TW201511929A

TW201511929A - 複合材料及其製造設備與製造方法

Info

Publication number: TW201511929A
Application number: TW102134188A
Authority: TW
Inventors: Feng-Chang Lu; Shao-Chun Lu
Original assignee: Yes Solutions Co Ltd
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2015-04-01

Abstract

本發明提供一種複合材料及其製造設備與製造方法，其製造方法之步驟包括：(a)製備一纖維材，纖維材具有複數個間隔空間；(b)對纖維材進行去除靜電處理；(c)將複數個熱塑性之粉體以靜電吸附方式附著於纖維材之間隔空間內；(d)對附著有該些粉體之纖維材進行加熱，以使該些粉體熱融、滲透並填滿於間隔空間；(e)對纖維材施以降溫；以及(f)收捲纖維材以成一複合材料；藉此，利用複合材料可製作出淺碟型的電子產品機殼、中深度的汽、機車零配件或是高深度的旅行箱、包。

Description

複合材料及其製造設備與製造方法

本發明係有關於一種複合材料，尤指一種複合材料及其製造設備與製造方法。

按，碳纖維、防彈纖維或玻璃纖維等複合材料係為一種高強度和高鋼度之輕質材料，由於其機械性質之優越特性，而能夠廣泛地運用於各領域中。

請參閱圖1所示，圖1為習用之熱固性碳纖維複合材剖視圖，其包括有：一碳纖維基體1，係由複數條碳纖維絲束交錯編織構成；以及二環氧樹脂層2，係分別含浸於碳纖維基體1之兩側，形成一碳纖維複合材，而於成品製作時，係透過碳纖維複合材堆疊包覆於待接合物，再經熱壓加以成型，最後透過表面研磨、補土、噴漆、烤漆、拋光處理修飾，耗時又費工，以製出成碳纖維產品，此種製法及產品常見於自行車零組件、運動器材及風力葉片上，此為傳統熱固性複合材料之成型技術。

另外，目前業界製作熱塑性複合材料，亦有以三明治貼合方式（如圖2所示），將膠膜4(可以是PC膜、PP膜或PET膜)貼合於碳纖維、防彈纖維或玻璃纖維等複合材料3之兩側，經熱壓合成為片材，二層以上片材熱壓合即成為板材；如此一來，熱塑性複合材料於熱壓成型的施作過程中，將無法適配於較小圓角(R角)或是較深、較高之待接合成型物，故製作出來的成品，其圓角(R角)或較中高深度受到明顯的限制，加上以三明治上、下層貼合膠膜4方式會產生纖維間包覆空氣，進而降低了原本纖維的鋼性優勢，而不利於產業上之利用，減少了複合材料的適用範圍（例如汽、機車及旅行箱、包等產業）。

有鑑於此，本發明人積極投入研究與開發，終於完成本發明「複合材料及其製造設備與製造方法」，以克服現行技藝之限制。

為解決上述課題，本發明揭露一種複合材料及其製造設備與製造方法，其複合材料可以是碳纖維、防彈纖維或玻璃纖維等，其複合材料具有較佳之撓曲性，而能夠用於製作較小圓角(R角)或較深、較中、高深度之產品，例如是中深度汽機車零配件、高深度旅行箱箱殼體等產品。

為達上述目的，本發明提供一種複合材料，其包括有：一纖維材，係由複數條纖維細絲交錯編織或單向排列構成，且於該些纖維細絲之間具有一間隔空間；以及一熱塑性材料，係以熱融結合方式固著於該些纖維細絲，並包覆、填滿於該些間隔空間。

為達上述目的，本發明提供一種複合材料之製造設備，其包括有：一送料裝置，係用以輸送一纖維材，纖維材具有複數個間隔空間；一除靜電裝置，係設置於輸送纖維材之路徑上，用以將纖維材之一表面去除靜電；一靜電靜電含浸室，其內設有複數個熱塑性之粉體，靜電含浸室用以接收纖維材，以使些粉體靜電吸附於纖維材，並完全包覆、填滿於纖維材之間隔空間；一加熱室，係用以對附著有該些粉體之纖維材加熱，以將該些粉體熱融，並固著於間隔空間內；一壓實裝置，係用以對加熱後之纖維材壓實；以及一收料裝置，用以收取壓實後之該纖維材，以使其成一捲狀複合材料。

為達上述目的，本發明提供一種複合材料之製造方法，其步驟包括：(a)製備一纖維材，其具有複數個間隔空間；(b)對纖維材進行去除靜電處理；(c)將複數個熱塑性之粉體以靜電吸附方式附著於纖維材之間隔空間內；(d)對附著有該些粉體之纖維材進行加熱，以使該些粉體熱融並填滿於間隔空間；(e)對纖維材施以降溫；以及(f)收捲纖維材以成一複合材料。

藉此，本發明之複合材料因含浸有熱塑性之粉體，並透過加熱成為熱塑性材，使其具有較佳之撓曲性，能夠適用於製作較高、較深之成品，例如是高深度之旅行箱箱體，當然，亦能適用在淺碟型3C電子產品機殼、中深度汽機車零配件上。

再者，本發明於製造過程中，採靜電附著方式，使熱塑性粉體能夠有效地附著於纖維材上，以能夠有效滲透填滿於纖維材之經緯間隔空間內，並包覆著纖維絲體，以達到均勻附著完全含浸之功效。

為便於說明本發明於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同物件係按適於列舉說明之比例，而非按實際元件的比例與以繪製，合先敘明。

請參閱圖2所示，圖2為本發明之製造設備示意圖，本發明之製造設備，包括有：

一機台100，其一端設有一送料裝置10，送料裝置10包括一送料輪，用以輸送一纖維材20，更佳的是，送料裝置10還包括有一張力控制器，用以控制送料之張力，其中，如圖4所示，纖維材20由複數條纖維經絲21與緯絲22交錯編織構成，且於該些經絲21與該些緯絲22彼此間具有一間隔空間23，且纖維材20可以選自碳纖維、防彈纖維、玻璃纖維之其一，而本發明之纖維材20除了是交錯編識外，亦能以纖維細絲單向排列，且間隔空間23位於兩兩纖維細絲之間。

一除靜電裝置30，係設置於輸送纖維材20之路徑上，即設置於送料裝置10之後，用以將纖維材20之一表面去除靜電，由於電荷可分為正電荷與負電荷，若去除纖維材20一表面之負電荷，則可使纖維材20一表面形成正電荷。

一靜電含浸室40，係設置於除靜電裝置30之後，靜電含浸室40具有一入口端41及一出口端42，入口端41用以倒入複數個研磨至適當大小的熱塑性粉體50，使該些粉體50均勻分佈於靜電含浸室40內，靜電含浸室40用以接收該纖維材20，以使該些粉體50靜電吸附於纖維材20，並填滿於纖維材20之間隔空間23；於本發明實施中，粉體50係以帶負電荷附著於纖維材20上，其能夠利用靜電噴槍噴塗或是靜電滾輪組使粉體50附著於其上，且因正、負電荷互相吸引之原理，可使粉體50能夠有效地附著於纖維材20之一表面上，其中，未能附著於纖維材20上的粉體50，可由出口端42進行負壓收集再利用，另外，纖維材20送入靜電含浸室40的速度介於1m/min與10m/min之間，而粉體50大小介於10μm~900μm。

一加熱室60，係設置於靜電含浸室40之後，用以對附著有該些粉體50之纖維材20加熱，以將該些粉體50熱融滲透，使其固著包覆於間隔空間23內，而與纖維材20結合成一體，其中加熱室60之加熱溫度為30^o C~300^o C。

一壓實裝置70，係用以對加熱後之纖維材20進行壓實，以使粉體50於熱融滲透狀態中壓密於纖維材20之經、緯間，其中，壓實裝置70可為兩個滾輪，於壓實完成後，纖維材20能夠進行後段降溫，其降溫可採室溫冷卻。

一收料裝置80，用以收取壓實後之纖維材20，其中，收料裝置80包括一張力控制器，用以控制收料張力。

一循環裝置90，其係設置於送料裝置10與收料裝置80之間，以供纖維材20翻面並自收料裝置80輸送至送料裝置10，以再次進行纖維材20之另一表面進行含浸處理，當纖維材20上、下表面均有含浸粉體50後則能透過收料裝置80將其收成一捲狀之複合材料200(如圖6)，以便於後續之壓製成熱塑性板材加工使用。

透過製造設備，能夠使熱塑性粉體50靜電附著於纖維材20內部，並透過加熱處理，使得粉體50熱融成熱塑性材料51填滿於纖維材20之經緯間隔空間23，如此一來，相較於習用，本發明複合材料200具有較佳之撓曲性，同時經、緯間隔空間23內沒有包覆空氣問題及編織布紋路走紗問題，以便於後續之下游熱壓成型加工作業，符合客戶產品之品質驗收標準。

請參閱圖3~圖5所示，本發明複合材料之製造方法，其步驟包括：

製備一纖維材20，係由複數條纖維經絲21與緯絲22交錯編織構成且於該些經絲21與該些緯絲22彼此間具有一間隔空間23，其中纖維材20亦可單向排列。

對纖維材20進行去除靜電處理，係利用靜電去除，使纖維材20之一表面佈滿正電荷。

將複數個熱塑性之粉體50以靜電吸附方式附著於纖維材20之間隔空間23內（如圖4所示），係利用帶負電荷之粉體50以靜電噴塗或靜電滾壓均勻附著於纖維材20上，且本發明之靜電附著手段，不會因粉體50質量小、直徑小而發生不易附著於纖維材20之情形。

對附著有該些粉體50之纖維材20進行加熱，以使該些粉體50熱融結合於間隔空間23（如圖5所示），由於熱塑性之粉體50經過加熱烘烤處理，而能夠熱融成一熱塑性材料51，據以滲透填滿於間隔空間23。

對加熱後之該纖維材20進行壓實，以使熱塑性材料51緊密地佈滿間隔空間23並完全包覆纖維絲體。

對纖維材20施以降溫，以使熱塑性材料51慢慢地固化於纖維材20。

將纖維材20翻面，並重覆去除靜電、附著粉體50、加熱、壓實、降溫等步驟，以使熱塑性材料51完全填滿於纖維材20上、下表面及內部，如圖6所示。

最後將雙面含浸有熱塑性材料51之纖維材20收納成捲為一複合材料200，以便於後續下游熱壓成型加工廠商之作業。

藉此，本發明利用熱塑性粉體靜電附著於纖維材20表面及內部，並透過加熱處理，使得粉體50熱融成熱塑性材料51填滿於纖維材20之經緯間隔空間23，如此一來，相較於習用，本發明複合材料200具有較佳之撓曲性，以便於後續之成型作業，將能夠不受材質的限制以適用於淺碟型、中深度或高深度之各式類產品，例如是淺碟型的3C電子產品機殼、中深度的汽、機車零配件或高深度的旅行箱、包殼體等等。

請參閱圖7所示，本發明利用複合材料200之可撓曲性，而能夠適用於高深度之旅行箱300或是旅行包，使得適用範圍較習用為廣泛，極具產業利用性。

雖然本發明是以一個最佳實施例作說明，精於此技藝者能在不脫離本發明精神與範疇下作各種不同形式的改變。以上所舉實施例僅用以說明本發明而已，非用以限制本發明之範圍。舉凡不違本發明精神所從事的種種修改或改變，俱屬本發明申請專利範圍。

習用部分
1‧‧‧碳纖維基體
3‧‧‧複合布材
本發明部分
10‧‧‧送料裝置
20‧‧‧纖維材
21‧‧‧經絲
22‧‧‧緯絲
23‧‧‧間隔空間
30‧‧‧除靜電裝置
40‧‧‧靜電含浸室
41‧‧‧入口端
42‧‧‧出口端
2‧‧‧環氧樹脂層
4‧‧‧膠膜
50‧‧‧粉體
51‧‧‧熱塑性材料
60‧‧‧加熱室
70‧‧‧壓實裝置
80‧‧‧收料裝置
90‧‧‧循環裝置
100‧‧‧機台
200‧‧‧複合材料
300‧‧‧旅行箱

[圖1] 為習用之熱固性碳纖維複合材剖視圖。 [圖2] 為習用之熱塑性複合材料示意圖。 [圖3] 為本發明之製造設備示意圖。 [圖4] 為本發明之製造方法之步驟流程圖。 [圖5] 為本發明之纖維材示意圖。 [圖6] 為本發明對於纖維材附著粉體示意圖。 [圖7] 為本發明之複合材料剖視圖。 [圖8] 為本發明之運用狀態示意圖。

Claims

一種複合材料，其包括有：一纖維材，係由複數條纖維細絲構成，該些纖維細絲之間具有一間隔空間；以及一熱塑性材料，係熱融包覆於該些纖維細絲，並填滿於該些間隔空間。
如請求項1所述之複合材料，其中，該些纖維細絲係交錯編織。
如請求項1所述之複合材料，其中，該些纖維細絲係單向排列。
如請求項1所述之複合材料，其中，該熱塑性材料為複數個粉體，且該些粉體之大小介於10μm~900μm。
一種複合材料之製造設備，其包括有：一送料裝置，係用以輸送一纖維材，該纖維材具有複數個間隔空間；一除靜電裝置，係設置於輸送該纖維材之路徑上，用以將該纖維材之一表面去除靜電；一含浸室，其內設有複數個熱塑性之粉體，該含浸室用以接收該纖維材，以使該些粉體靜電吸附於該纖維材，並滲透填滿於該纖維材之間隔空間；一加熱室，係用以對附著有該些粉體之該纖維材加熱，以將該些粉體熱融，使其包覆、固著於該間隔空間內；以及一收料裝置，用以收取壓實後之該纖維材，以使其成一捲狀複合材料。
如請求項5所述之複合材料之製造設備，更包括一壓實裝置，該壓實裝置用以對加熱後之該纖維材壓實，該壓實裝置係包括兩個滾輪。
如請求項5所述之複合材料之製造設備，其中，該含浸室內具有一靜電噴槍，用以將該些粉體噴塗於該纖維材。
如請求項5所述之複合材料之製造設備，其中，該含浸室內具有一靜電滾輪組，用以將該些粉體滾塗於該纖維材。
如請求項5所述之複合材料之製造設備，其中，該含浸室具有一出口，用以負壓回收殘留之粉體。
如請求項5所述之複合材料之製造設備，其中，該送料裝置與該收料裝置之間設有一循環裝置，以供該纖維材翻面並自該收料裝置輸送至該送料裝置。
如請求項5所述之複合材料之製造設備，其中，該纖維材送入該含浸室之速度介於1m/min與10m/min之間。
如請求項5所述之複合材料之製造設備，其中，該加熱室之加熱溫度為50^o C~300^o C。
一種複合材料之製造方法，其步驟包括： (a)製備一纖維材，該纖維材具有複數個間隔空間； (b)對該纖維材進行去除靜電處理； (c)將複數個熱塑性之粉體以靜電吸附方式附著於該纖維材之間隔空間內； (d)對附著有該些粉體之該纖維材進行加熱，以使該些粉體熱融滲透並填滿、包覆於該間隔空間； (e)對該纖維材施以降溫；以及 (f)收捲該纖維材以成一複合材料。
如請求項13所述之複合材料之製造方法，其中，該步驟(d)與步驟(e)之間更具有一步驟(d1)，該步驟(d1)係對加熱後之該纖維材進行壓實動作。
如請求項13所述之複合材料之製造方法，其中，該步驟(e)之後更包括一步驟(e1)，該步驟(e1)係將該纖維材翻面並重複實施步驟(b)~步驟(e)。