CN102049895A - 连续性纤维积层板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续性纤维积层板及其制备方法，特别指一种可增加厚度、且可降低成本的连续性纤维积层板，其将连续性强化纤维或纤维布的纤维层含浸有热塑性树脂，并形成一连续性强化的纤维积层体，将一个或两个以上的纤维积层体与一个或两个以上的热塑性树脂片相隔对称夹置堆叠在一起，并经加热压合熔融成一复合的连续性纤维积层板，通过上述设计，使该复合的热塑性纤维积层板可被连续式的制程方法再入模加热型塑，型塑出来的壳体经修边后，形成连续性强化纤维复合积层体的机壳。该纤维积层板的断面纵向树脂量达到连续性强化纤维积层板的板厚增厚、刚性提升的目的，同时能降低材料的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续性强化纤维积层体的制备技术，具体涉及一种刚性佳、且成本低的连续性纤维积层板及其制备方法，能提升制程的稳定性与品质，同时在板厚增厚下，可降低材料成本。
背景技术
随着材料技术的发展与多样化，传统上电子设备或装置的外部机壳由早期的厚重的金属演变成轻薄的塑胶类制品，由于塑胶类制品的可塑性高，因此这类机壳可利用各种镀覆或涂覆或绘饰等表面处理技术形成各种仿真外观与触感，如金属的亮冷感、皮革外观、木纹外观等，以满足人们追求个人特色的需求。但是，由于塑胶材料的特性并不耐磨、也不耐冲击，因此直接影响到该电子设备或装置的使用稳定性与寿命，更甚者近年来各种可携式电子设备或装置所引发的电磁波可能影响人体健康的疑虑，因此业界无不开始追求更具耐冲击力、防电磁波，且可被回收处理再利用并减少石化树脂用量的材料，以期符合全球的环保要求以及相关产业的需求。
目前，连续性强化纤维积层业界所使用的材料有碳纤维【Carbon Fiber】、玻璃强化纤维【Glass Fiber】、聚酯纤维【Polyester】及芳香族聚酰胺类纤维【Kevlar】等，而连续性强化纤维一般是连续性强化纤维经热固性树脂【如Epoxy】的预浸处理，使得热固性树脂包覆纤维表面，由人工将未熟化【curing】的热固性树脂【如Epoxy】含浸入连续性强化纤维积层铺陈在模具内，再由适当机械装置加热、抽真空熟化【curing】成固定形状或将纤维积层在模具内热压塑型，加热使热固性树脂熟化，熟化后的热固性塑胶可紧紧的将连续性强化纤维扣入树脂中，形成一连续性强化纤维积层体。可利用熟化后的热固性塑胶与纤维间的复合界面提升材料刚性与吸收外来的冲击力能量，进而形成高耐冲击力的结构。但是，热固性树脂【如Epoxy】也是一种废弃物很难回收处理并无法重复回收使用【Non-recyclable】的树脂，而且，塑型熟化过程耗时耗能，塑型成品表面易残留凹陷坑洞，不仅造成外观缺失，必须人工修补打磨，也带来结构强度影响之虑。同时前述制作技术中，普遍上连续性强化纤维积层体多数采用以热固性树脂为含浸树脂，热固性树脂的特性一旦经胶化过后无法再直接与其他树脂片材以再加热压合熔融成一体，须靠涂布界面剂或胶与既有的连续性强化纤维积层体作假性粘贴，制程品质既不稳定亦不可靠。
且在现有技术中，基于连续性强化纤维在一次含浸树脂时只能有一个程度的含胶量，一般制程合理值约为45％～58％的含胶量，只能靠多叠入连续性强化纤维积层体来达到一定的板厚要求与刚性需求，这也形成成本的负担。又或在一次含浸树脂时无法达到含浸完全，而时有部分连续性强化纤维含胶不足或缺胶，这也会形成刚性强度衰减或不平均。再者现有连续性强化纤维积层体层层堆叠时难免有未完全均匀分布而形成些微透光性，影响其遮蔽效果，造成电子设备或装置内易受光影响的元件动作不稳定或损坏，故有待进一步的改良。
发明内容
本发明人针对上述现有纤维积层体在制程中及使用时所面临的问题深入探讨，并借由多年从事相关产业研发与制造经验积极寻求解决之道，经不断地努力研究与试验，终于成功的开发出一种连续性纤维积层板及其制备方法，以解决现有技术无法兼具板厚强度、量产简易化与成本的不便与困扰。
本发明的主要目的在提供一种连续性纤维积层板的制备方法，其是将含浸有塑性树脂的连续性强化纤维积层体的堆叠结构里夹入单层或复数层的热塑性树脂片，无需另加涂界面剂或粘着剂，只须依相对对称的叠合的连续性强化纤维积层体间夹入，并施以加热压合的制造方法，使其可以将所有堆叠层按照排列而熔融成为一体复合的连续性纤维积层板。
本发明主要通过下列的技术手段，来具体实现本发明的目的，其制备方法包含有；
一含浸的步骤，将由连续性纤维或纤维布含浸于热塑性树脂内，进而形成含浸有热塑性树脂的连续性纤维层；
一夹置堆叠的步骤，将一个或两个以上的微胶化过的连续性的强化纤维层夹置一个或两个以上的热塑性树脂片；
一热压胶化的步骤，将前述堆叠好的一个或两个以上连续性强化纤维层与夹入的一个或两个以上的热塑性树脂片以热压技术在60℃～150℃下进行热压胶化，使纤维层内的热塑性树脂可再胶化、并与热塑性树脂片熔融形成一体的连续性强化复合状纤维积层板，
作为优选，上述含浸的步骤中的纤维层的连续性纤维或纤维布为碳纤维、玻璃纤维、石棉纤维、工程塑胶纤维或天然纤维中的任意一种。
作为优选，上述含浸的步骤中的热塑性树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙丁二醇酯、聚醚醚酮或聚醚酰亚胺中的任意一种。
上述含浸步骤之后还包括一微胶化烘烤的步骤，其是在40℃～80℃下进行烘烤，使含浸的连续性纤维层的热塑性树脂微胶化，而形成连续性的强化纤维层。
作为优选，上述夹置堆叠的步骤中的热塑性树脂片包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙丁二醇酯、聚醚醚酮或聚醚酰亚胺中的任意一种。上述热塑性树脂片为上述任一树脂添加一填充材料而成的合成树脂，其中填充材料包括滑石粉、碳纤维或玻璃纤维中的任意一种。
本发明的另一主要目的在于提供一种连续性纤维积层板，其能增加连续性强化纤维积层板的断面纵向树脂量以达成连续性强化纤维积层板的板厚增厚、刚性提升，进而亦可达到降低材料成本的效益。
本发明提供的一种连续性纤维积层板，当制作多层的连续式强化纤维积层体组合而成的连续性强化纤维积层薄板时，夹入的热塑性树脂片材可适当的增加复合板材的刚性强度，并替代一层或复数层的连续性强化纤维积层体以达成材料成本降低，并具有当连续性强化纤维积层体层层堆叠时难免有未完全均匀分布而形成些微透光性，此夹入的树脂片可采深黑色树脂片，以增加遮蔽性。
该连续性纤维层板可当作机构外壳或保护罩，其包含有：
一个或两个以上的纤维层，其是由连续性纤维或纤维布含浸热塑性树脂而成；
一个或两个以上的热塑性树脂片，
将前述堆叠好的一个或两个以上连续性强化纤维层与夹入的一个或两个以上的热塑性树脂片以热压技术进行热压胶化。
作为优选，上述纤维层含浸的热塑性树脂为自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙丁二醇酯、聚醚醚酮或聚醚酰亚胺中的任意一种。
作为优选，上述纤维层的纤维或纤维布为碳纤维、玻璃纤维、石棉纤维、工程塑胶纤维或天然纤维中的任意一种。
作为优选，上述热塑性树脂片包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙丁二醇酯、聚醚醚酮或聚醚酰亚胺中的任意一种。上述热塑性树脂片为上述任一树脂添加一填充材料而成的合成树脂，其中填充材料包括滑石粉、碳纤维或玻璃纤维中的任意一种。
通过本发明上述技术手段的展现，使得本发明的热塑性的纤维积层板可被连续式的制程工法再入模加热型塑，而型塑出来的壳体经机械修边后，供形成连续性强化纤维复合积层体的机壳。
本发明实现了下述有益效果：该纤维积层板的断面纵向树脂量达到连续性强化纤维积层板的板厚增厚、刚性提升，同时降低材料成本的目的，同时能增加遮蔽性，并可避免在热压胶化时连续性强化纤维积层板的机械张力不均所产生的翘曲现象。
附图说明
图1：本发明的连续性纤维积层板第一实施例的结合总成示意图。
图2：本发明的连续性纤维积层板第二实施例的结合总成示意图。
图3：本发明的连续性纤维积层板第三实施例的结合总成示意图。
图4：本发明的连续性纤维积层板第四实施例的结合总成示意图。
上述附图中的标号说明：
10纤维层； 20热塑性树脂片
具体实施方式
本发明是一种连续性纤维积层板及其制备方法，附图所示的本发明连续性纤维积层板的具体实施例及其构件中，所有关于前与后、左与右、顶部与底部、上部与下部、以及水平与垂直的参考，仅用于方便进行描述，并非限制本发明，亦非将其构件限制于任何位置或空间方向。图式与说明书中所指定的尺寸，当可在不离开本发明的范围内，根据本发明的具体实施例的设计与需求而进行变化。
而关于本发明连续性纤维积层板的制备方法，其至少包含有一含浸、一夹置堆叠及一热压胶化等步骤，而形成一种连续性纤维积层板；
有关本发明的详细制备方法及其构成，请参看附图1-4所示：
首先，进行含浸的步骤，其是将由连续性纤维或纤维布含浸于热塑性树脂内，进而形成含浸有热塑性树脂的连续性纤维层10，并使热塑性树脂可完全填充连续性纤维层20表面与内部缝隙。该含浸处理步骤的实施方式可采用滚轮带动卷筒状的连续性纤维或纤维布，以浸泡在装有热塑性树脂的处理槽中，并带离开该处理槽，使连续性纤维或纤维布形成具有热塑性树脂，而形成如附图1-4所示的含浸有热塑性树脂的连续性纤维层10。其中，连续性纤维层10的连续性纤维或纤维布可以选自但不局限于：碳纤维、玻璃纤维、石棉纤维、工程塑胶纤维或天然纤维中的任意一种。而热塑性树脂选自但不局限于：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物【Acrylonitrile-Butadiene-Styrene，ABS】、聚苯乙烯【Polystyrene，PS】、聚碳酸酯【Polycarbonate，PC】、聚乙烯【Polyethylene，PE】、丙烯腈-苯乙烯共聚物【Acrylonitrile-Styrene，AS】、聚甲基丙烯酸甲酯【Polymethylmethacrylate，PMMA】、聚对苯二甲酸乙二醇酯【PolyethyleneTerephthalate，PET】、聚酰胺【Polyamide，PA】、聚对苯二甲酸乙丁二醇酯【Polybothlene Terephthalate，PBT】、聚醚醚酮【Polyether Ether Ketone，PEEK】或聚醚酰亚胺【Polyetherimide，PEI】中的任意一种。
在含浸步骤之后可增加一微胶化烘烤的步骤，其是在温度40～80℃下进行烘烤，使含浸的连续性纤维层10的热塑性树脂微胶化，而形成连续性的强化纤维层10；
之后，进行夹置堆叠的步骤，其是将一个或两个以上的微胶化过的连续性的强化纤维层10依设计所需的层数中、依堆积层的排列对称性夹置入一个或两个以上的热塑性树脂片20。第一实施例，如附图1为一个纤维层10夹置于两个热塑性树脂片20之间；第二实施例，如附图2为两个纤维层10夹置一个热塑性树脂片20；第三实施例，如附图3为三个纤维层10间隔夹置两个热塑性树脂片20；第四实施例，如附图4为四个纤维层10间隔夹置三个热塑性树脂片20。其中热塑性树脂片20选自但不局限于：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物【Acrylonitrile-Butadiene-Styrene，ABS】、聚苯乙烯【Polystyrene，PS】、聚碳酸酯【Polycarbonate，PC】、聚乙烯【Polyethylene，PE】、丙烯腈-苯乙烯共聚物【Acrylonitrile-Styrene，AS】、聚甲基丙烯酸甲酯【Polymethylmethacrylate，PMMA】、聚对苯二甲酸乙二醇酯【Polyethylene Terephthalate，PET】、聚酰胺【Polyamide，PA】、聚对苯二甲酸乙丁二醇酯【Polybothlene Terephthalate，PBT】、聚醚醚酮【Polyether Ether Ketone，PEEK】或聚醚酰亚胺【Polyetherimide，PEI】中的任意一种。热塑性树脂片20为该任一前述树脂添加一填充材料而成的合成树脂【Alloy Resin】，且其中填充材料包括滑石粉【Talc】、碳纤维【Carbon Fiber】以及玻璃纤维【Glass Fiber】中的任意一种；
接着，进入热压胶化的步骤，其系将前述堆叠好的一个或两个以上连续性强化纤维层10与夹入的一个或两个以上的热塑性树脂片20以油压热压机在温度60℃～150℃下进行热压胶化，使纤维层10内的热塑性树脂可再胶化、并与热塑性树脂片20熔融形成一体的连续性强化复合状纤维积层板。
透过前述的设计，本发明不仅可简化制程，且本发明能提供一种在一个或两个以上的连续性强化纤维层10堆叠组合而成的复合纤维积层板中夹置入热塑性树脂片20，以达到增加树脂量、减层连续性强化纤维积层体、维持一定刚性强度与降低材料成本等目的。
本发明是由于连续性强化纤维积层板、夹入的热塑性树脂片20与最后射出成型加工的树脂均为热塑性树脂，它们之间的每一道制程加工都无须另加界面剂与粘胶做强制假性结合，即可以再加热压合而达到熔融为一体。而且，由于是热塑性树脂所组合而成的复合连续性强化纤维积层板，当在废弃后可再被回收使用。
本发明在制作多层状的连续式强化纤维积层体组合而成的连续性强化纤维积层薄板时，另夹入的热塑性树脂片20，除能提升复合板材的刚性强度外，还能采用黑色的热塑性树脂片20，以增加遮蔽性。
同时本发明包括将半胶化过的含浸有热塑性树脂的连续性强化纤维层10在堆叠组成复合的强化纤维积层板时，以类似三明治手法将热塑性树脂片20夹置入已含浸热塑性树脂并半胶化过的连续性强化纤维层10的层与层之间。当在堆叠组合复数层的连续性强化纤维积层板时，并必须是依堆叠立向组合的相对对称性排列置夹入热塑性树脂片20，以达到连续性强化纤维在立向的排列是对称性排列，进而避免在热压胶化时，因连续性强化纤维积层板的机械张力不均而产生翘曲的现象。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (13)
1.一种连续性纤维积层板的制备方法，其特征在于，包含有：
一含浸的步骤，将连续性纤维或纤维布含浸于热塑性树脂内，进而形成含浸有热塑性树脂的连续性纤维层；
一夹置堆叠的步骤，将一个或两个以上的微胶化过的连续性纤维层夹置一个或两个以上的热塑性树脂片；
一热压胶化的步骤，将所述堆叠好的一个或两个以上连续性强化纤维层与夹入的一个或两个以上的热塑性树脂片以热压技术在60℃～150℃下热压胶化，使纤维层内的热塑性树脂可再胶化、并与热塑性树脂片熔融形成一体的连续性强化复合状纤维积层板。
2.根据权利要求1所述的连续性纤维积层板的制备方法，其特征在于，所述含浸的步骤中的纤维层的连续性纤维或纤维布为碳纤维、玻璃纤维、石棉纤维、工程塑胶纤维或天然纤维中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的连续性纤维积层板的制备方法，其特征在于，所述含浸的步骤中的热塑性树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙丁二醇酯、聚醚醚酮或聚醚酰亚胺中的任意一种
4.根据权利要求1所述的连续性纤维积层板的制备方法，其特征在于，所述含浸步骤之后增加一微胶化烘烤的步骤，其是在40℃～80℃进行烘烤，使含浸的连续性纤维层的热塑性树脂微胶化，而形成连续性的强化纤维层。
5.根据权利要求1所述的连续性纤维积层板的制备方法，其特征在于，所述夹置堆叠的步骤中的热塑性树脂片包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙丁二醇酯、聚醚醚酮或聚醚酰亚胺中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的连续性纤维积层板的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂片为添加一填充材料而成的合成树脂。
7.根据权利要求6所述的连续性纤维积层板的制备方法，其特征在于，所述填充材料包括滑石粉、碳纤维或玻璃纤维中的任意一种
8.根据权利要求1所述方法制备的连续性纤维积层板，其特征在于，所述纤维积层板包含有：
一个或两个以上的纤维层，其是由连续性纤维或纤维布含浸热塑性树脂而成；
一个或两个以上的热塑性树脂片；
将所述堆叠好的一个或两个以上连续性强化纤维层与夹入所述的一个或两个以上的热塑性树脂片以热压技术进行热压胶化，得到结合成一体的连续性纤维积层板的成品。
9.根据权利要求8的连续性纤维积层板，其特征在于，所述纤维层含浸的热塑性树脂为自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙丁二醇酯、聚醚醚酮或聚醚酰亚胺中的任意一种。
10.根据权利要求8所述的连续性纤维积层板，其特征在于，所述纤维层的纤维或纤维布为碳纤维、玻璃纤维、石棉纤维、工程塑胶纤维或天然纤维中的任意一种。
11.根据权利要求8所述的连续性纤维积层板，其特征在于，所述热塑性树脂片包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙丁二醇酯、聚醚醚酮或聚醚酰亚胺中的任意一种。
12.根据权利要求8或11所述的连续性纤维积层板，其特征在于，所述热塑性树脂片为添加一填充材料而成的合成树脂。
13.根据权利要求12所述的连续性纤维积层板，其特征在于，所述填充材料包括滑石粉、碳纤维或玻璃纤维中的任意一种。
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