CN202246514U

CN202246514U - 热再塑性复合式碳纤结构

Info

Publication number: CN202246514U
Application number: CN2011202793160U
Authority: CN
Inventors: 钟秉育
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-08-03

Abstract

一种热再塑性复合式碳纤结构，它包括：一个由含有热可塑性材料的热可塑性碳纤维所构成的热可塑性碳纤维基材层，所述热可塑性碳纤维基材层的外表面还具有一由热可塑性材料所构成的热再塑层。本实用新型的特点在于可利用一次定型技术制成硬固的碳纤维板材，再以二次成型技术（加热加压成型）制成最终的产品形状。

Description

热再塑性复合式碳纤结构

技术领域

本实用新型与碳纤维结构有关，更具体地，是一种具有热再塑特性的碳纤维复合结构。

背景技术

已知，碳纤维的重量比铝轻，硬度较钢为硬，比重约为铁的四分之一，强度为铁的十倍。此外，它还具有优越的抗张强度和抗拉模量、化学组成稳定、高抗腐性、抗热及抗低温能力。基于这些优越的性能，碳纤维被应用于许多的领域，包括，体育用品，航空和各种工业应用。应用广泛也造就生产成本的逐渐降低，加工技术趋向多元化。

目前，碳纤维生料品有四种形式，纤维、布料、预浸料坯和切短纤维。布料是指碳纤维制成的织品。预浸料坯则是将碳纤维按照同一方向排列，并将碳纤维或布料经树脂浸泡使其转化成片状。切合短纤则是碳纤维短丝。碳纤维产品的制造方法大致包括：缠绕、层迭、热压、树脂转注、射出、拉挤等，这些方式可以获得最终的产品外型。

为了拓展碳纤维的应用领域，以及改良碳纤维硬脆易碎的特性，许多的碳纤复合材料以增益韧性为诉求。所谓的碳纤复合材料，例如中国台湾新型专利第338196号所揭露的，是以纤维层含浸吸收环氧树脂（热固性材料）构成碳纤基材，于碳纤基材一面设置一由热型塑性材质所构成的包覆层，透过热压成形一复合层状结构。中国台湾新型专利第338197号，该案的主要技术是于碳纤维基材二面各设一具热可塑性的包覆层，透过热压，使之构成一复合的层状结构。以上的先前案使碳纤基材保有相当的刚性，利用包覆层增益碳纤维基材的韧性、可形变量、耐磨性及止滑性。但上述碳纤维生料品一经塑化或硬化处理后即定型，无法再以二次加工促成形状的再改变，因此碳纤维产品受限于一次定型制造。

实用新型内容

本实用新型的目的之一，在于提供一种经由二次热加工，将已固化的复合式碳纤结构改变形状，并经冷却定型为一最终产品的形状。

本实用新型的目的之二，在于提供一种韧性更佳、可挠性提升、具有热再塑性、应用范围更为广泛的复合式碳纤维结构。

为实现上述目的，本实用新型采用以下设计方案：

一种热再塑性复合式碳纤结构，它包括：一个由含有热可塑性材料的热可塑性碳纤维所构成的热可塑性碳纤维基材层。

如上所述的热再塑性复合式碳纤结构，其中，所述热可塑性碳纤维基材层是由所述热可塑性碳纤维垂直交错层迭所构成。

如上所述的热再塑性复合式碳纤结构，其中，所述热可塑性碳纤维基材层的外表面还具有一由热可塑性材料所构成的热再塑层。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型利用该碳纤维含有热可塑性材料以及外覆热再塑层而得一热再塑性碳纤复合结构，该复合结构可固化为一具有韧性的板材构造，通过热加工可复回其可塑性，再利用诸如冲压成型等现有技术做各式立体化定型。

本实用新型的热再塑性复合式碳纤结构，其物性包括了固化性及热再塑性，这两个物性是可逆的物理性反应。

本实用新型的热再塑性复合式碳纤结构，可利用一次定型技术制成生料板材，再以二次成型技术（加热加压成型）使其呈最终的产品定型。

本实用新型的热再塑性复合式碳纤结构，其韧性、可挠性、可变形量、平整度、光滑性均提升，应用范围更为广泛。

附图说明

图1为本实用新型碳纤维基材层的剖面示意图。

图2为本实用新型碳纤维基材层的外部形成热再塑层的示意图。

图3为本实用新型热再塑性碳纤维板材经冲压成型的示意图。

图4为本实用新型热再塑性碳纤维形成最终产品的示意图。

主要组件符号说明

10　热可塑性碳纤维基材层

11　热可塑性碳纤维

12　热再塑层

20　板材构造

30　冲头

31　模具

40　产品。

具体实施方式

为便于说明本实用新型于上述新型内容一栏中所表示的中心思想，现以具体实施例表达。实施例中各种不同对象是按适于说明的比例、尺寸、变形量或位移量而描绘，而非按实际组件的比例予以绘制，合先叙明。且以下的说明中，类似的组件是以相同的编号来表示。

如图1和图2，本实用新型热再塑性复合式碳纤结构，包括：一热可塑性碳纤维基材层10，构成该热可塑性碳纤维基材层10的碳纤维为含有热可塑性材料的热可塑性碳纤维11。更进一步地，该热可塑性材料可全面包覆或单面披覆于该碳纤维基材层10的表面，并充填于各碳纤维的间隙以及表面微孔，以形成一热再塑层12。

现有技术中的碳纤维基材是以含浸热固性树脂以增加其韧性和可变形量，然而含有热固性树脂的碳纤维基材必需以一次定型的制造技术例如缠绕、层迭、热压、树脂转注、射出、拉挤等获得最终的产品外型。而先前技术中国台湾新型专利第338196号及第338197号则是于含有热固性树脂的碳纤维基材外部再以包覆方式复合一热可塑性树脂。就本质上来说，它们的碳纤维是属于热固性碳纤维，而外层的热可塑性树脂只是为了增加韧性、可形变量、耐磨性及止滑性。基于热固性碳纤维的存在，因此现有技术无法实现二次加热再塑型的制造。

然而，本实用新型的热可塑性碳纤维基材层10的碳纤维是经一含浸步骤而使其含有热可塑性材料而形成热可塑性碳纤维11，并在外部形成热再塑层12。图1描述的热可塑性碳纤维基材层10是由热可塑性碳纤维11垂直交错层迭所构成。

本实用新型的碳纤维的机械性能基于上述含浸热可塑性材料的步骤而改变，具有固化性和热再塑性，这两个物性是可逆的物理性反应。经由固化步骤可将本实用新型复合材料硬化为一具有韧性的板材构造20，后再经热加工步骤复回其可塑性，即可利用冲压成型，例如采用如图3所示的冲头30和模具31，为各种产品40的各式立体化定型，而制成如图4所示的产品。

在本实用新型中所述及的碳纤维包含但不限于聚丙烯（PAN）碳纤维、沥青碳纤维和人造丝碳纤维；或超高模量（UHM）碳纤维、高模量（HM）碳纤维、超高强度（UHS）碳纤维、高强度（HS）碳纤维。本实用新型可应用的领域包括但不限于：航空、国防领域（飞机、火箭、导弹、卫星、雷达等）、体育休闲用品（高尔夫球杆、渔具、网球拍、羽球拍、箭杆、自行车、赛艇等）、压力容器、建筑加固、风力发电、摩擦材料、钻井平台等、汽车、医疗器械等。

虽然本实用新型是以一个最佳实施例做说明，但本领域的技术人员能在不脱离本实用新型精神与范畴下做各种不同形式的改变。以上所举实施例仅用以说明本实用新型而已，并非用以限制本实用新型的保护范围。举凡不违本实用新型精神所从事的种种修改或变化，均属于本实用新型申请专利范围。

Claims

1. 一种热再塑性复合式碳纤结构，其特征在于，它包括：一个由含有热可塑性材料的热可塑性碳纤维所构成的热可塑性碳纤维基材层，所述热可塑性碳纤维基材层是由所述热可塑性碳纤维垂直交错层迭所构成。

2. 如权利要求1所述的热再塑性复合式碳纤结构，其特征在于，所述热可塑性碳纤维基材层的外表面还具有一由热可塑性材料所构成的热再塑层。