[发明专利]一种热塑性复合板材及其制备方法与制品

说明书

本发明涉及一种热塑性复合板材及其加工方法与制品。所述热塑性复合板材包括层合在一起的上表层(11)和下表层(13)以及在所述上表层(11)和所述下表层(13)之间的一个或更多个中间层(12)，并具有由所述上表层(11)构成的上表面、由所述下表层(13)构成的下表面以及依次相邻的第一侧面(14)、第二侧面(15)、第三侧面(16)和第四侧面(17)，所述热塑性复合板材(1)具有靠近相邻侧面交汇处的至少一个第一局部增强区域(18‑21)和靠近任一个侧面(14‑17)的至少一个第二局部增强区域(22‑23)。本发明的热塑性复合板材具有局部增强区域，由其制备的制品在局部得到增强，从而局部的抗冲击性和/或静态载荷能力得到提高，能够在保持整体结构重量没有显著增加的情况下，实现最终产品在强度、刚度和轻量化方面之间的较好平衡。

技术领域

本发明涉及复合材料制造技术领域。具体地，本发明涉及一种热塑性复合板材及其制备方法与制品。

背景技术

行李箱(亦称旅行箱)，包括拉杆箱，是出门时所携带用以放置物品的箱子。行李箱体积大，可以拉动并且可以大大降低使用者的拖动力，因此行李箱的使用越来越普遍。

早期的行李箱是以木材或其他厚重材料制成，随着航空旅行的普及，行李箱的材料趋向更为轻便的硬塑胶或布质。在目前的行李箱材料市场上，复合材料是制造高强度高硬度行李箱的可选材料之一，但与此同时，高强度和高硬度往往又意味着行李箱比较厚重。

在传统的碳纤维复合材料行李箱壳体的制造工艺中，通常采用热固性树脂，如中国专利CN109291467A所述，热固性树脂材料可满足强度、硬度、耐水性和抗压性的使用要求。然而，热固性树脂材料常用的几种成型工艺如树脂真空灌注、预浸料模压以及热压罐成型等的成型周期均较长，多数需要十分钟以上的时间，加工成本因而也比较高。

碳纤维增强的热塑性复合材料行李箱是近年来逐渐发展起来的产品，并且多数采用编织布形式的碳纤维预浸料、单向带预浸料或由单向带预浸料和编织布预浸料混合制造而成。以上碳纤维增强的热塑性复合材料在生产行李箱之前，均需通过叠成平板并层压出板材，再通过模具热压出行李箱半成品。由于编织布预浸料通常由两种方向的碳纤维丝束编织而成，如0度方向和90度方向，且两种方向的碳纤维丝的数量是一样的，因此编织布预浸料叠加出的板材在两个纤维方向上的力学强度是几乎一样的。由单向带预浸料叠加而成的板材，在确保纤维方向按照板材中间层对称的情况下，是可以设计每层的纤维方向的，比如0°/90°/90°/0°或0°/90°/0°/90°/0°。非对称叠层会导致复合材料板材和部件翘曲变形。以0°/90°叠层为例，由于在板材0度方向的纤维是均匀分布的，不同区域沿着0度方向的力学强度表现是相同的，在90度方向也是同样的效果。因此单向带板材的厚度和某一纤维方向上的力学性能也是均匀的。

采用连续纤维增强的热塑性复合材料制造行李箱时，通常是先用较薄的编织布预浸料或单向带预浸料(这里所述的预浸料是用热塑性树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物而制成树脂基体与增强体的组合物，由编织布连续纤维浸渍而成的称为编织布预浸料，由相互平行的连续纤维浸渍而成的称为单向带预浸料)通过叠层并热压出一定厚度的连续纤维增强的复合板材，再将复合板材以模具热压成型的工艺制成行李箱半成品，再与其它布料或皮料装配成完整的行李箱。

例如先将5层0.25mm厚度的碳纤维聚碳酸酯3K编织布预浸料堆叠在一起并通过平板热压工艺获得1.25mm厚度的编织布板材(3K表示每一束纤维包含三千根纤维丝，3K编织布表示用3K丝束的碳纤维编织而成的布料)。然后将编织布板材置于红外加热炉中升温到240℃，在10秒内将软化状态下的板材转移到行李箱热压模具上。再快速地将热压模具闭合并施压，同时使模具温度升至180℃，并保持1分钟，再将模具降温至90℃，打开模具，取出行李箱半成品壳体。将行李箱半成品壳体修边，并和布料、拉杆等一起装配出完整的行李箱。

为了通过针对行李箱的落锤试验和负重跌落试验等，由碳纤维增强的热塑性树脂制备的行李箱多数情况下都会做的比较厚，这会导致轻量化的丧失。