CN101856871A - 复合材料成品及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关一种复合材料成品及其制造方法，是依据成品的功能性需求，使每一纤维层分别选用及含浸一结合剂，使至少二层以上的纤维层依序经排列、加热加压、冷却、裁切、加热软化，及模压成形后，制成一成品。借此，依据成品的功能性需求，选择适合的结合剂，使本发明可以利用前述制造过程，完成前述纤维层的结合与塑形，大幅缩减制程时间，及有效提升经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料，特别是涉及一种复合材料成品及其制造方法。
背景技术
以中国台湾公告第590888号“塑性复合材料以及复合材料制品的制造方法”发明申请案、公告第572825号“成型复合材料制品的方法及该复合材料”发明申请案、公告第512830号“具高界面强度的纤维复合材料及以该复合材料为结构材的物件”发明申请案为例，主要都是以数个材料层加热加压形成一复合材，且前述材料层上可借由涂布一功能性涂层，如TPU薄膜层(热可塑性聚胺基甲酸乙酯树脂，Thermoplastic Polyurethane)，提供该成品一光滑的表面。
但是，前述材料层只有纤维材料可以利用含浸的方式，预浸有粘结剂，因此，各个材料层间如果要能相互结合，除了相邻该纤维层的材料层外，就必须再另外涂布粘结剂，再加上前述功能性涂层(TPU薄膜层)的程序，不但会增加制造过程的复杂性，且会提升制造过程时间，而大幅降低生产效率，相当不符合经济效益。
发明内容
本发明的目的是在提供一种可以有效缩短制造过程时间的复合材料成品及其制造方法。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种复合材料成品的制造方法，其特征在于包含下列步骤：步骤1：备置至少二纤维层；步骤2：依据成品的功能性需求，使每一纤维层分别选用及含浸一结合剂；步骤3：排列前述纤维层；步骤4：加热加压前述纤维层，使至少一纤维层的结合剂热融，而与相邻纤维层粘结为一平板材；步骤5：冷却该平板材；步骤6：裁切该平板材为至少一预形材；步骤7：加热软化该预形材；以及步骤8：模压该预形材形成该成品。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，前述的复合材料成品的制造方法，其中所述的纤维层可以是碳纤维、玻璃纤维、聚酯纤维(polyester fiber)、尼龙纤维、克维拉纤维(Kevlar fiber)、棉织纤维其中一种。
较佳地，前述的复合材料成品的制造方法，其中所述的纤维层是以纤维材料与金属材料交织而成。
较佳地，前述的复合材料成品的制造方法，其中所述的结合剂可以是环氧树脂、酚醛树脂、压克力树脂、热可塑性聚胺基甲酸乙酯树脂(Thermoplastic Polyurethane，TPU)、尼龙树脂、ABS树脂(AcrylonitrileButadiene Styrene)、聚碳酸酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、沙林离子化树脂(Surlyn)、嵌段聚醚酰胺树脂(PEBAX)其中一种及此等的一组合。
较佳地，前述的复合材料成品的制造方法，其中所述的成品依据选用的结合剂，区分为硬塑性成品、软塑性成品，及半硬塑性成品其中一种。
较佳地，前述的复合材料成品的制造方法，其中所述的步骤4的加热温度是介于60～180℃。
较佳地，前述的复合材料成品的制造方法，其中所述的步骤4的加压压力是介于5～200kg/cm2。
较佳地，前述的复合材料成品的制造方法，其中所述的步骤4的加热加压时间是介于1～50分钟。
较佳地，前述的复合材料成品的制造方法，其中所述的步骤5的冷却时间是介于15～40分钟。
较佳地，前述的复合材料成品的制造方法，其中所述的步骤7是以烘烤的方式加热该预形材，且烘烤温度是介于100～190℃。
较佳地，前述的复合材料成品的制造方法，其中所述的步骤7的烘烤时间是介于15～200秒。
较佳地，前述的复合材料成品的制造方法，其中所述的步骤8的模压压力是介于3～130kg/cm2。
较佳地，前述的复合材料成品的制造方法，其中所述的步骤8的模压时间是介于15～200秒。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种复合材料成品，其包含：至少二纤维层，是依据成品的功能性需求，分别选用及含浸有一结合剂，使前述纤维层分别通过该结合剂结合为一体。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，前述的复合材料成品，其中所述的纤维层可以是碳纤维、玻璃纤维、聚酯纤维(polyester fiber)、尼龙纤维、克维拉纤维(Kevlar fiber)、棉织纤维其中一种。
较佳地，前述的复合材料成品，其中所述的纤维层是以纤维材料与金属材料交织而成。
较佳地，前述的复合材料成品，其中所述的结合剂可以是环氧树脂、酚醛树脂、压克力树脂、热可塑性聚胺基甲酸乙酯树脂(ThermoplasticPolyurethane，TPU)、尼龙树脂、ABS树脂(Acrylonitrile ButadieneStyrene)、聚碳酸酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、沙林离子化树脂(Surlyn)、嵌段聚醚酰胺树脂(PEBAX)其中一种及此等的一组合。
较佳地，前述的复合材料成品，其中，前述纤维层依据选用的结合剂，制成硬塑性成品、软塑性成品，及半硬塑性成品其中一种。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明复合材料成品及其制造方法至少具有下列优点及有益效果：本发明的功效是能依据成品的功能性需求，以纤维层含浸结合剂，达到缩短制程时间的目的。
综上所述，本发明是有关一种复合材料成品及其制造方法，是依据成品的功能性需求，使每一纤维层分别选用及含浸一结合剂，使至少二层以上的纤维层依序经排列、加热加压、冷却、裁切、加热软化，及模压成形后，制成一成品。借此，依据成品的功能性需求，选择适合的结合剂，使本发明可以利用前述制造过程，完成前述纤维层的结合与塑形，大幅缩减制程时间，及有效提升经济效益。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一复合材料成品及其制造方法的一较佳实施例的流程图。
图2是该较佳实施例中从备料到冷却的示意图。
图3是该较佳实施例中从裁切到完成成品的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的复合材料成品及其制造方法其具体实施方式、结构、步骤、特征及其功效进行详细说明。
请参阅图1、图2，及图3所示，分别是本发明一复合材料成品及其制造方法的一较佳实施例的流程图、该较佳实施例中从备料到冷却的示意图以及该较佳实施例中从裁切到完成成品的示意图。
本发明较佳实施例的复合材料成品3，包含：二层以上的纤维层31、32，及分别渗透前述纤维层31、32且相互粘结的二结合剂33、34。
前述纤维层31、32在本较佳实施例是以纤维材料交织而成。也可以是纤维材料与金属材料交织而成。前述纤维材料可以是碳纤维、玻璃纤维、聚酯纤维(polyester fiber)、尼龙纤维、克维拉纤维(Kevlar fiber)、棉织纤维其中一种。前述金属材料可以是由钛、白铁、铜、铁铝其中一种编织而成的网状物。
前述结合剂33、34可以是环氧树脂、酚醛树脂、压克力树脂、热可塑性聚胺基甲酸乙酯树脂(Thermoplastic Polyurethane，TPU)、尼龙树脂、ABS树脂(Acrylonitrile Butadiene Styrene)、聚碳酸酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、沙林离子化树脂(Surlyn)、嵌段聚醚酰胺树脂(PEBAX)、硬聚胺酯弹性树脂其中一种及此等的一组合
以下即针对本发明复合材料成品的制造方法并结合实施例步骤说明如后：
步骤41：备置二层以上的纤维层31、32。
步骤42：依据成品3的功能性需求，使每一纤维层31、32分别选用及含浸结合剂33、34。
值得一提的是，该成品3可以依据选用的结合剂33、34，区分为硬塑性成品、软塑性成品，及半硬塑性成品其中一种。
以硬塑性成品为例，如手机外壳、笔记本电脑外壳，主要特性为高刚性、轻量化、耐疲劳性佳、形状回复性佳，因此，可以选用碳纤维编织布加环氧树脂为第一层纤维层及其结合剂，选用单向碳纤布加环氧树脂为第二层纤维层及其结合剂，及选用碳纤维编织布加环氧树脂为第三层纤维层及其结合剂。
以半硬塑性成品为例，如专用鞋、握柄，主要特性为耐冲击性、耐疲劳性佳、轻量化，因此，可以选用尼龙纤维加嵌段聚醚酰胺树脂为第一层纤维层及其结合剂，选用玻璃纤维电镀布加环氧树脂为第二层纤维层及其结合剂，选用玻璃纤维布加环氧树脂为第三层纤维层及其结合剂，选用玻璃纤维布加环氧树脂为第四层纤维层及其结合剂，及选用尼龙纤维加嵌段聚醚酰胺树脂(PEBAX)为第五层纤维层及其结合剂。
以软塑性成品为例，如手套、保护套，主要特性为耐冲击性，因此，可以选用聚酯纤维加热可塑性聚胺基甲酸乙酯树脂为第一层纤维层及其结合剂，选用聚酯纤维加硬聚胺酯弹性树脂为第二层纤维层及其结合剂。
步骤43：排列前述纤维层31、32，使前述纤维层31、32以横向或纵向层层叠合。
步骤44：以一对热压平板51、52加热加压前述纤维层31、32为一平板材30。
由于每一纤维层31、32分别含浸有结合剂33、34，因此，在加热过程中，只要其中一结合剂33(或结合剂34)热融，就可与相邻纤维层31(或纤维层32)结合，当然，也可以预设一共融温度，使结合剂33、34在初始的共融状态下相互结合。值得一提的是，依据前述平板材30的大小、厚度，前述加热温度是介于60～180℃，加压压力是介于5～200kg/cm2，加热加压时间是介于1～50分钟。
步骤45：冷却该平板材30。值得一提的是，前述冷却时间是介于15～40分钟。
步骤46：依据成品3的形状，裁切该平板材30为至少一预形材30’。
步骤47：以一烤箱53烘烤软化该预形材30’。
值得一提的是，前述烘烤温度是介于100～190℃，烘烤时间是介于15～200秒。
步骤48：以一对模具54、55模压该预形材30’。
值得一提的是，前述模压压力是介于3～130kg/cm2，模压时间是介于15～200秒。
步骤49：制成该成品3。
据上所述可知，本发明的复合材料成品及其制造方法具有下列优点及功效：
本发明可以依据成品3的功能性需求，预先含浸适合的结合剂33、34，使本发明在不需要额外涂布薄膜或粘结剂的情形下，可以利用前述制造过程，快速的完成前述纤维层31、32的结合与塑形，而能大幅缩减制造过程时间，及有效提升产能及经济效益。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (18)
1.一种复合材料成品的制造方法，其特征在于包含下列步骤：
步骤1：备置至少二纤维层；
步骤2：依据成品的功能性需求，使每一纤维层分别选用及含浸一结合剂；
步骤3：排列前述纤维层；
步骤4：加热加压前述纤维层，使至少一纤维层的结合剂热融，而与相邻纤维层粘结为一平板材；
步骤5：冷却该平板材；
步骤6：裁切该平板材为至少一预形材；
步骤7：加热软化该预形材；以及
步骤8：模压该预形材形成该成品。
2.如权利要求1所述的复合材料成品的制造方法，其特征在于，该纤维层是碳纤维、玻璃纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、克维拉纤维或棉织纤维。
3.如权利要求2所述的复合材料成品的制造方法，其特征在于，该纤维层是以纤维材料与金属材料交织而成。
4.如权利要求1所述的复合材料成品的制造方法，其特征在于，该结合剂选自环氧树脂、酚醛树脂、压克力树脂、热可塑性聚胺基甲酸乙酯树脂、尼龙树脂、ABS树脂、聚碳酸酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、沙林离子化树脂、嵌段聚醚酰胺树脂所组成的群组中的一种或一组合。
5.如权利要求4所述的复合材料成品的制造方法，其特征在于，该成品依据选用的结合剂，区分为硬塑性成品、软塑性成品或半硬塑性成品。
6.如权利要求1所述的复合材料成品的制造方法，其特征在于，该步骤4的加热温度是介于60～180℃。
7.如权利要求1所述的复合材料成品的制造方法，其特征在于，该步骤4的加压压力是介于5～200kg/cm2。
8.如权利要求1所述的复合材料成品的制造方法，其特征在于，该步骤4的加热加压时间是介于1～50分钟。
9.如权利要求1所述的复合材料成品的制造方法，其特征在于，该步骤5的冷却时间是介于15～40分钟。
10.如权利要求1所述的复合材料成品的制造方法，其特征在于，该步骤7是以烘烤的方式加热该预形材，且烘烤温度是介于100～190℃。
11.如权利要求1所述的复合材料成品的制造方法，其特征在于，该步骤7的烘烤时间是介于15～200秒。
12.如权利要求1所述的复合材料成品的制造方法，其特征在于，该步骤8的模压压力是介于3～130kg/cm2。
13.如权利要求1所述的复合材料成品的制造方法，其特征在于，该步骤8的模压时间是介于15～200秒。
14.一种复合材料成品，其特征在于其包含：
至少二纤维层，是依据成品的功能性需求，分别选用及含浸有一结合剂，使前述纤维层分别通过该结合剂结合为一体。
15.如权利要求14所述的复合材料成品，其特征在于，该纤维层是碳纤维、玻璃纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、克维拉纤维或棉织纤维。
16.如权利要求14所述的复合材料成品，其特征在于，该纤维层是以纤维材料与金属材料交织而成。
17.如权利要求14所述的复合材料成品，其特征在于，该结合剂选自环氧树脂、酚醛树脂、压克力树脂、热可塑性聚胺基甲酸乙酯树脂、尼龙树脂、ABS树脂、聚碳酸酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、沙林离子化树脂、嵌段聚醚酰胺树脂所组成的群组中的一种或一组合。
18.如权利要求17所述的复合材料成品，其特征在于，前述纤维层依据选用的结合剂，制成硬塑性成品、软塑性成品或半硬塑性成品。
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