CN100395096C - 一种玻璃纤维强化塑胶复合结构体的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种玻璃纤维强化塑胶复合结构体的制造方法，其于成形模型上配制数层玻璃纤维及一表面具有沟槽的蕊材，再于其上覆盖一表面具有凹痕的合成树脂薄膜，并将其周边先以黏着剂黏合，使该数层玻璃纤维与该蕊材封入该成形模型与该合成纤维薄膜之间。再藉由以真空袋的真空补助树脂转移法，将液状树脂注入，该液状树脂会沿着蕊材表面的沟槽及合成树脂薄膜表面的压痕流动而注入该数层玻璃纤维中，使该数层玻璃纤维与该蕊材含浸液状树脂。待液状树脂硬化后，该数层玻璃纤维会与该蕊材黏合，并与硬化的液状树脂成为一体。

Description

一种玻璃纤维强化塑胶复合结构体的制造方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃纤维强化塑胶复合结构体的制造方法，尤其涉及一种藉由使用表面具有沟槽的蕊材与表面具有凹痕的合成树脂薄膜制造玻璃纤维强化塑胶复合结构体的方法。此玻璃纤维强化塑胶复合结构体可做为船舶、车辆、海洋浮体、游泳池、飞机、风力发电叶片等的材料使用。

背景技术

公知制作大型玻璃纤维强化塑胶(Fiber Reinforced Plastic，FRP)复合结构体的方法，是藉由真空袋的真空补助树脂转移法来制作。其步骤为，先将含有玻璃纤维及强化塑胶(蕊材)等材料所组成的强化纤维层以真空袋(合成树脂薄膜)覆盖，并将其周边以黏着剂黏合，只于该真空袋的不同侧各留一开口。之后自真空袋的其中一边开口以真空泵浦将气体不断抽出，使真空袋内呈真空状态，之后自真空袋内的另一边开口不断的供应液状树脂，待此强化纤维层中含浸液状树脂后，使此液状树脂硬化，即可制得玻璃纤维强化塑胶复合结构体。

然而，在上述步骤中以真空泵浦抽气时，真空袋会与强化纤维层的表面呈现密合的状态，使得全部的强化纤维层中不易均匀且迅速的含浸液状树脂。为解决此一问题，公知技术是利用在真空袋内形成一通路，随着真空吸引使得液状树脂流入通路，使其能均匀的分配到此强化纤维层的内部。

有关于此通路形成的方法，在公开号为2000-501659的日本专利申请中，曾揭示一种在由发泡树脂等塑胶所构成的蕊材的表面，配置玻璃纤维层，藉由真空补助树脂转移法，使上述玻璃纤维层含浸树脂。为了在上述蕊材的表面形成沟槽使液状树脂可迅速分配至玻璃纤维层，使蕊材和玻璃纤维层一体化时，必须在蕊材表面设置具有数个隆起部的表面上设置有金属网的布质薄片，或设置数个突起状的分配媒体(织布)。

然而，制造上述剥离用薄片或表面上设置有金属网的布质薄片，或设置数个突起状的分配媒体必须花费许多的成本与时间，且这些附加辅助的物品待液状树脂硬化制成玻璃纤维强化塑胶复合结构体后必须将其去除。然而这些废弃的物品一般来说都无法再回收利用，因此这不但增加了制造成本，亦造成了环保问题。

因此，找出一种不需使用这些剥离用薄片或表面上设置有金属网的布质薄片以及设置有数个突起状的分配媒体的制造玻璃纤维强化塑胶复合结构体的方法，便成为本领域技术人员致力研究的课题。

发明内容

本发明的目的，是提供一种不需使用这些剥离用薄片或表面上设置有金属网的布质薄片以及设置有数个突起状的分配媒体的制造玻璃纤维强化塑胶复合结构体的方法。

本发明的另一目的，是提供一种降低玻璃纤维强化塑胶复合结构体制造成本及废弃物数量的方法。

本发明的大型玻璃纤维强化塑胶复合结构体的制造方法，其是藉由使用一表面具有沟槽的蕊材及表面具有压痕的合成树脂薄膜，以公知的真空补助树脂转移法来达到本发明的目的。其步骤包含铺设数层玻璃纤维层于成形模型上，再于此玻璃纤维层上设置一蕊材，于该蕊材上再铺设数层玻璃纤维层，使蕊材位于两玻璃纤维层中，形成一多层结构。

上述多层结构中，位于蕊材上下侧的玻璃纤维层，可依需求分别放置不同层数的玻璃纤维。而表面具有沟槽的蕊材，可以使用公知任何表面设置有沟槽的蕊材，其沟槽的形成方式、沟槽的尺寸及数量，在此并没有特别的限制，只要是可使液状树脂顺畅的于其沟槽内流动即可。蕊材的材料在此亦没有特别的限制，可依需求选用任何公知或未知符合需求的材质。例如，硬质聚氯乙烯是发泡体。

接着，前述由两玻璃纤维层及蕊材所堆叠成的多层结构，于其上铺设一表面具有凹痕的真空袋，再将此表面具有凹痕的真空袋的四周以黏着剂粘合，使该数层玻璃纤维与该蕊材所堆叠成的多层结构封入该成形模型与该合成纤维薄膜之间。真空袋以黏着剂粘合时需于真空袋的不同的两侧边各留一开口，其中一侧边的开口插入一螺旋管，该螺旋管是连接一泵浦以连续供应液状树脂，另一边的开口则连接一真空泵浦，以将真空袋内的空气抽出。之后藉由真空补助树脂转移法，将液状树脂自装设有螺旋管的一端经由螺旋管注入由数层玻璃纤维与该蕊材所堆叠成的多层结构中。该液状树脂会沿着蕊材表面的沟槽及真空袋表面的凹痕流动而得以均匀的散布至最上层的玻璃纤维层的表面，并再进一步流入该数层玻璃纤维中，使该数层玻璃纤维与该蕊材得以充分含浸液状树脂。

待上述步骤中的液状树脂硬化后，该数层玻璃纤维会与该蕊材黏合，并与硬化的液状树脂成为一体，接着再将真空袋与螺旋管去除，此即可制成玻璃纤维强化塑胶复合结构体。

用做于上述的真空袋，可以使用以合成树脂所制成的薄膜，其材质以尼龙材质为较佳。藉由使用比较便宜且耐用的尼龙薄膜，可降低玻璃纤维强化塑胶复合结构体的制造成本，且于真空吸引时不易产生真空袋破裂的情形。

此外，合成树脂薄膜上的凹痕较佳为受压后产生的凹痕，其可藉由受热的滚轮于其上沿压所形成的压痕来制备，当受热的滚轮沿压于合成树脂薄膜上时，合成树脂薄膜的表面会因受热而产生有部分融溶的现象，经沿压后即可于合成树脂薄膜的表面形成一凹痕。此由受热沿压所产生的凹痕表面的合成树脂会较为致密，因此会较原有的合成树脂薄膜坚硬，故于抽真空时不致因真空受压而使其凹痕消失。另外，由于由受热的滚轮来制备压痕的方法极为简便，故不致增加太多的加工步骤及成本。

另外，用做于前述步骤中的螺旋管，可以使用公知或未知任何用于真空补助树脂转移法中的螺旋管，该螺旋管较佳为由塑胶所制成。螺旋管以塑胶制备时，废弃物较易于处理，因若使用塑胶螺旋管时，其与合成树脂薄膜可同时丢弃，不需先将塑胶螺旋管与合成树脂薄膜先行分开再丢弃，可减少废弃物处理的步骤。此外，该螺旋管较佳是与该合成树脂薄膜先行黏合在一起。

所述的制造方法，其中该液状树脂为不饱和聚脂树脂或乙烯酯树脂。

根据本发明的所指出的玻璃纤维强化塑胶复合结构体的制造方法，使用表面具有沟槽的蕊材与表面具有凹痕的合成树脂薄膜，以真空补助树脂转移法使玻璃纤维层含浸液状树脂时，液状树脂除了会于合成树脂薄膜表面的凹痕中流通，均匀的分配涵盖玻璃纤维层表面的各部分外，液状树脂亦会穿过玻璃纤维的孔隙流至蕊材表面，再经由蕊材表面的沟槽均匀的分散在蕊材与玻璃纤维之间，以使液状树脂在不需使用公知的剥离用薄片或表面上设置有金属网的布质薄片的分配媒体的情况下，液状树脂可均匀迅速的分配在蕊材表面的各玻璃纤维层中。藉此可减少废弃物的产生量及处理步骤，同时也减少玻璃纤维强化塑胶复合结构体的制造时间及成本。

本发明将藉由参考下列的实施方式做进一步的说明，但并不限制本发明前面所揭示的内容。本领域的技术人员，可做一些改良与修饰，但仍不脱离本发明的范围。

附图说明

图1为公知以真空补助树脂转移法制造玻璃纤维强化塑胶复合结构体所使用的设备的平面图。

图2为图1中公知装置沿着A-A’截线部分的截面放大图。

图3为根据本发明所述的方法沿着图1中A-A’截线部分的截面放大图。

其中，附图标记说明如下：

1  制造设备

2  成形模型

21 突起部

3  供应装置

31 供应管

32 阀

33 吸引管

34 集合管

35 真空泵浦

4  螺旋管

41 微小缝隙

5  薄膜

6  第一玻璃纤维层

6’第二玻璃纤维层

7  蕊材

71 沟槽

72 贯通孔

8  织布

w  间距

具体实施方式

本发明的目的及所具功效，在此配合附图将本发明较佳实施例做进一步的详细说明如下。

参阅图1，为公知以真空补助树脂转移法制造玻璃纤维强化塑胶复合结构体所使用的设备的平面图的一例。以真空补助树脂转移法制造玻璃纤维强化塑胶复合结构体时，首先需准备一如第一图所示的制造设备1，其主要包含一由玻璃纤维强化塑胶等所做成的成形模型2、一液状树脂供应装置3及一真空泵浦35所组成。其中，成形模型2可根据所欲制成的成品大小形状而调整，在此是以平面形状成矩形状的成形模型2来说明。

其中，液状树脂供应装置3进一步又包含数个连接于供应装置3的供应管31、及位于供应管31中的阀，用以控制液状树脂自供应装置3流入成形模型2中的速度及数量。

又，数个供应管31另一端则插入成形模型2中，并连接一螺旋管4，此螺旋管4延伸越过成形模型2的表面。其中，此螺旋管4表面上具有数个微小隙缝41，用以使液状树脂流经此螺旋管4时，同时可自微小隙缝41流出，而均匀散布至玻璃纤维的表面。

前述的真空泵浦35进一步包含数个吸引管33及一集合管34。此集合管34一端连接于真空泵浦35，另一端则与数个吸引管33相连接。而数个吸引管33的另一端则插入成形模型2中。真空泵浦35吸引空气时，成形模型2中的空气或液状树脂会通过吸引管33而流至集合管34，再于集合管34中将空气与液状树脂分离，空气藉由真空泵浦35排出，而液状树脂则于收集后再回流至供应装置3。

于前述制造设备1中制造玻璃纤维强化塑胶复合结构体时，是先将玻璃纤维与蕊材平铺于成形模型2上之后覆盖一薄膜5，将薄膜的周边与成形模型2边缘的突起部21接合，使其成一密封空间，供应管31与吸引管33则分别于不同侧插入成形模型2与薄膜5所形成的密闭空间中。

待配置妥后，启动真空泵浦35，将成形模型2与薄膜5所形成的密闭空间中的空气流经吸引管33与集合管34抽离，使其成为真空状态。之后，打开阀32使液状树脂自供应装置3流经供应管31注入螺旋管4中，之后再经由螺旋管4上的微小隙缝41流出至玻璃纤维的表面，使玻璃纤维与蕊材所形成的强化纤维层含浸液状树脂。待液化树脂硬化后即可制得一玻璃纤维强化塑胶复合结构体。

公知技术于制作玻璃纤维强化塑胶复合结构体时，玻璃纤维、蕊材、织网、螺旋管与薄膜的堆叠情形，如图2所示。图2为图1中公知装置沿着A-A’截线部分的截面放大图。制作玻璃纤维强化塑胶复合结构体时先于成形模型2上铺设数层玻璃纤维以形成第一玻璃纤维层6，于第一玻璃纤维层6上再铺设一蕊材7，于蕊材7上再铺设一由数层玻璃纤维所组成的第二玻璃纤维层6’，于第二玻璃纤维层6’上再铺设一用以分配液状树脂的织网8，于织网8上在设置数条螺旋管4，最后再于最上方铺设一薄膜5，将此薄膜的周边与成形模型2的突起部21粘合，使成形模型2与薄膜5之间形成一密闭空间。制造玻璃纤维强化塑胶复合结构体时，液状树脂会经由螺旋管4流至第二玻璃纤维层6’的表面，之后藉由织网8于第二玻璃纤维层6’表面所形成的通道，均匀的散布至第二玻璃纤维层6’的表面。之后液状树脂再通过玻璃纤维的孔隙流至蕊材7表面，经由蕊材7表面的沟槽71而得以均匀的散布至蕊材7的表面，之后再经由贯通孔72流至蕊材7的另一表面，而使第一玻璃纤维层6得以均匀的含浸液状树脂。

使用上述公知方法时，于液状树脂硬化后，需将织网8、螺旋管4与薄膜5自成形的玻璃纤维强化塑胶复合结构体表面剥离并丢弃。一般使用的螺旋管大多为金属材质，于丢弃时必须先将螺旋管与织网8及薄膜5分离后分别丢弃，处理上十分的麻烦。

根据本发明所指出的方法，则是将数层玻璃纤维先铺设于成形模型2上以形成第一玻璃纤维层6，于第一玻璃纤维层6上再铺设一蕊材7，于蕊材7上再铺设一由数层玻璃纤维所组成的第二玻璃纤维层6’，于第二玻璃纤维层6’上直接设置数条螺旋管4，最后再于最上方铺设一薄膜5，将此薄膜的周边与成形模型2的突起部21粘合，使成形模型2与薄膜5之间形成一密闭空间。其中，蕊材7可使用公知或未知的任何蕊材7，只要表面具有沟槽71，厚度方向具有贯通孔72，可使液状树脂得以在蕊材表面上流通，并自其中一表面流至另一表面即可。薄膜5为表面具有数条纵向与横向凹痕，以使液状树脂得以于其中流通即可。此凹痕较佳是由加热的滚轮于其上沿压而得，因由受热沿压所产生的凹痕表面的合成树脂会较为致密，因此会较原有的合成树脂薄膜坚硬，故于抽真空时不致因真空受压而使其凹痕消失。另外，由于由受热的滚轮来制备压痕的方法极为简便，故不致增加太多的加工步骤及成本。

根据本发明所指出的方法，液状树脂经由螺旋管注入第二玻璃纤维层6’时，液状树脂会经由薄膜5表面的凹痕流通至第二玻璃纤维层6’的表面并均匀的散布。此时便不需要藉由图2中公知的织布8来分配液状树脂，减少废弃物的产生量。此外，为便于之后废弃物的处理，螺旋管4的材质较佳为塑胶材质，因塑胶材质的螺旋管于制作完成后，去除螺旋管与薄膜时，不需将此二者分离再分别丢弃，也由于此二者为相近的材质，因此可一起丢弃，减少废弃物处理上的困扰。此外，为避免于液状树脂注入螺旋管时，螺旋管会有位移的情形发生，因此螺旋管较佳是先黏合固定于薄膜上。

于本发明所述的方法中，为使液状树脂得以均匀分配，螺旋管4间的间距w(图1)为300～1000mm，较佳为400～600mm。

Claims (7)

1.一种玻璃纤维强化塑胶复合结构体的制造方法，其步骤包含：

设置一由数层玻璃纤维与芯材所堆叠成的多层结构体于制造设备的成形模型上；

设置数条螺旋管于该多层结构体上；

以合成树脂薄膜覆盖该多层结构体；

将该合成树脂薄膜中的空气以真空泵吸出；

注入液状树脂，使该液状树脂分配至该多层结构体的各部分；及

待该液状树脂硬化后，去除该螺旋管与该合成树脂薄膜，

其中，该芯材表面与该合成树脂薄膜表面分别具有数条沟槽及数条凹痕，以使液状树脂得以于其中流通，所述凹痕是通过滚轮加热沿压而制得。

2.如权利要求1所述的制造方法，其中该合成树脂薄膜为尼龙薄膜。

3.如权利要求1所述的制造方法，其中该螺旋管管壁上具有供液状树脂流出的微小隙缝。

4.如权利要求3所述的制造方法，其中该螺旋管是由塑胶材质所制成。

5.如权利要求4所述的制造方法，其中该螺旋管是预先黏接固定于该合成树脂薄膜上。

6.如权利要求1所述的制造方法，其中该液状树脂为不饱和聚酯树脂。

7.如权利要求1所述的制造方法，其中该液状树脂为乙烯基酯树脂。

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