一种0
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连续纤维增强的cf-smc片材及制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种cf-smc片材，尤其是一种0
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或90
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连续纤维增强的cf-smc片材及制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术：2.smc片材，中文全称为片状模塑材料，主要分为gf-smc片材(短切玻璃纤维片状模塑材料)和cf-smc片材(短切碳纤维片状模塑材)两大类。smc工艺，中文全称为片状模塑成型工艺，是最通用的复合材料部件生产方法之一(往往在深加工工厂完成，如汽车部件等)，具有生产浪费少、产量高、设计自由度大以及可实现功能集成等诸多优势，因此smc片材被广泛地用于大批量地制造交通运输、电气、建筑和消防所需的坚固、耐用且轻质的复合材料部件。
3.传统的cf-smc片材，全称为短切碳纤维片状模塑材料，是一种复合材料，由碳纤维短切纤维和树脂组成。近年来，基于碳纤维的新型smc片材已实现商业化，完全获得了工业化的应用，用于生产性能优于同类铝制及钢制部件的超轻结构件，如汽车部件等。传统cf-smc片材的第一个优点为低密度(密度为1.4-1.5g/cm3)，优于传统的铝合金(密度为2.75g/cm3左右)和钢(密度为7.85g/cm3左右)，对于汽车、轨道交通、航空航天、军工等应用领域，实现了减重节能和更好的经济效益。传统cf-smc片材的第二个优点为良好的流动性，同样在使用模压工艺的时候(往往在深加工工厂完成)，传统cf-smc片材较于传统的预浸料(用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物制成树脂基体与增强体的组合物)，树脂流动性更高，树脂和纤维更容易填充模具，产品质量更好。但是，传统cf-smc片材的力学性能有一大缺点：由cf-smc片材生产得到的产品(往往由深加工工厂完成，如汽车部件等)，其最大拉伸强度仅为300mpa左右、最大拉伸模量为43gpa左右，远低于钢材的拉伸强度(在200-500mpa)和钢的拉伸模量(在180-210mpa)，也远低于由传统的预浸料生产得到的产品(拉伸强度在2500mpa左右，拉伸模量在150gpa左右)，不利于传统的cf-smc片材应用到更高要求的产品。
4.目前市场(深加工工厂)上为了应对这一问题，在技术上，往往采用传统的预浸料和传统的cf-smc片材分布叠层的方法，使产品的力学性能得到提升。但是这样的方法使得深加工工厂(购买和使用传统cf-smc片材的厂家，用于生产汽车部件等)增加了工位，增加了叠层工序和人员，增加了作业强度和安全隐患，作业效率降低，增加了产品成本，更降低了顾客(汽车总装厂等)的采购意愿。导致深加工工厂的盈利大幅降低。目前急需一种新的技术解决这一现状！
技术实现要素：5.本发明所要解决的技术问题在于提供一种0
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连续纤维增强的cf-smc片材，从而克服上述现有技术的不足。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
7.一种0
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或90
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连续纤维增强的cf-smc片材，包括离型纸层、树脂层和隔离膜层，所述的离型纸层位于最底层，所述的隔离膜层位于最表层，所述的树脂层位于离型纸层与隔离膜层之间；在所述的树脂层中有短切碳纤维和0
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或90
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连续纤维。
8.作为一种优选方案，所述的短切碳纤维分散在树脂层中；所述的0
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或90
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连续纤维位于短切碳纤维上面。
9.作为一种优选方案，所述的离型纸层包括但不限于pe膜，或pa膜，或pet膜，或pp膜或者pe&pa复合膜。
10.作为一种优选方案，所述的短切碳纤维包括但不限于t300型号的碳纤维，或t700型号的碳纤维，或t800型号的碳纤维，或t1000型号的碳纤维，或t1100型号的碳纤维，或者mj60型号的碳纤维，短切碳纤维长度为20-30mm。
11.作为一种优选方案，所述的树脂层包括但不限于不饱和聚酯树脂，或环氧乙烯基树脂，或环氧树脂，或者聚氨酯树脂。
12.作为一种优选方案，所述的0
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或90
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连续纤维包括但不限于碳纤维，或玻璃纤维，或芳纶纤维，或高分子量聚乙烯纤维，或者尼龙纤维。
13.作为一种优选方案，所述的隔离膜层包括但不限于pe膜，或者pe&pa复合膜。
14.上述0
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连续纤维增强的cf-smc片材的制备方法，包括以下步骤，
15.s1、展开离型纸；
16.s2、将树脂原料混合、搅拌后，得到树脂液；
17.s3、将树脂液涂覆到离型纸上；
18.s4、将剪切好的短切碳纤维均匀分散到离型纸的树脂液上；
19.s5、将0
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连续纤维覆盖到短切碳纤维上；
20.s6、展开隔离膜，将树脂液涂覆到隔离膜上；
21.s7、将带有树脂液的隔离膜覆盖到带有树脂液、短切碳纤维和0
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或90
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连续纤维的离型纸上；
22.s8、将离型纸、短切碳纤维、0
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或90
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连续纤维、隔离膜压实，排除夹层气泡，并使树脂液转变为半固态，得到cf-smc片材；
23.s9、将cf-smc片材放入30℃的烘房进行熟化8-12小时；
24.s10、将熟化后的cf-smc片材放入0℃或-18℃的环境中保存。本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
25.1、相较于传统的cf-smc片材，本发明在树脂层中加入了短切碳纤维和力学性能更高的0
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连续纤维，不仅保留了传统cf-smc片材的材料低密度和高流动性的优良特性，更重要的是力学性能得到提高。本发明的cf-smc片材产品，其拉伸强度可以达到1300mpa左右，拉伸模量高达75gpa，远超传统cf-smc片材的拉伸强度300mpa和拉伸模量43gpa，从而使本发明的cf-smc片材能够提高汽车、轨道交通、航空航天、军工领域的主结构和亚结构部件的力学性能。
26.2、相较于传统的cf-smc片材，本发明的cf-smc片材在加工过程中减少了以往的叠层工序，减少了工段位和人员，减少了安全隐患，能提升深加工厂的作业效率，降低生产成本，提高顾客购买意愿和深加工工厂的盈利，有更广阔的市场应用前景。
附图说明
27.图1是本发明的正面剖视结构示意图；
28.图2是本发明的侧面剖视结构示意图；
29.图3是本发明的俯视结构示意图；
30.图4是本发明的0
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连续纤维结构示意图；
31.图5是本发明的90
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连续纤维结构示意图。
32.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
33.实施例1：如图1所示，包括离型纸层1、树脂层3和隔离膜层5，离型纸层1位于最底层，隔离膜层5位于最表层，树脂层3位于离型纸层1与隔离膜层5之间；在树脂层3中均匀分散有短切碳纤维2，在短切碳纤维2的上面有0
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连续纤维4。
34.本发明中的离型纸层1位于最下层。离型纸层1是传统的预浸料片材和传统的cf-smc片材最通用的承载体，离型纸层由复合纸与硅化合物组成，复合纸起到一定的拉伸承载作用，起到承载本发明cf-smc片材的作用，硅化合物涂覆在复合纸表面，硅化合物使复合纸与本发明cf-smc片材有一定的分离能力。离型纸层1与上面的短切碳纤维2和树脂层3接触。
35.本发明中短切碳纤维2为最下第二层。短切碳纤维2是由碳纤维长丝经纤维切断机短切而成，其基本性能主要取决于其原料-碳纤维长丝的性能。短切碳纤维2具有分散均匀、喂料方式多样、工艺简单等优点，可以应用于碳纤维长丝所不适合的特殊领域。短切碳纤维2的长度往往在25mm左右，原料可以是包括t300、t700、t800、t1000、t1100、mj60等各等级型号碳纤维，作为增强材料与树脂结合，提高本发明中cf-smc片材的力学性能。短切碳纤维2与下面离型纸层1接触，与树脂层3接触，与上面0
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连续纤维4接触。
36.本发明中的树脂层3位于离型纸层1与隔离膜层5之间。树脂通常是指受热后有软化或熔融范围、软化时在外力作用下有流动倾向、常温下是固态或半固态、有时也可以是液态的有机聚合物。本发明的树脂层为不饱和聚酯树脂、环氧乙烯基树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂，这些树脂作为基体材料与短切碳纤维2、0
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连续纤维4相结合，从而提高本发明中cf-smc片材的力学性能。树脂层3与下面离型纸层1接触，与短切碳纤维2接触，与0
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连续纤维4接触，与隔离膜层5接触。
37.本发明中的0
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连续纤维4位于短切碳纤维2、树脂层3与隔离膜层5之间。连续纤维通常是长径比足够大，能够实现沿长度方向起不间断增强效应的纤维材料。本发明的0
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连续纤维4包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、高分子量聚乙烯纤维或尼龙纤维，包括0
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连续纤维(如图4所示)，或者90
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连续纤维(如图5所示)两种排列分布形式。这些纤维作为增强材料与树脂结合，从而提高本发明中cf-smc片材的力学性能。0
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或90
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连续纤维4与短切碳纤维2接触，与树脂层3接触，与隔离膜层5接触。
38.本发明中的隔离膜层5位于最上层。隔离膜层5由pe膜或者pe&pa复合膜等具备覆盖保护和分离功能的片层构成，其作用是对本发明的cf-smc片材起到覆盖保护作用，防止灰尘、水汽、油污等污染本发明的cf-smc片材，并且当使用cf-smc片材时，剥离掉隔离膜层5即可。隔离膜层5与0
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或90
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连续纤维4、树脂层3的接触面有一定的分离能力。隔离膜层5与0
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或90
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连续纤维4接触，隔离膜层5与树脂层接触。
39.本发明的cf-smc片材的制备方法，包括以下步骤，
40.s1、展开离型纸；
41.s2、将树脂原料混合、搅拌后，得到树脂液(根据每种树脂原料特性有不同的状态)；
42.s3、将一定温度下(通常条件下为25℃-30℃，根据每种树脂特性有不同的温度要求)的树脂液涂覆到离型纸上；
43.s4、使用手工剪刀或短切机械设备，将连续碳纤维分割成长度为25mm的短切碳纤维(根据产品需求，可以适当调整短切碳纤维长度)，然后剪切好的短切碳纤维均匀分散到离型纸的树脂液上；
44.s5、使用手工或牵引机械设备，将0
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连续纤维覆盖到短切碳纤维上；
45.s6、展开隔离膜，将一定温度下(通常条件下为25℃-30℃，根据每种树脂特性有不同的温度要求)的树脂液涂覆到隔离膜上；
46.s7、将带有树脂液的隔离膜覆盖到带有树脂液、短切碳纤维和0
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或90
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连续纤维的离型纸上；
47.s8、在一定温度下(通常条件下100℃左右，根据每种树脂特性有不同的温度要求)，一定压力下(根据现场情况)通过手工或压制设备，将离型纸、短切碳纤维、0
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或90
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连续纤维、隔离膜压实，排除夹层气泡，并使树脂液转变为半固态，得到cf-smc片材；
48.s9、将cf-smc片材放入30℃的烘房进行熟化10小时，以增强短切碳纤维、0
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或90
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连续纤维与树脂之间的界面结合能力；
49.s10、将熟化后的cf-smc片材放入0℃或-18℃的低温环境中保存，低温有助于保持cf-smc片材的工艺性能和力学性能。
50.本发明的实施方式不限于上述实施例，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化均属于本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种0
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连续纤维增强的cf-smc片材，其特征在于：包括离型纸层(1)、树脂层(3)和隔离膜层(5)，所述的离型纸层(1)位于最底层，所述的隔离膜层(5)位于最表层，所述的树脂层(3)位于离型纸层(1)与隔离膜层(5)之间；在所述的树脂层(3)中有短切碳纤维(2)和0
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连续纤维(4)。2.根据权利要求1所述的0
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连续纤维增强的cf-smc片材，其特征在于：所述的短切碳纤维(2)分散在树脂层(3)中；所述的0
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连续纤维(4)位于短切碳纤维(2)上面。3.根据权利要求1所述的0
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或90
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连续纤维增强的cf-smc片材，其特征在于：所述的离型纸层(1)包括但不限于pe膜、pa膜、pet膜、pp膜或者pe&pa复合膜。4.根据权利要求1所述的0
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或90
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连续纤维增强的cf-smc片材，其特征在于：所述的短切碳纤维(2)包括但不限于t300、t700、t800、t1000、t1100或者mj60型号碳纤维，其纤维长度为20-30mm。5.根据权利要求1所述的0
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或90
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连续纤维增强的cf-smc片材，其特征在于：所述的树脂层(3)包括但不限于不饱和聚酯树脂、环氧乙烯基树脂、环氧树脂或者聚氨酯树脂。6.根据权利要求1所述的0
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或90
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连续纤维增强的cf-smc片材，其特征在于：所述的0
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或90
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连续纤维(4)包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、高分子量聚乙烯纤维或者尼龙纤维。7.根据权利要求1所述的0
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或90
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连续纤维增强的cf-smc片材，其特征在于：所述的隔离膜层(5)包括但不限于pe膜或者pe&pa复合膜。8.如权利要求1-7任意一项所述的一种0
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或90
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连续纤维增强的cf-smc片材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，s1、展开离型纸；s2、将树脂原料混合、搅拌后，得到树脂液；s3、将树脂液涂覆到离型纸上；s4、将剪切好的短切碳纤维均匀分散到离型纸的树脂液上；s5、将0
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或90
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连续纤维覆盖到短切碳纤维上；s6、展开隔离膜，将树脂液涂覆到隔离膜上；s7、将带有树脂液的隔离膜覆盖到带有树脂液、短切碳纤维和0
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或90
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连续纤维的离型纸上；s8、将离型纸、短切碳纤维、0
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或90
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连续纤维、隔离膜压实，排除夹层气泡，并使树脂液转变为半固态，得到cf-smc片材；s9、将cf-smc片材放入30℃的烘房进行熟化8-12小时；s10、将熟化后的cf-smc片材放入0℃或-18℃的环境中保存。
技术总结本发明公开了一种0
技术研发人员：本帕克 熊峰 梁子靖 秦数 张启青 艾祖军
受保护的技术使用者：贵州至当科技有限公司
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2022/7/5
