CN106808776A - 复合材料贴合装置 - Google Patents

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张隆武
李昌周
林央正
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Abstract

本发明公开一种复合材料贴合装置，其包含激光装置、热压滚轮组、冷压滚轮组、滚轮轴向驱动装置及弹力调整装置；热压滚轮组包括第一与第二热压滚轮，在二片分离的复合材料进入第一热压滚轮与第二热压滚轮间前，由激光装置提供激光照射于二复合材料的接合面间；冷压滚轮组包括第一与第二冷压滚轮；滚轮轴向驱动装置驱动第一热压滚轮与第二热压滚轮间，及第一冷压滚轮与第二冷压滚轮间，平行于第一方向相对移动；弹力调整装置提供第一热压滚轮与第二热压滚轮间，及第一冷压滚轮与第二冷压滚轮间，具有弹性地分别贴靠于二复合材料表面。

Description

复合材料贴合装置
技术领域
本发明涉及一种复合材料贴合装置，尤其是涉及一种具有激光装置、滚轮轴向驱动装置及弹力调整装置，可增加复合材料贴合度，消除复合材料贴合时产生的气泡，增加复合材料强度与刚性的复合材料贴合装置。
背景技术
现今复合材料已被广泛应用在各个领域，由于其优越的机械性质，如高刚性、高强度以及质量轻外，更具有优越的抗疲劳强度和良好的环境稳定度，所以在汽车、航太及军事工业上越来越多人使用复合材料来取代金属材料。
复合材料是由两种或两种以上材料，在各种材料间彼此无化学反应下所组合而成的另一种具有优越性能的材料。复合材料通常分成基材(Matrix)与加强材(reinforcement)两部份。基本上，基材常会使用具有连续相的材料，例如金属、陶瓷和高分子等材料，基材在复合材料中主要目的是固定加强材，并保护加强材料传递附载。而加强材的种类主要以纤维、薄片、颗粒为主，其中纤维状的强化材料使用最为普遍，纤维强化中又以连续纤维可以得到最佳以及最具设计弹性的机械性质，常用的纤维有碳纤维及玻璃纤维。而复合材料贴合需加热将复合材料内粘合剂熔化再进行贴合，若加热不均匀，贴合的复合材料会有内应力，且在贴合过程有气泡产生，此均会影响贴合的复合材料强度与刚性。
综上所述，如何克服现有复合材料贴合装置的缺点为熟知此技术者所竭力苦思的重要课题，因此亟需一种“可增加复合材料贴合度，消除复合材料贴合时产生的气泡，增加复合材料强度与刚性”的复合材料贴合装置，以解决现有技术的缺失。
发明内容
为解决上述问题，在一实施例中，本发明提出一种复合材料贴合装置，适于对二片分离的复合材料进行贴合，其包含：
激光装置，用以提供一激光；
热压滚轮组，其包括一第一热压滚轮与一第二热压滚轮，用以提供二片分离的复合材料进入以进行热压贴合，在二片分离的复合材料进入第一热压滚轮与第二热压滚轮间之前，由激光照射于二片分离的复合材料的接合面间；
冷压滚轮组，其包括一第一冷压滚轮与一第二冷压滚轮，经热压贴合的复合材料进入第一冷压滚轮与第二冷压滚轮以进行冷压贴合；
滚轮轴向驱动装置，用以驱动第一热压滚轮与第二热压滚轮之间，及第一冷压滚轮与第二冷压滚轮之间，平行于第一方向相对移动；以及
弹力调整装置，用以提供第一热压滚轮与第二热压滚轮之间，及第一冷压滚轮与第二冷压滚轮之间，具有弹性地分别贴靠于二复合材料表面。
附图说明
图1为本发明的一实施例前视结构示意图；
图2为图1实施例的侧视结构示意图；
图3为图1实施例的俯视结构示意图；
图4为现有复合材料贴合界面的显微镜观察结果示意图；
图5为以本发明进行复合材料贴合界面的显微镜观察结果示意图。
符号说明
10-激光装置
11-激光源
12-光学镜片
20-热压滚轮组
21-第一热压滚轮
22-第二热压滚轮
23-热流体输入单元
24-热流体输出单元
30-冷压滚轮组
31-第一冷压滚轮
32-第二冷压滚轮
33-冷流体输入单元
34-冷流体输出单元
40-滚轮轴向驱动装置
41-第一驱动组件
411-第一板体
412-第二板体
413-凸块
414-凹槽
42-第二驱动组件
421-第三板体
422-第四板体
423-凸块
424-凹槽
50-弹力调整装置
51-第一弹力组件
511-第一弹性件
512-第一抵制件
513-第一调整钮
52-第二弹力组件
521-第二弹性件
522-第二抵制件
523-第二调整钮
53-第一支撑板
54-第二支撑板
60A、60B-复合材料
F1-第一方向
L-激光
具体实施方式
请参阅图1至图3所示，本发明的复合材料贴合装置，适于对二片分离的复合材料进行贴合，其包含一激光装置10、一热压滚轮组20、一冷压滚轮组30、一滚轮轴向驱动装置40及一弹力调整装置50。
激光装置10包含一激光源11与一光学镜片12。激光源11可采用二氧化碳激光、二极管激光或光纤激光其中之一，用以提供激光L；光学镜片12提供激光L通过并使激光L偏转至所需位置，在本实施例中，激光L通过光学镜片12调整形成一离焦激光。此外，激光源供应的激光L的波段可为300-1500nm。
热压滚轮组20包括一第一热压滚轮21与一第二热压滚轮22，热压滚轮组20采用电热方式或热流体(如油、风、水等)加热方式使第一热压滚轮21与第二热压滚轮22具有一第一温度，如图2所示，第一热压滚轮21的轴心连通一热流体输入单元23及一热流体输出单元24，当使用一热流体加热第一热压滚轮21与第二热压滚轮22时，热流体会由热流体输入单元23进入至第一热压滚轮21或/与第二热压滚轮22的轴心，使包覆在轴心外围的第一热压滚轮21或/与第二热压滚轮22受到热流体的加热而具有第一温度，之后，热流体再排出于第一热压滚轮21或/与第二热压滚轮22的轴心而至热流体输出单元24。由此，提供于二片分离的复合材料60A、60B进入第一热压滚轮21与第二热压滚轮22之间时可进行热压贴合。复合材料60A、60B的材质不限，例如可为热塑性或热固性碳纤维复合材料。于二片分离的复合材料60A、60B进入第一热压滚轮21与第二热压滚轮22间之前，经光学镜片12偏转的激光L可照射于二片分离的复合材料60A、60B的接合面间。
冷压滚轮组30包括一第一冷压滚轮31与一第二冷压滚轮32，冷压滚轮组30采用流体冷却或气冷方式使第一冷压滚轮31与第二冷压滚轮32具有一第二温度，如图2所示，第一冷压滚轮31的轴心连通一冷流体输入单元33及一冷流体输出单元34，当使用一冷流体冷却第一冷压滚轮31与第二冷压滚轮32时，冷流体会由冷流体输入单元33进入至第一冷压滚轮31或/与第二冷压滚轮32的轴心，使包覆在轴心外围的第一冷压滚轮31或/与第二冷压滚轮32受到冷流体的冷却而具有第二温度，之后，冷流体再排出于第一冷压滚轮31或/与第二冷压滚轮32的轴心而至冷流体输出单元34。第二温度低于上述第一温度，第一温度与第二温度的设定依欲贴合的复合材料的不同而设定。经热压滚轮组20进行热压贴合的复合材料60A、60B接着进入第一冷压滚轮31与第二冷压滚轮32之间以进行冷压贴合。
上述第一热压滚轮21、第二热压滚轮22、第一冷压滚轮31与第二冷压滚轮32的轴向都平行于一第一方向F1，第一热压滚轮21与第二热压滚轮22经驱动可相对转动，第一冷压滚轮31与第二冷压滚轮32经驱动可相对转动。第一热压滚轮21、第二热压滚轮22、第一冷压滚轮31与第二冷压滚轮32的材质不限，例如可采用可耐热摄氏300度的硅胶。
滚轮轴向驱动装置40是用以驱动第一热压滚轮21与第二热压滚轮22之间，及第一冷压滚轮31与第二冷压滚轮32之间，可平行于第一方向F1相对移动。滚轮轴向驱动装置40包括对称设置的一第一驱动组件41与一第二驱动组件42。第一驱动组件41包含一第一板体411与一第二板体412。第一板体411用以承载第一热压滚轮21与第一冷压滚轮31。第二板体412连接弹力调整装置50，且第一板体411与第二板体412之间具有由凸块413与凹槽414构成的滑轨结构，使第一板体411与第二板体412可平行于第一方向F1相对滑动。第二驱动组件42包含一第三板体421与一第四板体422，第三板体421用以承载第二热压滚轮22与第二冷压滚轮32。第四板体422连接弹力调整装置50，且第三板体421与第四板体422之间具有由凸块423与凹槽424构成的滑轨结构，使第三板体421与第四板体422可平行于第一方向F1相对滑动。
据此，第一热压滚轮21与第二热压滚轮22之间可作轴向往复式相对运动，且第二热压滚轮22与第二冷压滚轮32也可作轴向往复式相对运动。要注意的是，由于第一热压滚轮21与第一冷压滚轮31都固定于第一板体411上，因此当第一板体411相对于第二板体412以平行于第一方向F1滑动时，第一热压滚轮21与第一冷压滚轮31会同步移动(意即具有相同的位移量)，以避免在压合过程中，第一热压滚轮21与第一冷压滚轮31错位而造成贴合的复合材料60A、60B产生皱折。同样地，由于第二热压滚轮22与第二冷压滚轮32都固定于第三板体421上，因此当第三板体421相对于第四板体422以平行于第一方向F1滑动时，第二热压滚轮22与第二冷压滚轮32会同步移动(意即具有相同的位移量)，以避免在压合过程中，第二热压滚轮22与第二冷压滚轮32错位而造成贴合的复合材料60A、60B产生皱折。
弹力调整装置50包括对称设置的多个第一弹力组件51与多个第二弹力组件52。
第一弹力组件51设置于一第一支撑板53且连接于第二板体412，每一第一弹力组件51包含一第一弹性件511、一第一抵制件512与一第一调整钮513。第一弹性件511用以提供一第一弹力于第二板体412；第一抵制件512设置于第一支撑板53与第一弹性件511之间；第一调整钮513设置于第一支撑板53，用以调整第一抵制件512与第二板体412间的距离，以改变第一弹性件511作用于第二板体412的弹力。
第二弹力组件52设置于一第二支撑板54且连接于第四板体422。每一第二弹力组件52包含一第二弹性件521、一第二抵制件522与一第二调整钮523。第二弹性件521用以提供一第二弹力于第四板体422；第二抵制件522设置于第二支撑板54与第二弹性件521之间；第二调整钮523设置于第二支撑板54，用以调整第二抵制件522与第四板体422间的距离，以改变第二弹性件521作用于第四板体422的弹力。
可通过第一弹力组件51同时提供第一弹力于第二板体412、第一板体411、第一热压滚轮21与第一冷压滚轮31，以及，可通过第二弹力组件52同时提供第二弹力于第四板体422、第三板体421、第二热压滚轮22与第二冷压滚轮32。因此可使第一热压滚轮21与第二热压滚轮22之间，及第一冷压滚轮31与第二冷压滚轮32之间，具有弹性地分别贴靠于二复合材料60A、60B表面。
请参阅图1所示，说明本发明贴合复合材料的过程。将二片分离的复合材料60A、60B送入第一热压滚轮21与第二热压滚轮22中以进行热压贴合，在复合材料60A、60B进入第一热压滚轮21与第二热压滚轮22之前，由激光L照射于复合材料60A、60B的贴合面间，由于使用激光L加热的热影响区域小，因此能精确地将复合材料60A、60B内的树脂材料涂布面积进行升温并开始热溶解，提升复合材料60A、60B贴合面的贴合度。通过光学镜片12可控制激光L的照射范围与照射角度，亦即加热范围与加热角度，以提升贴合度。
在热压贴合过程中，除了第一热压滚轮21与第二热压滚轮22向二片复合材料60A、60B给予相互贴合的热压应力外，第一热压滚轮21与第二热压滚轮22作轴向往复式相对运动(如图3所示状态)，此目的在于消除二片复合材料60A、60B于贴合过程所产生的气泡，气泡边界表面张力因第一热压滚轮21与第二热压滚轮22往复差排效应而被消除。至于第一热压滚轮21与第二热压滚轮22的轴向移动频率及轴向移动距离，可依实际贴合的复合材料不同而设定，例如轴向移动频率可为10～20Hz，及轴向移动距离可为1～3mm。
其次，在冷压贴合过程中，利用第一冷压滚轮31与第二冷压滚轮32冷却经热压贴合的复合材料60A、60B，可降低贴合制作工艺温度，使二片复合材料60A、60B内的树脂材料迅速凝固而紧密贴合，提升复合材料60A、60B贴合效率与抗拉强度。
此外，由于设有弹力调整装置50，因此可确保在热压贴合与冷压贴合过程中，两片复合材料60A、60B始终保持紧密贴合。
请参阅图4所示，以现有复合材料贴合装置进行复合材料贴合的界面，由于有气泡而导致接合处不完整。请参阅图5所示，经由本发明所提供的复合材料贴合装置进行复合材料贴合界面，其贴合效果完整，气泡边界表面张力则因滚轮往复差排效应而消失。
综上所述，本发明所提供的复合材料贴合装置，由于利用激光装置直接加热贴合面，利用滚轮轴向驱动装置驱动热压滚轮及冷压滚轮水平轴向移动，利用弹力调整装置调整热压滚轮间及冷压滚轮间具有弹性压合力，由此增加复合材料贴合度，消除复合材料贴合时产生的气泡，因此可增加复合材料强度与刚性。
以上所述的具体实施例，仅用于例释本发明的特点及功效，而非用于限定本发明的可实施范畴，在未脱离本发明上揭的精神与技术范畴下，任何运用本发明所揭示内容而完成的等效改变及修饰，均仍应为下述的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种复合材料贴合装置，适于对二片分离的复合材料进行贴合，其包含：
激光装置，用以提供一激光；
热压滚轮组，其包括第一热压滚轮与第二热压滚轮，用以提供该二片分离的复合材料进入以进行热压贴合，在该二片分离的复合材料进入该第一热压滚轮与该第二热压滚轮间之前，由该激光照射于该二片分离的复合材料的接合面间；
冷压滚轮组，其包括第一冷压滚轮与第二冷压滚轮，经热压贴合的该复合材料进入该第一冷压滚轮与该第二冷压滚轮以进行冷压贴合；
滚轮轴向驱动装置，用以驱动该第一热压滚轮与该第二热压滚轮之间，及该第一冷压滚轮与该第二冷压滚轮之间，平行于该第一方向相对移动；以及
弹力调整装置，用以提供该第一热压滚轮与该第二热压滚轮之间，及该第一冷压滚轮与该第二冷压滚轮之间，具有弹性地分别贴靠于该二复合材料表面。
2.如权利要求1所述的复合材料贴合装置，其中该激光装置包含：
激光源，提供该激光；以及
光学镜片，提供该激光通过并使该激光偏转至该二片分离的复合材料的接合面间。
3.如权利要求2所述的复合材料贴合装置，其中该激光源为二氧化碳激光、二极管激光或光纤激光其中之一。
4.如权利要求2所述的复合材料贴合装置，其中该激光的波段为300-1500nm。
5.如权利要求1所述的复合材料贴合装置，其中该滚轮轴向驱动装置包括：
第一驱动组件，其包含：
第一板体，用以承载该第一热压滚轮与该第一冷压滚轮；
第二板体，连接该弹力调整装置，该第一板体与该第二板体之间具有滑轨结构，使该第一板体与该第二板体平行于该第一方向相对滑动，且由该弹力调整装置同时提供一第一弹力于该第二板体、该第一板体及该第一热压滚轮与该第一冷压滚轮；
第二驱动组件，其包含：
第三板体，用以承载该第二热压滚轮与该第二冷压滚轮；
第四板体，连接该弹力调整装置，该第三板体与该第四板体之间具有滑轨结构，使该第三板体与该第四板体平行于该第一方向相对滑动，且由该弹力调整装置同时提供一第二弹力于该第四板体、该第三板体及该第二热压滚轮与该第二冷压滚轮。
6.如权利要求5所述的复合材料贴合装置，其中该弹力调整装置包括：
多个第一弹力组件，其设置于一第一支撑板且连接于该第二板体，每一该第一弹力组件包含：
第一弹性件，用以提供一第一弹力于该第二板体；
第一抵制件，设置于该第一支撑板与该第一弹性件之间；
第一调整钮，设置于该第一支撑板，用以调整该第一抵制件与该第二板体间的距离，以改变该第一弹性件作用于该第二板体的弹力
多个第二弹力组件，其设置于一第二支撑板且连接于该第四板体，每一该第二弹力组件包含：
第二弹性件，用以提供一第二弹力于该第四板体；
第二抵制件，设置于该第二支撑板与该第二弹性件之间；
第二调整钮，设置于该第二支撑板，用以调整该第二抵制件与该第四板体间的距离，以改变该第二弹性件作用于该第四板体的弹力。
7.如权利要求1所述的复合材料贴合装置，其中该第一热压滚轮与该第二热压滚轮具有一第一温度，该第一冷压滚轮与该第二冷压滚轮具有一第二温度，该第二温度低于该第一温度。
8.如权利要求7所述的复合材料贴合装置，其中该热压滚轮组是采用电热方式或热流体加热方式使该第一热压滚轮与该第二热压滚轮具有该第一温度。
9.如权利要求7所述的复合材料贴合装置，其中该冷压滚轮组是采用流体冷却或气冷方式使该第一冷压滚轮与该第二冷压滚轮具有该第二温度。
10.如权利要求1所述的复合材料贴合装置，其中该第一热压滚轮、该第二热压滚轮的轴向、该第一冷压滚轮与该第二冷压滚轮的轴向都平行于该第一方向。
11.如权利要求1所述的复合材料贴合装置，其中该复合材料为热塑性或热固性碳纤维复合材料。
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