免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板及制造方法

本发明涉及复合材料结构设计与制造领域，具体地，涉及一种免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板及制造方法。

背景技术：

1、传统折叠屏柔性基板多采用铰链式机械连接或打孔设计，存在以下缺陷：

2、1.应力集中：机械铰链在折叠时产生局部应力集中，导致材料疲劳失效，折叠寿命通常不足10万次；

3、2.厚度限制：打孔工艺削弱基板结构强度，无法实现超薄设计(厚度＞0.5mm)；

4、3.刚度不可调：现有复合材料基板的刚柔过渡区多为突变设计，无法适应不同屏幕尺寸的定制化需求。

5、基于此，可折叠电子屏亟需一种免打孔、可定制化设计的一体化复合材料柔性基板，同时满足超薄弯曲与长寿命需求。

6、专利申请文献cn115416388a公开了一种复合结构，包括基材层和设置在基材层至少一侧表面的功能层，基材层包括并排设置的第一支撑件、第二支撑件，以及设置在第一支撑件与第二支撑件之间，并与第一支撑件和第二支撑件连接的可弯折连接件，第一支撑件和第二支撑件的材质包括硬胶纤维复合材料，功能层包括导电层、导热层和抗冲层中的一种或多种。然而该专利无法完全解决目前存在的技术问题，也无法满足本发明的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板及制造方法。

2、根据本发明提供的免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板，包括一体成型的纤维增强复合材料刚性支撑段和复合材料柔性可折叠段；

3、所述一体成型的纤维增强复合材料刚性支撑段由多向纤维铺层的复合材料层合板构成，其纤维取向根据刚度设计要求定制选取；所述复合材料柔性可折叠段由三维变厚度编织布经树脂浸渍固化成型，其厚度分布根据目标弯曲形状定制设计，且部分嵌入一体成型的纤维增强复合材料刚性支撑段的纤维层。

4、优选地，所述一体成型的纤维增强复合材料刚性支撑段的铺层数量和角度根据刚度设计要求定制选取；

5、对于多层碳纤维结构，铺层数量、角度与各个刚度之间的关系如下式：

6、

7、式中：

8、

9、其中，nx、ny、nz为面内力；mx、my、mz为弯矩；为面内应变；kx、ky、kxy为弯曲变形程度；aij、bij、dij表示拉伸刚度、耦合刚度及弯曲刚度；tk表示第k层的

10、厚度；表示第k层中心的坐标；n表示铺层数量；

11、

12、其中，θ表示铺层角度；qij为刚度系数；通过调整铺层角度和数量实现等效弯曲刚度在2gpa·mm3～100gpa·mm3范围内可调，厚度范围为0.01mm～2mm。

13、优选地，所述复合材料柔性可折叠段的厚度分布和编织角度根据目标弯曲形状定制设计，厚度越薄处，在同一载荷作用下的变形曲率越大；多层碳纤维具有同一编织角度时，编织角度越大，在同一载荷作用下，其变形曲率越大，且厚度变化范围为0.01mm～2mm。

14、优选地，所述一体成型的纤维增强复合材料刚性支撑段包含以下纤维中的一种或几种：碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和硼纤维。

15、优选地，所述复合材料柔性可折叠段的三维变厚度编织布由以下材料中的一种或几种混编纱织造而成：涤纶纤维、尼龙纤维、丙纶纤维、氨纶纤维和腈纶纤维。

16、优选地，所述复合材料柔性可折叠段的最小弯曲半径为1.5mm，并经预设次数折叠测试后截面分层面积＜5％。

17、优选地，所述复合材料柔性可折叠段变厚度板的厚度变化单位宽度最小为0.3mm。

18、根据本发明提供的免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板的制造方法，包括以下步骤：

19、步骤1：采用多轴向编织机织造含刚性段和柔性段的一体化纤维预制体，通过动态调整经纱密度和纬纱打纬力实现柔性段的厚度梯度变化；

20、步骤2：将预制体置于真空浸渍装置中，注入环氧树脂，其中柔性段区域树脂粘度比刚性段低200mpa·s～500mpa·s；

21、步骤3：在模压模具中施加0.5mpa～5mpa压力，按80℃→150℃→180℃三阶段固化，总固化时间120min～240min；其中80℃固化时间为20min～40min，由80℃到150℃的升温时间为5min～10min，在150℃的固化时间为60min～120min，由150℃到180℃的升温时间为5min～10min，在180℃的固化时间为30min～60min。

22、优选地，步骤1中采用电子提花技术控制编织图案，在柔性段区域生成满足设计要求的变厚度矩形截面织纹，单层厚度差异为0.02mm～0.1mm。

23、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

24、通过融合碳纤维预浸料与针织布材料，解决了在小尺寸范围的刚度梯度变化大的问题，实现了整体基板的刚度定制化功能；

25、通过融合超薄预浸料成型技术与针织布机织工艺，解决了超薄厚度下机加工精度低、难度大的技术问题，实现了基板的超薄设计及极小的厚度变化；

26、通过采用针织布作为变形区的主承力部件，利用针织布中织物之间的孔隙替代传统折叠屏中的打孔设计，缩减加工成型工序的同时提高了折叠基板的疲劳寿命，实现了高耐久功能。

1.一种免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板，其特征在于，包括一体成型的纤维增强复合材料刚性支撑段(1)和复合材料柔性可折叠段(2)；

2.根据权利要求1所述的免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板，其特征在于，所述一体成型的纤维增强复合材料刚性支撑段(1)的铺层数量和角度根据刚度设计要求定制选取。

3.根据权利要求2所述的免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板，其特征在于，对于多层碳纤维结构，铺层数量、角度与各个刚度之间的关系如下式：

4.根据权利要求1所述的免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板，其特征在于，所述复合材料柔性可折叠段(2)的厚度分布和编织角度根据目标弯曲形状定制设计，厚度越薄处，在同一载荷作用下的变形曲率越大；多层碳纤维具有同一编织角度时，编织角度越大，在同一载荷作用下，其变形曲率越大，且厚度变化范围为0.01mm～2mm。

5.根据权利要求1所述的免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板，其特征在于，所述一体成型的纤维增强复合材料刚性支撑段(1)包含以下纤维中的一种或几种：碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和硼纤维。

6.根据权利要求1所述的免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板，其特征在于，所述复合材料柔性可折叠段(2)的三维变厚度编织布由以下材料中的一种或几种混编纱织造而成：涤纶纤维、尼龙纤维、丙纶纤维、氨纶纤维和腈纶纤维。

7.根据权利要求1所述的免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板，其特征在于，所述复合材料柔性可折叠段(2)的最小弯曲半径为1.5mm，并经预设次数折叠测试后界面分层面积＜5％。

8.根据权利要求1所述的免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板，其特征在于，所述复合材料柔性可折叠段(2)变厚度板的厚度变化单位宽度最小为0.3mm。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的免打孔复合材料可折叠电子屏柔性基板的制造方法，其特征在于，步骤1中采用电子提花技术控制编织图案，在柔性段区域生成满足设计要求的变厚度矩形截面织纹，单层厚度差异为0.02mm～0.1mm。