CN206374269U - 复合材料构材 - Google Patents
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Abstract
本实用新型所提供的复合材料构材，将由非等向性的复合材料所制成的复合层，与由等向性材料所制成的夹层彼此交错迭置所成的带，作为构材的主要组成成分，并经成型为固定形状的构材，以供产业上使用，且可在各该复合层与各该夹层的迭层构造上直接钻设贯穿的孔洞，以供连接。
Description
技术领域
本实用新型与构材有关，特别是关于一种复合材料构材。
背景技术
美国第7357726号专利前案中所揭露的复合材料构材(structural element)的制造方法，为一般用以进行连续制造异型产品的已知拉挤法(pultrusion)，通过特定模具所提供的模塑空间，使所成型的构材断面呈工字型、C型、L型或环状等，以供建筑、汽车等不同产业的使用。
微观上，复合材料的构材中，必需通过树脂等基材维持纤维等补强材料的预期排列方向，并在纤维的周侧形成封闭的保护膜，提供侧向的支撑，避免纤维因彼此间的相互摩擦而受损致造成应力集中，使得构材本身的强度及结构受到影响，而为便于复合材料与其他元件进行结合，在构材上进行钻孔以提供结合元件进行结合的技术手段仍然有被采用的必要，但构材一经钻孔，其纤维的连续性即产生断点，而成为应力集中的部位，造成脱层或裂缝等影响结构强度的破坏，悖于强化材料提供补强的目的。
因此，为避免对复合材料构成的钻孔衍生的缺失，已知技术中遂有在保持复合材料中的纤维完整性的前提下，通过黏着将构材与其他元件进行结合，是等技术固可以避免纤维受到破坏以确保复合材料构材本身的强度，但却将受限于结合部位的黏着力，使得复合材料构材的应用受到局限，例如以碳纤维为材料所制成的车辆传动轴，其两端的金属接头与传动轴间仅能通过胶合进行结合，而黏着剂的劣化程度与金属介面的疲劳忍受度因难以预期，对于行车的安全不啻成为一项不可预期的危险因子。
由此可知，复合材料虽已被广泛地使用于各种不同技术领域中，但其与其他元件间的结合技术仍然受到限制，钻孔后固可以螺栓等结合元件提供良好的结合强度，却因应力的集中将会造成复合材料构材自身的损坏，黏着的胶合手段，虽可以保持复合材料构材自身的完整性，避免造成应力集中，却因黏着剂所难以避免的劣化，使得结合的强度不若螺栓般的强韧，虽各有其优点，但均非良善。
实用新型内容
因此，本实用新型的主要目的即在提供一种复合材料构材，其可避免构材在与外部元件间结合时，因构材因如钻孔等局部结构的破坏而使应力集中，造成构材的损坏。
缘是，为达成上述目的，本实用新型所提供的复合材料构材，将由非等向性的复合材料所制成的复合层，与由等向性材料所制成的夹层彼此交错迭置所成的带，作为构材的主要组成成分，并经成型为固定形状的构材，以供产业上使用者，并可在各该复合层与各该夹层的迭层构造上直接钻设贯穿的孔洞。
其中，各该复合层分别具有单向排列的纤维补强材与裹设于各该纤维补强材上的高分子基材，而各该夹层则由等向性材料所制成，并分别介于任两个相邻的复合层间。
为使构材的形状特定，使该复合材料构材更包含有一具有特定形状的内部，并使各该复合层与各该夹层包裹于该内部的外侧上，以形成与该内部轮廓相同的外形。
其中，该内部的形状可为工字型、L字型或C字型，同时，该内部除可为有形体的物品外，也可以为无形体的空间。
而为使应力的传递可以通过各该夹层适当地分散，避免对各该复合层的纤维补强材造成损坏，使各该夹层平均地分散于各该复合层之中，而使其彼此依序地交错迭置，同时为进一步强化该构材的机械强度，使各该复合层的个别厚度介于10μm至40μm，以及使各该夹层的个别厚度介于6μm至35μm间。
其中，当该夹层以铝或其合金材料制成时，应对各该夹层进行如阳极处理等表面处理，避免产生电位锈蚀(Galvanic corrosion)。
另外，该复合材料构材的制造，则以上述的复合层与夹层彼此迭置而成的迭层体，经绕卷成为管状的一外部后，再取用具有特定形状的芯，穿设于该外部的管内空间中，作为模具，并施加如气压等外力，使该外部紧缩并贴覆于该芯的周侧上，再经固化成型。
而在该外部固化成型时，可使该芯与该外部结合成一体，可以该芯作为该构材的内部，此际，为达轻量化的目的，可以如发泡塑胶等轻质材料制造该芯。
相对的，也可以在该外部成型后，将该芯予以抽离，而使该芯原所在的空间成为无实体的空间，以形成无实体空间的内部。
附图说明
图1为本实用新型一较佳实施例的构材立体图。
图2为本实用新型一较佳实施例中由复合层与夹层彼此交错迭置的迭层构造示意图。
图3为本实用新型一较佳实施例的剖视图。
图4为本实用新型一较佳实施例的制造流程示意图。
附图标记
10：复合材料构材；11：固定孔；20：外部；21：复合层；22：夹层；30：内部；41：芯。
具体实施方式
首先，请参阅图1至图3所示，在本实用新型一较佳实施例中所提供的复合材料构材10，具工字型的形状，而可作为取代建筑材料中的工字型钢梁或作为车辆的构成，当然，其也可以为其他的不同形状或构造，而可供其他不同产业所利用，换言之，即本实用新型所称的构材并不仅局限于建筑技术中所称的构材，而在构造上，该复合材料构材10，主要乃包含有一外部20及一内部30。
该外部20由复合材料与等向性材料分别所制成的多数单层彼此迭置而成的迭层构造(Laminate)，具有多数的复合层21与多数的夹层22，其中，各该复合层21的个别分别为纤维带(tape)而非纤维布(fabric)的构造，且各自具有呈单向排列的纤维补强材料，与裹设于各该纤维补强材料上的高分子基材，其单层的厚度则以介于10μm至40μm为较佳，并可以为玻璃纤维、石墨纤维、克夫龙纤维、碳管或其替代、或其取代的材料；
各该夹层22则以如铝等金属或其他非金属的等向性材料所制成，其单层的厚度以介于6μm至35μm间为较佳；
并使各该复合层21与各该夹层22彼此依序地交错迭置，从而使各该夹层22可以平均地分散于整个迭层构造中，而可以使各该夹层22可以在迭层构造的内部，将所接受的力均匀地分散开来，避免应力集中于局部所将衍生的损坏。
该内部30为赋予该复合材料构材10整体的特定形状，并可达到增加构材体积及减少该外部20使用量的效果，而可由如泡棉或其他发泡塑胶等轻质材料，供该外部20裹设于该内部30的周侧上。
通过上述构件的组成，该复合材料构材10可以通过该外部20提供良好的机械强度，同时也可将多数的固定孔11直接钻设于该外部20与该内部30上，而分别贯穿各该复合层21与各该夹层22，据此，当将如螺栓等结合元件固定于各该固定孔11中，使该复合材料构材10可以与另一复合材料构材或外部构件间结合时，虽然纤维补强材的纤维连续性受各该固定孔11所破坏，致使力的传递无法续行而集中于断点部位上，但通过各该夹层22，则可将未能经由纤维传递的力，通过各该夹层22材料的等向性，将力继续地传递至纤维上，避免应力集中，从而达到提高该复合材料构材10结合部位的机械强度，使该复合材料构材10可以应用的范围更为广泛，并且，由于各该夹层22平均地分散至迭层构造中，以及具有甚薄的厚度，通过这些技术，可确保力的平均分散，同时可以避免脱层，以维持该复合材料构材10结构的稳定性。
进一步请参阅图4所示，为制造该复合材料构材10，可实施下述的步骤：
a.取用由各该复合层21与各该夹层22迭置而成的迭层体，并予以绕设成为呈管状的外部20。
b.取用一长条状的芯41，同轴地穿伸于该外部20的管内空间中。
c.施加如气压等外力予该外部20的外侧，使之受压而紧缩并贴覆于该芯41 的外侧上。
d.使该外部20裹于该芯41地受到固化成型。
其中，当在该d步骤实施时，倘使该外部20与该芯41一体成型，致该芯 41在成型后无法与该外部脱离时，则该芯41即如图4中的(a)所示般，成为该复合材料构材10的内部30，为此，则以使用泡棉或其他发泡塑胶等轻质材料作为该芯的材料为较佳，以达到轻量化的目的与效果。
相对地，倘在该d步骤实施后，有将该芯41与已固化成型的外部20予以分开的必要时，则应在该d步骤实施时，使该外部20与该芯41间有可分离的可能，例如预先在该芯41表面涂覆脱模剂等，以在该步骤d实施后，将该芯 41抽离，而如图4中的(b)所示般，使该芯41抽离后的空间构成该复合材料构材10的内部30。
而无论以有形体的芯或无形体的空间构成该复合材料构材10的内部30，均不影响该外部20所能达成避免应力集中的功效，同时，为获得该复合材料构材10的特定形状，该芯的断面形状除可为本实施例所揭露的工字型外，也可以为C字型、L字型或其他几何形状，以使该复合材料构材10的形状可以因应不同的需求。
Claims (6)
1.一种复合材料构材，其特征在于，包含有：
一外部，具有彼此迭接的多数复合层与多数夹层，各该复合层分别具有单向排列的纤维补强材与裹设于各该纤维补强材上的高分子基材，各该夹层则由等向性材料所制成，并分别介于任两个相邻的复合层间。
2.如权利要求1所述的复合材料构材，其特征在于，更包含有一断面呈工字型、L字型或C字型的内部，位于该外部之中。
3.如权利要求2所述的复合材料构材，其特征在于，该内部为有体物品或空间。
4.如权利要求1、2或3所述的复合材料构材，其特征在于，各该复合层与各该夹层彼此间依序交错迭置。
5.如权利要求4所述的复合材料构材，其特征在于，各该复合层的厚度分别介于10μm至40μm间，而各该夹层的厚度则分别介于6μm至35μm间。
6.如权利要求5所述的复合材料构材，其特征在于，更包含有多数的固定孔，各自贯穿各该复合层与各该夹层。
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