CN103894501B - 具有纤维强化高分子复合材料夹层的管件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件的制造方法，其步骤包含：首先提供第一金属胚管、第二金属胚管，第二金属胚管外径小于或等于第一金属胚管内径；续将第一金属胚管置入一液压成形模具，液压成形模具的母模模穴在合模后包含一大于第一金属胚管外径的模穴外径；以液压成形工法鼓胀第一金属胚管成形为一外层金属管；将第二金属胚管置入第一金属胚管内；设置纤维强化高分子复合材料层于外层金属管的内壁或在第二金属胚管的外表面之间；鼓胀第二金属胚管成形为一内层金属管；脱开液压成形模具以取出复合管件。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合管件及其制造方法，特别涉及一种具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件及其制造方法。
背景技术
碳纤维是一种重量比铝轻、强度比钢大、细度却比人类头发还小的纤维，其含碳量在90％以上。相同体积下，碳纤维的重量仅是铁的四分之一，甚至比铝合金还轻，强度却大于钢的四倍。一般的金属与碳纤维材料复合管件，特别是碳纤维包覆铝合金复合材料的管件，常应用在自行车的车架，其制造方法主要是以手工积层与纤维缠绕将碳纤维预浸材一层一层的贴附于铝合金管件上，再放入模具内热压成形，使碳纤维预浸材的树脂硬化，并紧密附着于铝合金管11表面，以形成一碳纤维12材料包覆铝合金管11的复合管件10，如图1所示。惟，此工法(施工方法)管件的碳纤维复合材料在最外层，基于碳纤维的材料耐冲击性差的特性，该复合管件易受外物碰撞造成刮伤与破裂。
发明内容
本发明目的在于提供一种分次液压成形一金属复合管件及其制造方法，并在该金属复合管件的管壁之间设置一纤维强化高分子复合材料夹层，以同时提高金属复合管件的强度、硬度及耐冲击性。
本发明所提供的具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件的制造方法，包含：提供一第一金属胚管、一第二金属胚管；将第一金属胚管置入一液压成形模具，该液压成形模具的母模模穴在合模后包含一大于该第一金属胚管外径的模穴外径；以液压成形工法鼓胀该第一金属胚管成形为一外层金属管；将该第二金属胚管置入在该液压成形模具上的该第一金属胚管内；设置一层纤维强化高分子复合材料于该外层金属管的内壁与在该第二金属胚管的外表面之间；以液压成形工法鼓胀该第二金属胚管成形为一内层金属管，该纤维强化高分子复合材料于鼓胀成形时附着于该外层金属管的内壁与该内层金属管的外壁之间，而形成一具有该纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件；以及脱开液压成形模具以取出该复合管件。
在一实施例中，更包含对该复合管件加热的步骤及或对该液压成形模具加热的步骤。
在一实施例中，该第一金属胚管与该第二金属胚管为相同或可为不同材料。
本发明所提供的具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件结构包含：一外层金属管，其管壁形成至少一第一外径及一大于该第一外径的第二外径；一内层金属管，设置于该外层金属管内，其管壁对应并贴合于该外层金属管的内壁变化；以及一纤维强化高分子复合材料层，固着于该外层金属管的内壁与该内层金属管的外壁。
前述结构在一实施例中，该外层金属管及/或该内层金属管为一体成形制成；该外层金属管内壁表面及/或该内层金属管的外壁的表面为粗糙面。
根据上述技术特征，本发明可制造出管径变化的纤维强化高分子复合材料夹层的金属复合管件，相较于纯金属管材，本金属复合管件因该纤维强化高分子复合材料的缘故，其可将金属厚度减轻，使金属复合管件整体重量变轻，适合应用于飞机、汽车等载具上，十分具有轻量化效益，且纤维强化高分子复合材料内面与外面皆有金属层保护，可克服纤维强化高分子复合材料易受外物碰撞造成刮伤与破裂的缺点。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为现有技术的被覆碳纤维复合材料于铝合金管材的复合管件立体剖视图；
图2为本发明的具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件的制造方法实施例的步骤流程图；
图3～图10为本发明的具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件的制造方法实施例的步骤结构流程图；
图11为本发明的具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件结构实施例的立体剖视图。
其中，附图标记
10复合管件
11铝合金管
12碳纤维
20复合管件
21第一金属胚管
211外径
212内径
22外层金属管
221内壁
222第一外径
223第二外径
23第二金属胚管
231外表面
232外径
24内层金属管
241外壁
25纤维强化高分子复合材料
251纤维强化高分子复合材料层
30液压成形模具
31母模
311模穴
3111模穴外径
32端塞
33液体
步骤S10～S16、步骤S17步骤流程
具体实施方式
兹配合附图说明本发明的实施例如下。
首先请参照图2绘示的本发明的具有纤维强化高分子复合材料(FiberReinforcedPlastic,FRP)夹层的复合管件的制造方法实施例的步骤流程图。本实施例的步骤包含：
步骤S10，提供一第一金属胚管21、一第二金属胚管23，为使后述步骤中令该第二金属胚管23置入于该第一金属胚管21的内径212中，该第二金属胚管23外径232必然应小于或等于该第一金属胚管21内径212(请同时参照图3及图4所示)。
步骤S11，将第一金属胚管21置入一液压成形模具30，该液压成形模具30的母模31模穴311在合模(请同时参照图5的液压成形模具30示意图及图6所示)后包含一大于该第一金属胚管21外径211的模穴外径3111。
步骤S12，以液压成形工法鼓胀该第一金属胚管21成形为一外层金属管22，当然，本实施例中，该液压成形工法包含在该第一金属胚管21两端部以端塞32抵紧，并在该第一金属胚管21内径212注入液体33并升压，而该外层金属管22的外径应与该模穴外径3111相同(请同时参照图7所示)。
步骤S13，(移除端塞32及液体33后)将该第二金属胚管23置入在该液压成形模具30上的该第一金属胚管21内(请同时参照图8或图8A所示)；
步骤S14，设置一层纤维强化高分子复合材料25于该外层金属管22的内壁221与在该第二金属胚管23的外表面231之间(请同时参照图8或图8A所示)，值得一提的是，此步骤可与步骤S13调换，即是可先将该第二金属胚管23的外表面231上先覆盖上一层粉状、片状或膏状的纤维强化高分子复合材料25，再将该第二金属胚管23置入该第一金属胚管21内径中(如图8)；或是可以先在该外层金属管22的内壁221先覆盖上一层粉状、片状或膏状的纤维强化高分子复合材料25，再将该第二金属胚管23置入该第一金属胚管21内径中(如图8A)。而上述的纤维强化高分子复合材料25可为碳纤维强化塑胶(CarbonFiberReinforcedPlastic,CFRP)或玻璃纤维强化塑胶(GlassFiberReinforcedPlastic,GFRP)。
步骤S15，以液压成形工法鼓胀该第二金属胚管23成形为一内层金属管24(该第二金属胚管23鼓胀成形至抵住该外层金属管22内壁221)时，该纤维强化高分子复合材料25受热而附着于该外层金属管22的内壁221与该内层金属管24的外壁241之间，而形成一具有该纤维强化高分子复合材料层251的复合管件20(请同时参照图9所示)。
步骤S16，脱开该液压成形模具30以向模穴311取出该复合管件20(请同时参照图10所示)。
进一步言，在上述实施例中，取出复合管件20之后，可进一步更包含对该复合管件20加热的步骤(步骤S17)，以提高该纤维强化高分子复合材料层251的固着性。
在一实施例中，也可在鼓胀第二金属胚管23步骤(即步骤S15)时对该液压成形模具加热，或是将用以鼓胀第二金属胚管23的加压的液体33加热，以提高工件(第二金属胚管23以及纤维强化高分子复合材料25)的塑性，易于成形。
另外，在一实施例中，前述的第一金属胚管21或该第二金属胚管23的材料包含铝管或钢管、该第一金属胚管21与该第二金属胚管23可为相同材料或不同材料皆可。
请续参照图11所绘示的本发明的具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件结构实施例的立体剖视图。本实施例的复合管件20的结构包含：一外层金属管22、一内层金属管24以及一纤维强化高分子复合材料层251。外层金属管22管壁形成至少一第一外径222及一大于该第一外径222的第二外径223。内层金属管24设置于该外层金属管22的管径内，内层金属管24的外壁241是对应并贴合于该外层金属管22的内壁221变化。纤维强化高分子复合材料层251是固着于该外层金属管22的内壁221与该内层金属管24的外壁241。
值得一提的是，上述实施例中，该外层金属管22及/或该内层金属管24是可为一体成形制成，例如以液压液形工法制成。
在一实施例中，该外层金属管22内壁221表面及/或该内层金属管24的外壁241的表面为粗糙面，以利纤维强化高分子复合材料层251的密合贴覆。
综上所述，本发明的特点在于本发明可制造出管径变化的纤维强化高分子复合材料夹层的金属复合管件，相较于纯金属管材，本金属复合管件因该纤维强化高分子复合材料的缘故，其可将金属厚度减轻，使金属复合管件整体重量变轻，适合应用于飞机、汽车等载具上，十分具有轻量化效益，且纤维强化高分子复合材料内面与外面皆有金属层保护，可克服纤维强化高分子复合材料易受外物碰撞造成刮伤与破裂的缺点。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件的制造方法，其特征在于，步骤包含：
提供一第一金属胚管、一第二金属胚管；
将该第一金属胚管置入一液压成形模具，该液压成形模具的母模模穴在合模后包含一大于该第一金属胚管外径的模穴外径；
以液压成形工法鼓胀该第一金属胚管成形为一外层金属管；
将该第二金属胚管置入在该液压成形模具上的该第一金属胚管内；
设置一层纤维强化高分子复合材料于该外层金属管的内壁与在该第二金属胚管的外表面之间；
以液压成形工法鼓胀该第二金属胚管成形为一内层金属管，该纤维强化高分子复合材料于该第二金属胚管鼓胀成形时附着于该外层金属管的内壁与该内层金属管的外壁之间，而形成一具有该纤维强化高分子复合材料层的复合管件；以及
脱开该液压成形模具以取出该复合管件。
2.根据权利要求1所述的具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件的制造方法，其特征在于，更包含对该复合管件加热的步骤。
3.根据权利要求1所述的具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件的制造方法，其特征在于，更包含对该液压成形模具加热的步骤。
4.根据权利要求1所述的具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件的制造方法，其特征在于，该纤维强化高分子复合材料为碳纤维强化塑胶或玻璃纤维强化塑胶。
5.根据权利要求1所述的具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件的制造方法，其特征在于，该第一金属胚管或该第二金属胚管的材料包含铝管或钢管。
6.根据权利要求1所述的具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件的制造方法，其特征在于，该第一金属胚管与该第二金属胚管为相同材料。
7.根据权利要求1所述的具有纤维强化高分子复合材料夹层的复合管件的制造方法，其特征在于，该第一金属胚管与该第二金属胚管为不同材料。
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