TW201347979A - 一次成型的芯型結構體及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種一次成型的芯型結構體及其製造方法，該芯型結構體依序包含有一強化層、一芯體層及一底層。該強化層為纖維複合材料；該芯體層包含有一基板與一填充材，該基板具有至少一容置空間，該填充材係位於該容置空間內；該底層為纖維複合材料或塑膠材料。其製造方法為依序將上述材料疊層後，放入模型中，施以加溫加壓以製成該芯型結構體。

Description

一次成型的芯型結構體及其製造方法

本發明係與夾芯結構體有關，更詳而言之是指一種一次成型的芯型結構體及其製造方法。

對於運動用品、電子產品、建材及汽機車零件等生活用品而言，為因應質量輕且具力學特性之產品，而衍生出一種中間為芯材夾於兩層面材中的組合式結構，藉由較輕的芯材被包覆於較剛硬的面材間，而得到質輕且高強度的複合材料。

習用的夾芯結構體，係先利用發泡材料製作一發泡結構體，再於該發泡結構體表面塗佈一接著層，一纖維複合材料覆蓋於該接著層表面，該接著層滲入該纖維複合材料之間隙後凝固硬化，使該纖維複合材料黏貼及包覆於該發泡結構體之表面上。

此夾芯結構體需先製備該發泡結構體，再將該纖維複合材料黏合於該發泡結構體，上述製程為需要二次加工，增加製程的繁複性；且先製備出來的發泡結構體結構脆弱，尚未包覆纖維複合材料之前易受到外力衝擊而產生外觀上受損，造成保存上的困難度。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種一次成型的芯型結構體及其製造方法，其製程簡單且產物保存容易並具有高 強度的機械性質。

緣以達成上述目的，本發明所提供之一次成型的芯型結構體包含有一芯體層、一強化層及一底層。該芯體層，包含一基板及一填充材，該基板具有至少一容置空間，該填充材係位於該容置空間內；該強化層，為纖維複合材料，位於該芯體層之一面；該底層，位於該芯體層之另一面。

上述之基板具有至少一貫孔或至少一凹槽，該貫孔或該凹槽內部形成該容置空間。

上述之纖維複合材料包含至少一纖維材料與至少一樹脂材料，該樹脂材料滲設於該纖維材料之間隙中，連結該纖維材料。該樹脂材料可以為熱固型材料或熱塑型材料。

上述之樹脂材料與填充材之搭配組合可以如以下組合方式：該樹脂材料為熱固型材料，該填充材為熱固型材料；該樹脂材料為熱固型材料，該填充材為熱塑型材料；該樹脂材料為熱塑型材料，該填充材為熱塑型材料；該樹脂材料為熱塑型材料，該填充材為熱固型材料。

上述之該底層為該纖維複合材料。且至少一表面層結合於該強化層或該底層之表面。該表面層為熱固型材料或熱塑型材料。

上述之底層為熱固型材料或熱塑型材料。且更包含有一表面層與該強化層結合。該表面層為熱固型材料或熱塑型材料。

上述之芯型結構體更包含有至少一接著層，使該強化層和 底層分別與該芯體層結合固定。該接著層為熱固型材料或熱塑型材料。

緣以達成上述目的，本發明所提供該一次成型的芯型結構之製造方法，其包含以下步驟：將上述之強化層、芯體層及底層依序疊層後，放入模型中；將該模型的反應環境之溫度調整至攝氏100~300度，壓力調整至每平方公分20公斤~150公斤以進行反應；再進行降溫步驟，將該模型的反應環境之溫度調整至攝氏30度~120度後；打開該模型，取出該芯型結構體。

綜合上述，藉由本發明之製程僅需一次加工即可得到質輕且高強度的一次成型的芯型結構體，化簡習用二次加工的繁複性與保護芯體層的完整性。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如后。

圖1及圖2所示，為本發明所提供一第一較佳實施例之一次成型的芯型結構體1，該芯型結構體1之中間為一芯體層10，由該芯體層10之頂、底面向外分別依序包含一接著層30、一強化層20以及一表面層40。

該芯體層10包含一基板12與一填充材14。該基板12可以為金屬材質(鋁、鋁合金或鋼材等)、塑膠材質(聚丙烯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物或聚碳酸酯等)或纖維材質(碳 纖維或玻璃纖維等)。該基板12具有複數個貫孔，該些貫孔之內部分別形成一容置空間12A。該填充材14係位於該容置空間12A內，且該填充材14可以為熱塑型材料(聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龍、聚氨基甲酸酯等)或熱固型材料(酚醛樹脂、聚氨基甲酸酯等)之單體或聚合後的產物或金屬相關等材料。本實施例之填充材14為熱固性發泡材料，以該基板12為模型於該容置空間12A內發泡形成，以致該芯體層10較習用單純的發泡結構體具有較高的機械強度。另一說明的是，該基板12之型態不受限於上述實施例之限制，亦可如圖3所示，為本發明第二較佳實施例，具與第一實施例之相同結構，唯差異處在於該基板2為一體成形之一面封閉2A而另一面具有複數個凹槽之結構，該些凹槽內部分別形成一容置空間2B，以容納該填充材14。

該二強化層20分別位於該芯體層10之頂、底面側，係由一纖維材料22與一樹脂材料24組合而成的纖維複合材料。將該纖維材料22預浸於該樹脂材料24中，藉此該樹脂材料24滲設於該纖維材料22之間隙，以黏結纖維，而與該纖維材料22共同形成複合性結構。該纖維材料22可為碳纖維、玻璃纖維、克維拉纖維、硼纖維或碳化矽纖維等。該樹脂材料24可以為熱塑型材料(聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龍、聚氨基甲酸酯等)或熱固型材料(酚醛樹脂、聚氨基甲酸酯等)。該強化層20用以強化該芯體層10之機械強度，以得 質輕且高強度之結構。

該二接著層30是分別設於該芯體層10之頂、底面且黏結該芯體層10與該強化層20。該些接著層30為熱塑型材料(聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龍、聚氨基甲酸酯等)或熱固型材料(酚醛樹脂、聚氨基甲酸酯等)所形成的薄膜，用以提高該芯體層10與該強化層20間的結合強度。但如圖4所示，為本發明第三較佳實施例之芯型結構體3，與第一實施例具相同結構，唯差異在於：該芯型結構體3省略該接著層30，其省略原因是因為該芯體層10與該強化層20間因材料特性而兩者間具有較佳的結合強度，故可以減少設置該接著層30，一樣可以達到相同結合效果，以化簡製程及降低成本。

該二表面層40係貼附於該強化層20的表面，且該二表面層40具有官能基，用以提高強化層20與其他物件(像是橡膠、塑膠等)的接合強度；或是，當作一保護膜，避免該強化層20遭外力而受損。該表面層40係由熱塑型材料(聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龍、聚氨基甲酸酯等)或熱固型材料(酚醛樹脂、聚氨基甲酸酯等)所形成的薄膜。該表面層40之材質選擇係與欲結合物件的材質有關，如下表1所示，舉例該表面層40與欲結合物件為同類材質或異類材質時之材料間的搭配。

另一說明的是，該表面層40之設置非必要條件，可以依使用需求而增設該表面層40以提高產品強度與結合效果，或省略該表面層40的設置以化簡製程及漸低成本。

上述為本發明較佳實施例之芯型結構體1之結構介紹，接著對該芯型結構體1之加工製造方法說明如後，請配合圖1、圖2及圖5所示：

一、將各層材料依上述第一較佳實施例所述之順序層疊，由上而下分別為該表面層40、該強化層20、該黏著層30、該芯體層10、該黏著層30、該強化層20及該表面層40；二、將層疊好的材料放入一模型中；三、依據各層材料間之搭配組合而將該模型之反應環境於一第一時間內調整至一設定溫度與一設定壓力(不同材質之搭配組合的加工條件如下表2所示)；四、接著降溫冷卻，於一第二時間內將溫度調整至攝氏溫度30~120度進行降溫，壓力則保持等於或大於升溫時的壓力，以避免過低的壓力造成該(請加)上下模型分離。

五、於降溫後，即可打開模型，取得該芯型結構體1。

另外一提的是，該芯型結構體1之尺寸大小，可以於疊層前先將各層材料材切成所需尺寸再進行反應；或是將反應後的 成品進行裁切，以因應各種不同尺寸的需求。

請再參閱圖6所示，為本發明第四較佳實施例的芯型結構體4，係以第一實施例之芯型結構體1為基礎下，將該芯體層10之底面側省略該接著層30及該強化層20，而直接連接一底層50。該底層50可以為如第一實施例所述之構成強化層20的纖維複合材料或如構成表面層40的塑膠材料(熱塑型材料或熱固型材料)，於本實施例中為塑膠材料，藉由該塑膠材料使該芯型結構體4直接與其他物件結合，以減少製作成本，且非結合面側仍保有優異的機械強度。

綜合上述，本發明之芯型結構體1(3、4)其製造方式屬一次加工，非習用技術所述之二次加工，故製作過程簡單且快速。且該芯體層10中的填充材14於加工過程即被強化層20所包覆，無裸露之虞，故解決習用技術中需先製備出發泡結構體，使該發泡結構體具受損之疑慮。又該芯體層10包含該填充材14與該基板12，該基板12設置為習用技術所未揭露， 造就該芯體層10較單純的發泡結構體具有較好的機械強度。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構及製作方法變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

1‧‧‧芯型結構體

10‧‧‧芯體層

12‧‧‧基板

12A‧‧‧容置空間

14‧‧‧填充材

20‧‧‧強化層

22‧‧‧纖維材料

24‧‧‧樹脂材料

30‧‧‧接著層

40‧‧‧表面層

2‧‧‧基板

2A‧‧‧封閉面

2B‧‧‧容置空間

3‧‧‧芯型結構體

4‧‧‧芯型結構體

50‧‧‧底層

圖1為本發明第一較佳實施例之分解圖；圖2為本發明第一較佳實施例之剖面圖；圖3為本發明第二較佳實施例之基板另一實施態樣；圖4為本發明第三較佳實施例之剖面圖；圖5為圖1之製作流程圖；圖6為本發明第四較佳實施例之剖面圖。

1‧‧‧芯型結構體

10‧‧‧芯體層

20‧‧‧強化層

30‧‧‧接著層

40‧‧‧表面層

Claims (15)

1. 一種一次成型的芯型結構體，包含：一芯體層，包含一基板及一填充材，該基板具有至少一容置空間；該填充材係位於該容置空間內；一強化層，為纖維複合材料，位於該芯體層之頂面；一底層，位於該芯體層之底面。
2. 如請求項1所述之一次成型的芯型結構體，其中該基板具有至少一貫孔，該貫孔內部形成該容置空間。
3. 如請求項1所述之一次成型的芯型結構體，其中基板具有至少一凹槽，該凹槽內部形成該容置空間。
4. 如請求項1所述之一次成型的芯型結構體，其中該纖維複合材料包含至少一纖維材料與至少一樹脂材料，該樹脂材料滲設於該纖維材料之間隙中，連結該纖維材料。
5. 如請求項4所述之一次成型的芯型結構體，其中該樹脂材料為熱固型材料，該填充材為熱固型材料。
6. 如請求項4所述之一次成型的芯型結構體，其中該樹脂材料為熱固型材料，該填充材為熱塑型材料。
7. 如請求項4所述之一次成型的芯型結構體，其中該樹脂材料為熱塑型材料，該填充材為熱塑型材料。
8. 如請求項4所述之一次成型的芯型結構體，其中該樹脂材料為熱塑型材料，該填充材為熱固型材料。
9. 如請求項1所述之一次成型的芯型結構體，其中該底層為 纖維複合材料。
10. 如請求項9所述之一次成型的芯型結構體，更包含一表面層結合於該強化層或該底層之表面，其中該表面層為熱固型材料或熱塑型材料。
11. 如請求項1所述之一次成型的芯型結構體，更包含有一表面層與該強化層結合，其中該表面層為熱固型材料或熱塑型材料；且該底層為熱固型材料或熱塑型材料。
12. 如請求項5、6、7或8所述之一次成型的芯型結構體，更包含有至少一接著層，使該強化層和底層分別與該芯體層結合固定。
13. 如請求項12所述之一次成型的芯型結構體，其中該接著層為熱固型材料或熱塑型材料。
14. 一種如請求項1所述之一次成型的芯型結構體之製造方法，其包含以下步驟：將強化層、芯體層及底層依序疊層後，放入一模型中；將該模型的反應環境之溫度調整至攝氏100~300度，壓力調整至每平方公分20公斤~150公斤以進行反應後；打開該模型，取出該芯型結構體。
15. 如請求項14所述之製造方法，其中於反應後和打開模型前更包含一降溫冷卻步驟，該降溫冷卻步驟係將該模型的反應環境之溫度調整至攝氏30度~120度。