CN103442888A - 一种复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以热塑性材料覆盖编织物的复合材料及其制备方法。本发明提供的复合材料包含一编织物及一热塑性材料,其中所述编织物具有一上侧、一下侧及多个连接所述上侧及所述下侧的空隙,且所述热塑性材料覆盖所述上侧及所述下侧并填入所述空隙。本发明提供的复合材料的制备方法包含制备一编织物,具有一上侧、一下侧及多个连接所述上侧及所述下侧的空隙;置放一上箔片于所述上侧及一下箔片于所述下侧;以及在一预定温度施加一力于所述上箔片,以使所述上箔片及/或所述下箔片填入所述空隙。

Description

一种复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制备方法,特别涉及一种以热塑性材料覆盖编织物(例如编织纤维垫或布料)的复合材料及其制备方法。
背景技术
热固性材料与纤维垫或纤维布构成的强化复合材料已经广泛地应用于太空及汽车工业/材料、运动物品上。在含浸工艺中,液态热固性树脂被涂布于纤维垫上并予以交联固化。多层热固性树脂可以构成一层厚的热固性材料,也可以通过重复含浸过程增加热固性材料的厚度。采用含浸工艺处理的热固性材料需要冗长的交联固化时间及交互的施加压力,才能在增加厚度的过程中控制树脂的流动,以避免产生气泡。此外,热固性材料在交联固化后,无法重新塑造外形,因此无法回收再使用。
通过将热塑性树脂溶解于溶剂中,可将含浸工艺应用于制备热塑性复合材料。然而,热塑性复合材料浸泡于溶剂中,导致热塑性复合材料的降解,而且溶剂对环境有害。此外,空气易于在含浸过程中吸附于布帛上,产生缺陷。含浸工艺制备的复合材料的另一缺点为厚度不均匀,需要另外进行加压或研磨,方可解决此厚度不均匀的缺点。
发明内容
本发明提供一种复合材料,包含一编织物(例如纤维织布、纤维薄片)以及一热塑性材料,其中所述编织物具有一上侧、一下侧及多个连接所述上侧及所述下侧的空隙,所述热塑性材料覆盖所述上侧和/或所述下侧,并填入所述空隙。若需要较佳结构,在所述编织物的一侧的热塑性材料可选用较高硬度者以避免刮伤,而在所述编织物的另一侧的热塑性材料则可选用较坚实者以避免断裂。
本发明提供一种复合材料的制备方法,包含下列步骤:制备一编织物(例如纤维织布、纤维薄片),具有一上侧、一下侧及多个连接所述上侧及所述下侧的空隙;置放一热塑性箔片于所述上侧和/或所述下侧;以及在一预定温度施加一力于所述上箔片,使得所述上箔片及/或该下箔片填入所述空隙。
由于热固性材料在交联反应后无法成型,因此热固性复合材料的热固性树脂的成型过程必须与交联反应同时进行。相对地,本发明的实施方式提供的热塑性复合材料的成型工艺可以在制备热塑性复合材料之后再进行,不受限于该制备方法。
此外,众所周知,热固性复合材料在成型(交联)工艺完成之后,无法再重新成型;相对地,本发明的实施方式提供的热塑性复合材料构成的模制塑胶物品可以重新成型为另一塑胶物品。
在热塑性复合材料上添加网状结构可先将热塑性复合构件置于模穴中,再射入熔融塑胶,形成直接键合于复合构件表面的热塑性塑胶。相对地,要在热固性复合材料上添加网状结构,就必须在将热固性复合构件置于模穴之前,先涂布一层黏胶于热固性材料表面。
再者,当模制塑胶物品被舍弃时,仅有模制热塑性物品可以回收再使用。例如,本发明的实施方式提供的热塑性材料物品在舍弃时,可以切割成小颗粒,作为模制材料;相对地,众所皆知,热固性复合材料无法回收再使用。
上文已相当广泛地概述本发明的技术特征及优点,以使下文对本发明的详细描述得以获得较佳了解。构成本发明的权利要求的其它技术特征及优点将描述于下文。本发明所属技术领域的技术人员应了解,可相当容易地利用下文揭示的概念与特定实施方式可作为修改或设计其它结构或工艺而实现与本发明相同的目的。本发明所属技术领域的技术人员亦应了解,这类等效建构无法脱离本申请权利要求书所界定的本发明的精神和范围。
附图说明
通过参照前述说明及附图,本发明的技术特征及优点得以获得完全了解。
图1为本发明一实施方式的编织物的俯视图;
图2为沿图1的1-1剖面线的剖示图;
图3为图2中纵线13的局部放大图;
图4及图5为剖示图,例示本发明一实施方式的复合材料的制备方法;
图6为一侧视图,例示本发明一实施方式的热塑性复合材料的制造机台;
图7及图8为剖示图,例示本发明一实施方式的模制装置,用以塑造该热塑性复合材料的外形;以及
图9及图10为剖示图,例示本发明一实施方式的模制装置,用以重新塑造该塑胶物品的外形。
其中,附图标记说明如下:
10、编织物      10A、上侧      10B、下侧
11、横线        13、纵线       15、空隙
17、纤维        19、空隙       20、复合材料
21、上箔片      23、下箔片     25、热塑性箔片
31、力          100、制造机台  110、加热区
111、加热器     113、热滚轮    115、冷滚轮
120、中介薄片   200、模制装置  210、下模
211、凸部       220、上模      221、凹部
300、模制装置   310、下模      311、凹部
320、上模       321、凸部。
具体实施方式
图1为本发明一实施方式的编织物10的俯视图。在本发明的一实施方式中,编织物10包含多个纵线13及多个横线11,二者彼此交错且二者之间存有空隙15。在本发明的一实施方式中,编织物10可为布料。本发明所属技术领域的技术人员应了解,除了布料之外,编织物10可为具有贯穿编织物的空隙的任何材料。本发明所属技术领域的技术人员也应了解,除了图1所示的图案外,编织物10也可为任何图案。
图2为沿图1的1-1剖面线的剖示图。在本发明的一实施方式中,编织物10具有一上侧10A及一下侧10B,且空隙15连接上侧10A及下侧10B。本发明所属技术领域的技术人员应了解,除了图2所示图形之外,纵线13的外形可为任何外形;纵线13的尺寸可为不同或相同(如图2所示)。同理,本发明所属技术领域的技术人员应了解,除了图2所示图形之外,横线11的外形可为任何外形;横线11的尺寸可为不同或相同(如图2所示)。
图3为图2中纵线13的局部放大图。在本发明的一实施方式中,各纵线13包含多条纤维17,其间存有空隙19。本发明所属技术领域的技术人员应了解,纵线13也可由不同类型的纤维构成或由相同类型的纤维构成(如图3所示);该纤维的尺寸可为不同或相同(如图2所示)。同理,各横线11包含多条纤维。本发明所属技术领域的技术人员应了解,横线11也可由不同类型的纤维构成或由相同类型的纤维构成(如图3所示);该纤维的尺寸可为不同或相同(如图2所示)。在本发明的一实施方式中,纵线13及横线11由相同类型的纤维构成。在本发明的另一实施方式中,纵线13及横线11由不同类型的纤维构成。
图4及图5为剖示图,例示本发明一实施方式的复合材料20的制备方法。在本发明的一实施方式中,置放一上箔片21于编织物10的上侧10A,并置放一下箔片23于编织物10的下侧10B;之后,在一预定温度施加一力31于上箔片21,使得上箔片21及/或该下箔片23填入该编织物10的空隙15。在本发明的一实施方式中,上箔片21及下箔片23为热塑性箔片,其材料可包含聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚胺(PA)或其组合物。
本发明所属技术领域的技术人员应了解,上箔片21及下箔片23可由相同类型的热塑性树脂构成。在本发明的另一实施方式中,上箔片21及下箔片23亦可由不同类型的热塑性树脂构成;例如,在编织物10的一侧的热塑性材料可选用较高硬度者(例如,PMMA)以避免刮伤,而在编织物10的另一侧的热塑性材料则可选用较坚实者(例如,PC)以避免断裂。本发明所属技术领域的技术人员应了解,上箔片21及下箔片23的尺寸可以相同或不同(如图4及图5所示)。
在本发明的一实施方式中,该预定温度为高于构成上箔片21的热塑性树脂的软化温度;例如,该软化温度可为该热塑性树脂的玻璃化转变温度。在本发明的一实施方式中,施加的力31迫使上箔片21及/或下箔片23填入纵线13及横线11之间的空隙15,由此形成一热塑性箔片25。在本发明的一实施方式中,施加的力31亦迫使上箔片21及/或下箔片23填入纤维17之间的空隙19。在本发明的一实施方式中,热塑性箔片25覆盖编织物10的上侧10A及下侧10B。
在本发明的一实施方式中,热塑性复合材料20的厚度可通过在其上侧及/或下侧黏合附加的热塑性箔片及/或编织物10,而予以增加,其中附加的热塑性箔片可由相同或不同树脂构成。本发明所属技术领域的技术人员应了解,热塑性复合材料20的厚度亦可通过在其上侧及/或下侧黏合两个或更多的热塑性复合材料20,而予以增加,其中该热塑性复合材料可由相同或不同树脂构成。
图6为一侧视图,例示本发明一实施方式的热塑性复合材料20的制造机台100。在本发明的一实施方式中,制造机台100包含一加热区110,其加热器111经配置用以将输入的上箔片21、编织物10及下箔片23加热至该预定温度(软化温度)。在加热区110之中,热滚轮113经由一中介薄片120而施加力31至上箔片21及下箔片23,使得上箔片21及/或下箔片23填入编织物10的空隙15。
在本发明的一实施方式中,中介薄片120的软化温度高于该预定温度,且中介薄片120在加热区110不会软化,如此中介薄片120可避免上箔片21及下箔片23黏着于热滚轮113。在本发明的一实施方式中,中介薄片120包含聚酰亚胺(Polyimide)。
在通过加热区110之后,上箔片21、编织物10及下箔片23构成的压合件被冷却至低于该预定温度。在本发明的一实施方式中,该冷却步骤由冷滚轮115进行。本发明所属技术领域的技术人员应了解,除了图6所示的冷滚轮115外,其它冷却手段亦可用以冷却该压合件。之后,该压合件被切割成特定尺寸的热塑性复合材料20,其可在后续的模制程序中制成特定的形状。
图7及图8为剖示图,例示本发明一实施方式的模制装置200,用以塑造热塑性复合材料20的外形。在本发明的一实施方式中,热塑性复合材料20置放于一下模210的凸部211之上,其中下模210的温度高于复合材料20的热塑性树脂的预定温度(软化温度)。之后,以一上模220的凹部221挤压复合材料20,由此塑造复合材料20的外形而形成一塑胶物品20A(可为电子元件的外壳),其中上模220的温度高于复合材料20的热塑性树脂的预定温度(软化温度)。
众所周知,热固性复合材料的成型工艺必须与热固性树脂的交联反应同时进行。相对地,本发明的实施方式提供的热塑性复合材料20的成型工艺可以在制备热塑性复合材料20之后再进行,不受限于该制备工艺。
图9及图10为剖示图,例示本发明一实施方式的模制装置300,用以重新塑造该塑胶物品20A的外形。在本发明的一实施方式中,塑胶物品20A置放于一下模310的多个凹部311之上,其中下模310的温度高于塑胶物品20A的热塑性树脂的预定温度(软化温度)。之后,以一上模320的多个凸部321挤压塑胶物品20A,由此重新塑造塑胶物品20A的外形而形成一塑胶物品20B(可为电子元件的外壳),其中上模320的温度高于塑胶物品20A的热塑性树脂的预定温度(软化温度)。
众所周知,热固性复合材料在成型(交联)工艺完成后,无法再重新塑造外形;相对地,本发明的实施方式提供的热塑性材料构成的模制塑胶物品20A可以重新塑造外形而成为另一塑胶物品20B。
此外,当模制塑胶物品20A被舍弃时可以回收再使用。例如,被舍弃的塑胶物品20A可以切割成小颗粒,作为模制材料;相对地,公知的热固性复合材料无法回收再使用。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上,然而本发明所属技术领域的技术人员应了解,在不背离权利要求书所界定的本发明精神和范围内,本发明的教示及揭示可作种种的替换及修饰。例如,上文揭示的许多工艺可以不同的方法实施或以其它工艺予以取代,或者采用上述两种方式的组合。
此外,本案的保护范围并不局限于上文揭示的特定实施方式的工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤。本发明所属技术领域的技术人员应了解,基于本发明教示及揭示的工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤,无论现在已存在或日后开发,其与本案实施方式所揭示的是以实质相同的方式执行实质相同的功能,而达到实质相同的结果,亦可使用于本发明。因此,本申请权利要求书用以涵盖此类工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤的范围。

Claims (22)

1.一种复合材料,包含:
一编织物,具有一上侧、一下侧及多个连接所述上侧及所述下侧的空隙;以及
一热塑性材料,覆盖所述上侧及所述下侧,并填入所述空隙。
2.根据权利要求1的复合材料,其中,所述编织物为一布料。
3.根据权利要求1的复合材料,其中,所述编织物包含多条纵线、多条横线,且所述横线与所述纵线交叉。
4.根据权利要求3的复合材料,其中,各所述纵线包含多条纤维。
5.根据权利要求4的复合材料,其中,各所述横线包含多条纤维。
6.根据权利要求4的复合材料,其中,所述热塑性材料包覆所述纤维。
7.根据权利要求3的复合材料,其中,所述横线与所述纵线由相同纤维构成。
8.根据权利要求3的复合材料,其中,所述横线与所述纵线由不同纤维构成。
9.根据权利要求4的复合材料,其中,所述热塑性材料填入所述多条纤维间的空隙。
10.根据权利要求1的复合材料,其中,所述热塑性材料包含聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚胺(PA)或其组合物。
11.一种复合材料的制备方法,包含下列步骤:
制备一编织物,具有一上侧、一下侧及多个连接所述上侧及所述下侧的空隙;
置放一上箔片于所述上侧及一下箔片于所述下侧;以及
在一预定温度施加一力于所述上箔片,以使所述上箔片及/或所述下箔片填入所述空隙。
12.根据权利要求11的制备方法,其中,在一预定温度施加一力于所述上箔片的步骤经由一滚轮进行。
13.根据权利要求11的制备方法,其中,所述预定温度高于所述上箔片的软化温度。
14.根据权利要求11的制备方法,其中,所述力经由一中介薄片而施加于所述上箔片。
15.根据权利要求14的制备方法,其中,所述上箔片具有一第一软化温度,所述中介薄片具有一第二软化温度,所述第二软化温度高于所述第一软化温度。
16.根据权利要求11的制备方法,其中,还包含一冷却所述复合材料的步骤。
17.根据权利要求16的制备方法,其中,所述冷却复合材料的步骤经由一滚轮进行。
18.根据权利要求17的制备方法,其中,所述滚轮的温度低于所述预定温度。
19.根据权利要求11的制备方法,其中,所述上箔片为一热塑性箔片。
20.根据权利要求19的制备方法,其中,所述热塑性材料包含聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚胺(PA)或其组合物。
21.根据权利要求11的制备方法,其中,还包含改变所述复合材料的外形以形成一塑胶物品的步骤。
22.根据权利要求21的制备方法,其中,还包含改变所述塑胶物品的外形的步骤。
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