的总厚度为3mm，连续纤维增强热塑性复合材料片材占弧面制件总厚度的10％～50％。8.一种根据权利要求1～7任一所述的方法制备得到的弧面制件，其特征在于，翘曲度的调节范围为0.015～0.035。9.一种根据权利要求8所述的弧面制件在制备曲面手机壳、曲面LED显示器后盖中的应用。

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