CN103831978A

CN103831978A - 复合材料的成型方法

Info

Publication number: CN103831978A
Application number: CN201210498620.3A
Authority: CN
Inventors: 黄锦标
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2014-06-04

Abstract

本发明关于一种复合材料的成型方法，其系先制备一气袋，其系使用弹性材料透过第一模具而形成具有高韧度的中空袋体结构，接着将发泡材料或填充材料等填充料注入气袋内，由第二模具控制整体产品的精确尺寸，使填充料被注入后可于气袋内定型为芯材，并结合气袋而符合模具的大小及外形，且其具有表面平顺的特点，因此易于包覆纤维布等复合材料；接着将包覆复合材料后的气袋和芯材置入第三模具进行吹气和加温，即可形成符合模具大小的复合材料产品，气袋和芯材也易于脱离，系为减少工序和兼具节能的优良工法。

Description

复合材料的成型方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料的成型方法，尤指一种透过阶段式，综合运用了模具、高韧性弹性材料以及发泡材料等填充料的特性的复合材料的成型方法。

背景技术

现今所指的复合材料一般包含了基材(matrix)以及强化材(reinforcement)等两个主要部分，其中的强化材的功用主要在使成品具有高刚性及高强度，一般使用高刚性的材料，以颗粒、薄片、短纤维以及连续纤维的形式散布在基材内，其中纤维状的强化材料使用最为普遍。而在纤维强化中，又以连续纤维可以得到较佳以及较具设计弹性的机械性质，但纤维虽具有非常高的抗拉强度及刚性，但无法承担轴向压应力，加上在无保护的状况下，纤维表面容易受到环境化学成分的侵蚀而产生表面缺陷，因此光凭纤维是难以与其它结构件互相结合以组成结构，需要基材的帮忙。

过去在对复合材料生产加工的行业中，习用的制程存在诸多缺点，例如在使用复合材料薄片先预型所要形状替代芯材，此方法费时费力又有结合上的问题。而若使用业界常用的硅橡胶以及聚氨酯发泡树脂做为芯材的材料，则仅能用于局部造型产品，使用上缺乏整体性，易在操作上产生不良结果。

另外，若使用发泡聚苯乙烯外套尼龙气管或气袋来形成芯材，由于产品部份为异型体，尺寸大小不一，在操作上具有困难性。而若使用发泡聚苯乙烯外涂的方式，例如浸涂、刷涂、喷涂或是淋涂耐高温乳胶，则会面临涂膜不均、有气泡或孔洞产生的破管或破袋问题，让产品质量不稳定，增加了报废率以及不可预测的风险。

中国专利申请号CN 201010142051.X曾揭示了一种连续性异型纤维管件成型方法，即系为典型的习知使用聚苯乙烯制备的方法，其系将模型本体的整个外部，由乳胶含浸包覆加工程序包覆一耐高温合成乳胶表层，并预留有至少一个充气口；接下来，通过绑带加工程序，把纤维料带紧密缠绕在乳胶表层表面，且置入螺栓锁模的简易型模具中加热，进行熟化加工程序。如前所述，当使用者将聚苯乙烯涂布于耐高温乳胶时，其无法控制表面完全没有气泡，也无法确保所涂覆的耐高温乳胶能够达到均匀膜厚，因此在后续加工时，就不可避免的面临到良率差的问题。

发明内容

本发明的主要目的，系提供一种复合材料的成型方法，其系依序制造中空气袋、注入填充料以于中空气袋内形成芯材，然后包覆上复合材料后，透过吹气和加热的步骤，可使复合材料顺利在模具中成形，并具有良好的外观以及坚固的性质。

本发明的次要目的，系提供一种复合材料的成型方法，其不但操作简单，质量也相当良好，于制备异型体时也不会有问题。

本发明的另一目的，系提供一种复合材料的成型方法，其兼具了材料节省、高效率以及轻量化等优点，在自行车市场上具有商业吸引力。

为了达到上述目的，本发明揭示了一种复合材料的成型方法，其步骤系包含：灌注一弹性材料于一第一模具内；旋转、震动或静置该第一模具，使该弹性材料于该第一模具内形成一中空气袋；移动该中空气袋至一第二模具内；灌注一填充料于该中空气袋内，直至填满该中空气袋，该填充料于该中空气袋内形成一芯材；包覆一复合材料于该中空气袋的表面，并置于一第三模具之内；吹气该中空气袋，使该中空气袋膨胀并推动该复合材料贴合该第三模具的内壁，同时加热该第三模具至该复合材料熟成；以及移除该第三模具、该芯材以及该中空气袋，获得成型的一复合材料产品。如此方法处理的下，所获得的复合材料即可具有平顺的外壁，并且也有良好的强度以及物化性质。

实施本发明产生的有益效果是：在本发明所揭示的复合材料的成型方法之下，不但操作方式简单，所获得的产品也兼具有质硬及量轻的优点，可用于自行车结构等产品领域。另外，由于中空气袋是由弹性材料所形成，因此其强韧的外表在内部填充料的发泡过程中不易发生破管或破袋的情况，因此制程的良率也得以提高。在兼具良率、强度、刚性，以及外形上的平顺而得以减少人力做补土工序、加热烘烤上的能源节约以及操作上的便利简单的下，本发明实为一具经济效益和应用价值的复合材料的成型方法。

附图说明

图1：其为本发明的一较佳实施例的步骤流程图；

图2：其为本发明的一较佳实施例的第一模具的结构示意图；

图3：其为本发明的一较佳实施例的气袋的结构示意图；

图4A：其为第二模具内，填充料被注入于中空气袋内的模穴剖面示意图；

图4B：其为第二模具内，中空气袋被芯材撑起而贴合第二模具的模穴剖面示意图；

图5A：其为第三模具内，芯材因加热而内缩的模穴剖面示意图；以及

图5B：其为第三模具内，气体藉由中空气袋而推动复合材料而使之持续地紧密地贴合第三模具的模穴剖面示意图。

【图号对照说明】

1 模具 11 浇池

12 浇口 13 模穴

2 气袋 21 气嘴

3 第二模具 40 填充料

4 芯材 5 复合材料

6 第三模具 7 气体

具体实施方式

为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：

首先，请参考图1，此图是本发明复合材料的成型方法在操作时的步骤流程图，其系包含步骤：

步骤S1：灌注一弹性材料于一第一模具内；

步骤S2：旋转、震动或静置该第一模具，使该弹性材料于该第一模具内形成一中空气袋；

步骤S3：移动该中空气袋至一第二模具内；

步骤S4：灌注一填充料于该中空气袋内，直至填满该中空气袋，该填充料于该中空气袋内形成一芯材；

步骤S5：包覆一复合材料于该中空气袋的表面，并置于一第三模具之内；

步骤S6：吹气该中空气袋，使该中空气袋膨胀并推动该复合材料贴合该第三模具的内壁，同时加热该第三模具至该复合材料熟成；以及

步骤S7：移除该第三模具、该芯材以及该中空气袋，获得成型的一复合材料产品。

于上述步骤中，所使用的第一模具、第二模具以及第三模具系基于已规划设计好的产品3D立体图而开立的模具，可供铸造之用，其材质系选自于金属、树脂以及石膏所组成的群组中至少之一者，意即其可为上述该些物质的混合物。而在大小上，第一模具略小于或等于第二模具，第二模具略小于第三模具，此些大小差异系因为在产品结构设计及物理性质及机械强度等需求的不同而产生。

请参考图2，其系为第一模具1的结构示意图，其内部具有供浇注液体进入模具1的浇池11以及浇口12，而内部则是对应前述3D立体图所设计的结构的模穴13。

于本发明中，系先于步骤S1将呈液体状的弹性材料灌注入第一模具1之内，此弹性材料并不填满第一模具1的模穴13，而是仅灌注入占模穴13部分体积之量的弹性材料，接着再于步骤S2中，依第一模具1类型的不同，对其施以旋转、震动或静置等处理方式，让弹性材料依附在模穴13的表面，而形成如图3所示的中空气袋2。

弹性材料的材料选自于硅橡胶、聚氨酯树脂以及乳化橡胶所组成的群组其中之一者，其中乳化橡胶可为天然乳化橡胶或是合成乳化橡胶。在弹性材料灌注入第一模具1、并经过旋转、震动或静置等外力处理后，在加热等手段进一步参与之下，固化的弹性材料就会形成前述的中空气袋2。此中空气袋2的厚度约为0.1mm～30mm，视制程所需要的气袋强度而定，调控方式则是透过弹性材料的加入量来做改变，同时也会依所需要的外形的不同，而在厚度上有所增减。此中空气袋2可依制作时的设计而具有一个以上的气嘴21。

形成中空气袋2后，接着将其移至第二模具3。第二模具3的模穴径宽略大于或等于第一模具1，操作者将中空气袋2置入第二模具3后，接着透过气嘴21而在中空气袋2内注入适量的填充料。此填充料系为可为膨胀发泡材料，也就是聚氨酯(PU)、结合发泡粉的树脂、结合膨胀粉的树脂及可发泡聚苯乙烯等，也可以是高结晶的小聚合高分子，例如聚乙烯醇(PVA)、蜡质等，亦可以混合其它低密度材料来降低整体中空气袋2经填充后的重量，以利加工。

如图4A～B图所示的模穴剖面，此些填充料40可迅速膨胀或是填满中空气袋2，并且让中空气袋2的表面被撑起并而贴合第二模具3的内壁，经定型后，此些填充料40就于中空气袋2内部成为结构坚实，且表面也平顺的芯材4。其中，芯材4虽然位于中空气袋2的内部并撑起其外形，不过其与中空气袋2的内侧表面并非黏合，两者在材质上的差异并不会促成无法分离的状态。

接着将此内含有芯材4的中空气袋2取出，再包覆上玻璃纤维布、碳纤维布等复合材料5于其表面。由于中空气袋2因芯材4撑起而具有平顺表面，因此可以很轻易地就将复合材料5包覆上去。包覆好复合材料5之内含芯材4的中空气袋2则放入第三模具6当中。

接下来是加热第三模具6至120℃～160℃，使位于其内部的芯材4也一并被加热，同时也透过气嘴21而将气体灌入中空气袋2当中。请参考图5A～B图所示的模穴剖面，中空气袋2本身是由高韧性的弹性材料所制备而成，因此在灌入气体7后会如气球般膨胀，因此可推动复合材料5持续地紧密地贴合第三模具6的模穴壁而成功定型，形成第三模具6所预设的结构体；同时如前所述，位于中空气袋2内部的芯材4并没有和中空气袋2的内侧表面黏合，因此在灌入气体7之后，气体7可轻易填满中空气袋2和芯材4之间的空间，且芯材4此时也在加热的下被熔解内缩成小塑料条或是液体化而直接流出。

操作者在开模冷却并取出定型物后，可轻易地将此些内缩成小塑料条的芯材4剪断取走，中空气袋2也一并移除，因而获得具有内外壁皆平顺，同时又兼具高强度的复合材料产品。

在本发明所揭示的复合材料的成型方法之下，不但操作方式简单，所获得的产品也兼具有质硬及量轻的优点，可用于自行车结构等产品领域。另外，由于中空气袋是由弹性材料所形成，因此其强韧的外表在内部填充料的发泡过程中不易发生破管或破袋的情况，因此制程的良率也得以提高。在兼具良率、强度、刚性，以及外形上的平顺而得以减少人力做补土工序、加热烘烤上的能源节约以及操作上的便利简单的下，本发明实为一具经济效益和应用价值的复合材料的成型方法。

上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种复合材料的成型方法，其特征在于，其步骤包含：

灌注一弹性材料于一第一模具内；

旋转、震动或静置该第一模具，使该弹性材料于该第一模具内形成一中空气袋；

移动该中空气袋至一第二模具内；

灌注一填充料于该中空气袋内，直至填满该中空气袋，该填充料于该中空气袋内形成一芯材；

包覆一复合材料于该中空气袋的表面，并置于一第三模具之内；

吹气该中空气袋，使该中空气袋膨胀并推动该复合材料贴合该第三模具的内壁，同时加热该第三模具至该复合材料熟成；以及

移除该第三模具、该芯材以及该中空气袋，获得成型的一复合材料产品。

2.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，其中该第一模具、该第二模具以及该第三模具的材质选自于金属、树脂以及石膏所组成的群组中至少之一者。

3.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，其中该弹性材料的材质选自于硅橡胶、聚氨酯树脂以及乳化橡胶所组成的群组其中之一者。

4.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，其中该填充料的材质选自于结合发泡粉的树脂、结合膨胀粉的树脂、聚氨酯(PU)、聚乙烯醇(PVA)、蜡质以及可发泡聚苯乙烯所组成的群组其中之一者。

5.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，其中该中空气袋具有至少一气嘴。

6.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，其中于加热该第三模具的步骤中，加热温度为120℃～160℃，此时该芯材内缩为条状或熔化为液状。

7.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，其中该中空气袋的厚度介于0.1mm～30mm之间。

8.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，其中该第一模具的模穴径宽小于或等于该第二模具。

9.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，其中该第二模具的模穴径宽小于该第三模具。

10.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，其中成型的该复合材料为一自行车车体。