TW201515918A - 碳纖維自行車部件的心模殼積層成型方法及其成型結構 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種碳纖維自行車部件的心模殼積層成型方法及其成型結構，其主要是經心模殼成型步驟、心模殼表面積層步驟、加壓成型步驟、加熱固化步驟及成品完成步驟，製得一碳纖維自行車部件，該自行車部件的成型結構包括至少一為中空殼層結構且成形有至少二端口心模殼，以及一由含浸碳纖維布積層設於該心模殼外面構成之碳纖維層，令該碳纖維層之一接合面藉該含浸碳纖維布之含浸膠與該心模殼外面黏結，藉以達到免除習知碳纖維自行車部件製程中耗時費工的脫模步驟，有效縮短碳纖維自行車部件的製造時間。
Description
本發明係有關於一種碳纖維自行車部件的成型方法及其成型結構，特別是指一種無需脫模之心模殼積層成型方法及其成型結構。
按，碳纖維製品具有質輕但兼具機械強度之特性，目前已廣泛應用於自行車之車架、管件及其他部件等製品。請配合參閱第1圖所示，顯示目前碳纖維自行車部件的成型方法，該方法步驟包括人工將含浸碳纖維布在心模表面捲繞成層之心模積層步驟S11，接著將心模及其表面碳纖維布一同置入成型模具中進行加壓成型步驟S12以及加熱固化步驟S13，待含浸碳纖維布硬化成形為碳纖維殼層後，再進行脫模步驟S14將碳纖維殼層內部的心模取出，最後在成品完成步驟S15中將碳纖維殼層略為加工修飾即得一碳纖維自行車部件成品。
其中，習知心模主要是由選自聚苯乙烯發泡材、聚氨脂發泡材或環氧發泡材等材料製成而表面不平整，導致心模表面與碳纖維布之間產生黏結而有脫模困難之問題。此外，上述習知碳纖維自行車部件成型方法中，脫模步驟S14亦需由人工執行，而心模的脫模困難度增加，將造成碳纖維自行車部件整體製程的時間拉長且增加成本，故目前已有諸多技
術，藉心模結構及其製備方法改善習知心模脫膜困難之問題。例如，有業者提出在心模表面包覆保鮮膜後，再進行碳纖維布積層，以利用保鮮膜的滑順特性降低心模取出的難度；然而，保鮮膜仍需由人工逐一包覆於各心模上，反而增加心模製程時間及人力成本支出。故，本案申請人先前提出一種結合塑料射出成型及加熱發泡成型技術製成的心模結構，如第2圖所示，在心模10本體11的不平整表面111形成一光滑層12，並使光滑層12內面122與本體11表面111形成連結，使心模10藉光滑層12外面121形成光滑表面以利脫模並得以快速量產。
前述心模為實心結構，另有如中國專利申请号第200910006028.5號之強化碳纖維自行車組件的成型方法，其主要是利用發泡材製作一中空薄壁形態且表面設有離形層的心模，將碳纖維材料繞設於該離形層表面並置入一氣袋於該中空心模內部，用以充氣後撐張定位該心模，接著對該碳纖維材料與該心模進行加溫與加壓，使該碳纖維材料硬化成型，取出該氣袋，該中空薄壁心模則藉加熱時收縮而與碳纖維殼層分離，或者，利用丁酮將心模溶解後移除，此時硬化成型後的碳纖維材料即成為該自行車組件。
惟應注意的是，由於自行車部件構形限制，碳纖維殼層成形後，心模必須被破壞才能取出，因此該些心模僅供單次使用，無法重複利用，且必須在進行心模積層步驟S11前，預先製備對應部件構形且數量充足的心模備用，是以，為了解決心模脫模困難之問題，另於心模表面設置保鮮膜、光滑層或離形層等輔助脫膜的層結構，不論以人工或以機械為之，都勢必增加心模製備的時間及整體製程的成本支出；加上心模積層步驟S11
亦必須經人工將碳纖維布捲繞於心模表面，習知製法中將碳纖維布全數以積層方式成型自行車部件，更突顯出習知碳纖維自行車部件成型方法在製備時間及製程成本支出等，是有需要進一步改善的。
本發明之目的在於提供一種碳纖維自行車部件的心模殼積層成型方法及其成型結構，其主要是依照自行車部件的構形製備中空薄殼形態之心模殼，供將含浸碳纖維布捲繞積層於該心模殼表面形成一碳纖維層，且藉其含浸膠料與該心模殼表面膠合黏結成一體結構，藉以免除習知碳纖維自行車部件製程中耗時費工的脫模步驟，有效縮短碳纖維自行車部件的製造時間。
本發明之另一目的在於，碳纖維自行車部件透過上述成型方法及結構，由於該心模殼無需脫模取出，且心模殼表面以和碳纖維層產生黏結為較佳，不僅可免除加工形成光滑表面之工序，更可利用如鋁材、碳纖維材料、工程塑料等塑形材料經鍛壓成型、模內成型或射出成型等製法達到快速量產，明顯簡化供含浸碳纖維布積層的心模製備流程及時間、成本支出。其中，當該心模殼係取材自碳纖維材料時，可以長纖碳纖維、短纖碳纖維、回收碳纖維或其混合組成的碳纖維材料進行製備，具有大幅減少心模殼製備材料成本支出之優勢。
本發明之另一目的在於，碳纖維自行車部件透過上述成型方法及結構，使依照自行車部件構形預先硬化成形的心模殼形成部件的一部分，而得以做為該碳纖維層的支撐結構，不僅具有增加碳纖維自行車部件
成品的結構強度及剛性之功效，同時具有節省碳纖維層捲繞積層時間之功效；又，該心模殼無需被破壞取出，更得以最大效率地發揮其支撐功效。
本發明之另一目的在於，碳纖維自行車部件透過上述成型方法及結構，該碳纖維自行車部件可因應同一自行車部件之不同形態結構，例如直管結構、三叉結構，而以一個心模殼構成完整自行車部件，或者由多個心模殼組成完整自行車部件，各該心模殼可進一步由二殼件對合組成，以增加心模殼製備的便利性並縮短製造時間。
本發明之另一目的在於，碳纖維自行車部件透過上述成型方法及結構，構成自行車部件的多個心模殼組接殼緣之間，以及構成心模殼的二該殼件對接殼緣之間，係得以在製備時預先成形凹凸結構或卡楯結構，藉以在為含浸碳纖維布捲繞固定前，提供初步定位結合之功效。
緣是，為達上述目的，本發明所提供一種碳纖維自行車部件的心模殼積層結構成型方法，該方法步驟包括：心模殼成型步驟，利用塑形材料成型一個或多個中空薄層心模殼，各該心模殼具有至少二端口以及相對之一外面及一內面連接該至少二端口，令一自行車部件之構形由該一個心模殼或該多個心模殼構成；心模殼表面積層步驟，將含浸碳纖維布捲繞積層在該一個或該多個心模殼外面；加壓成型步驟，將該心模殼及其外面之含浸碳纖維布加壓成型為一定型體，且該自行車部件構形由該多個心模殼共同組成時，該多個心模殼端口處的組接殼緣之間為該含浸碳纖維布的含浸膠料滲入而膠合黏結；加熱固化步驟，將該定型體加熱以固化含浸碳纖維布形成一碳纖維層，且該碳纖維層之一接合面與該心模殼外面之間藉該碳纖維布之含浸膠料膠合黏結；成品完成步驟，待該定型體之含浸膠
料固化後，製得一具心模殼積層結構之自行車部件成品。
另，本發明所提供一種碳纖維自行車部件的心模殼積層成型結構，包括：至少一心模殼，係中空殼層結構且成形有至少二端口，該二端口之間具有相對之一外面及一內面連接；一碳纖維層，係含浸碳纖維布積層設於該心模殼外面構成，且該碳纖維層之一接合面藉該含浸碳纖維布之含浸膠與該心模殼外面黏結。
有關於本發明為達成上述目的，所採用之技術、手段及其他功效，茲舉較佳可行實施例並配合圖式詳細說明如后。
10‧‧‧心模
211‧‧‧接合殼緣
111‧‧‧表面
12‧‧‧光滑層
201‧‧‧外面
202‧‧‧內面
S11‧‧‧心模積層步驟
S12‧‧‧加壓成型步驟
S13‧‧‧加熱固化步驟
S14‧‧‧脫模步驟
S15‧‧‧成品完成步驟
20‧‧‧心模殼
201‧‧‧殼件
202‧‧‧殼件
203‧‧‧端口
21‧‧‧外面
22‧‧‧內面
23‧‧‧組接殼緣
24‧‧‧對接殼緣
30‧‧‧碳纖維層
31‧‧‧接合面
20A‧‧‧三叉部心模殼
20B‧‧‧上管部心模殼
20C‧‧‧下管部心模殼
S21‧‧‧心模殼成型步驟
S22‧‧‧心模殼表面積層步驟
S23‧‧‧加壓成型步驟
S24‧‧‧加熱固化步驟
S25‧‧‧成品完成步驟
第1圖係習知碳纖維自行車部件之製法流程示意圖。
第2圖係習知含浸碳纖維積層於實心心模之結構示意圖。
第3圖係本發明碳纖維自行車部件之製法流程示意圖。
第4圖係本發明製法製得之碳纖維自行車部件的結構剖視示意圖。
第5圖係本發明製法中用於製造三叉結構之心模殼立體分解示意圖。
第6圖係本發明製法中用於製造三叉結構之心模殼立體分解示意圖。
請以第3圖之步驟流程圖配合第4至6圖觀之，說明本發明碳纖維自行車部件的心模殼積層結構成型方法及其成型結構。本發明碳纖維自行車部件的成型方法步驟主要包括：心模殼成型步驟S21、心模殼表面積層步驟S22、加壓成型步驟S23、加熱固化步驟S24及成品完成步驟S25。
如第4、5、6圖所示，本發明碳纖維自行車部件的心模殼積層成型結構包括至少一心模10及一碳纖維層30，該至少一心模殼20係中空薄殼層結構且成形有至少二端口203，該二端口203之間具有相對之一外面21及一內面22連接；該碳纖維層30係含浸碳纖維布積層設於該心模殼20外面21構成，且該碳纖維層30之一接合面31藉該含浸碳纖維布之含浸膠與該心模殼20外面201黏結。
於本實施例中，該心模殼20可視所需構形而一體成型或由二殼件201、202對合組成，如第4、5圖所示之前叉三叉部，為利於快速量產，該心模殼20主要由二殼件201、202對合組成，各該殼件201/202具有至少二組接殼緣23與至少二對接殼緣24間隔成形地連接該外面21及該內面22，令該二殼件201、202對合且外面21積層該含浸碳纖維布，該二殼件201、202之該組接殼緣23對合構成該心模殼20之該至少二端口203並連接該外面21及該內面22，且該二殼件201、202之對接殼緣24之間為該含浸碳纖維布的含浸膠料滲入而膠結。又，組成同一自行車部件之相鄰二該心模殼20之間係以其組接殼緣23組接，且該二組接殼緣23之間為該含浸碳纖維布的含浸膠料滲入而膠結。
此外，該心模殼20之該二殼件201、202的對接殼緣24成形有凹凸結構(圖未示)或卡楯結構(圖未示)，供對合定位該二殼件201、202，且該心模殼20的組接殼緣23亦得以預成形有凹凸結構(圖未示)或卡楯結構(圖未示)，令組成同一自行車部件之相鄰二該心模殼20的組接殼緣23藉該凹凸結構或該卡楯結構配合定位，以利於碳纖維布積層之進行。
以上所述即為本發明心模殼20與碳纖維層30之組態說明，
至於本發明較佳實施例的成型方式及其功效，做以下說明。
該心模殼成型步驟S21係利用塑形材料成型一個或多個中空薄層心模殼20，各該心模殼20具有至少二端口203以及相對之一外面21及一內面22連接該至少二端口203，令一自行車部件之構形由該一個心模殼20或該多個心模殼20構成；
於本步驟中，該塑形材料係指成型體表面易於和含浸碳纖維布膠合黏結且成型體具相當硬度之可塑形材料，例如選自鋁材、碳纖維材料或工程塑料，其中，該鋁材係經鍛壓成型製成該心模殼20，該碳纖維材料係經模內成型製成該心模殼20，且係選自長纖碳纖維、短纖碳纖維、回收碳纖維及/或其組合之碳纖維材料，該工程塑料則是經射出成型製成該心模殼20。
該心模殼表面積層步驟S22是將含浸碳纖維布捲繞積層在該一個或該多個心模殼20外面21，藉以形成該碳纖維層30。於本步驟中，該由二殼件201、202對合組成的心模殼20或該多個心模殼20之間，係可經由在心模殼成型步驟S21中預成形凹凸結構或卡楯結構達到定位配合，亦得以在進行碳纖維積層之前，先將該二殼件201、202或該多個心模殼20之間經膠合定位，以利碳纖維布之捲繞。
該加壓成型步驟S23是將該心模殼20及其外面21之含浸碳纖維布加壓成型為一定型體，且該自行車部件構形由該多個心模殼20共同組成時，該多個心模殼20端口203處的組接殼緣23之間為該含浸碳纖維布的含浸膠料滲入而膠合黏結。
該加熱固化步驟S24是將該定型體加熱以固化含浸碳纖維
布形成一碳纖維層30，且該碳纖維層30之一接合面31與該心模殼20外面21之間藉該碳纖維布之含浸膠料膠合黏結。
該成品完成步驟S25係待該定型體之含浸膠料固化後，製得一具心模殼積層結構之自行車部件成品。
請復參閱第6圖所示，以該自行車部件前叉為例，進一步說明本發明心碳纖維自行車部件的心模殼積層結構成型方法及其成型結構。如圖，該前叉主要具有四該心模殼20組成，定義該四心模殼20為一三叉部心模殼20A，一上管部心模殼20B以及二下管部心模殼20C，其中：該三叉部心模殼20A係成形有三該端口203之中空殼層結構，該三叉部心模殼20A具有二殼件201、202對合組成，各該殼件201/202具有三組接殼緣23與三對接殼緣24間隔成形地連接該外面21及該內面22，令該二殼件201、202以其對接殼緣24對合形成該三叉部心模殼20A；該上管部心模殼20B係成形有二該端口203之中空殼層結構，該上管部心模殼20B的各該端口203具有一組接殼緣23，令該上管部心模殼20B以其組接殼緣23與該三叉部心模殼20A的組接殼緣23組接；該下管部心模殼20C係成形有二該端口203之中空殼層結構，該下管部心模殼20C的各該端口203具有一組接殼緣23，令該下管部心模殼20C以其組接殼緣23與該三叉部心模殼20A的組接殼緣23組接；藉此，該碳纖維層30經該含浸碳纖維布捲繞積層於該三叉部心模殼20A、該上管部心模殼20B及該二下管部心模殼20C外面21，且該含浸碳纖維布經加壓定型及加熱固化後於該四心模殼20外面21形成具前叉構形之碳纖維層30結構。
綜上所述，本發明透過上述碳纖維自行車部件成型方法及其成型結構，心模殼20與碳纖維層30結合成形一體結構具免除脫模導致之問題並節省碳纖維層30積層時間，有明顯縮短碳纖維自行車製造時間之功效。又，免脫模之心模殼20可利用塑形材料甚至是回收碳纖維材料快速大量製備，且充份發揮其支撐功能，具有增加自行車部件結構強度及剛性之功效。藉此，本發明碳纖維自行車部件的心模殼積層結構成型方法及其成型結構不僅改善習知製法之缺失，且具有提高生產效率及經濟效益之效果。
S21‧‧‧心模殼成型步驟
S22‧‧‧心模殼表面積層步驟
S23‧‧‧加壓成型步驟
S24‧‧‧加熱固化步驟
S25‧‧‧成品完成步驟
Claims (10)
- 一種碳纖維自行車部件的心模殼積層結構成型方法，該方法步驟包括：心模殼成型步驟，利用塑形材料成型一個或多個中空薄層心模殼，各該心模殼具有至少二端口以及相對之一外面及一內面連接該至少二端口，令一自行車部件之構形由該一個心模殼或該多個心模殼構成；心模殼表面積層步驟，將含浸碳纖維布捲繞積層在該一個或該多個心模殼外面；加壓成型步驟，將該心模殼及其外面之含浸碳纖維布加壓成型為一定型體，且該自行車部件構形由該多個心模殼共同組成時，該多個心模殼端口處的組接殼緣之間為該含浸碳纖維布的含浸膠料滲入而膠合黏結；加熱固化步驟，將該定型體加熱以固化含浸碳纖維布形成一碳纖維層，且該碳纖維層之一接合面與該心模殼外面之間藉該碳纖維布之含浸膠料膠合黏結；成品完成步驟，待該定型體之含浸膠料固化後，製得一具心模殼積層結構之自行車部件成品。
- 如申請專利範圍第1項所述之碳纖維自行車部件的心模殼積層結構成型方法，其中，該心模殼成型步驟之塑形材料係選自鋁材，該鋁材係經鍛壓成型製成該心模殼。
- 如申請專利範圍第1項所述之碳纖維自行車部件的心模殼積層結構成型方法，其中，該心模殼成型步驟之塑形材料係選自長纖碳纖維、短 纖碳纖維、回收碳纖維及/或其組合之碳纖維材料，且該碳纖維材料係經模內成型製成該心模殼。
- 如申請專利範圍第1項所述之碳纖維自行車部件的心模殼積層結構成型方法，其中，該心模殼成型步驟之塑形材料係選自工程塑料，該工程塑料係經射出成型製成該心模殼。
- 一種碳纖維自行車部件的心模殼積層成型結構，包括：至少一心模殼，係中空殼層結構且成形有至少二端口，該二端口之間具有相對之一外面及一內面連接；一碳纖維層，係含浸碳纖維布積層設於該心模殼外面構成，且該碳纖維層之一接合面藉該含浸碳纖維布之含浸膠與該心模殼外面黏結。
- 如申請專利範圍第5項所述之碳纖維自行車部件的心模殼積層成型結構，其中，該心模殼具有二殼件對合組成，各該殼件具有至少二組接殼緣與至少二對接殼緣間隔成形地連接該外面及該內面，令該二殼件對合且外面積層該含浸碳纖維布，該二殼件之該組接殼緣對合構成該心模殼之該至少二端口，且該二殼件之對接殼緣之間為該含浸碳纖維布的含浸膠料滲入而膠結。
- 如申請專利範圍第6項所述之碳纖維自行車部件的心模殼積層成型結構，其中，該心模殼之該二殼件的對接殼緣成形有凹凸結構，供對合定位該二殼件。
- 如申請專利範圍第5項所述之碳纖維自行車部件的心模殼積層成型結構，其中，各該心模殼於該至少二端口處成形有至少二組接殼緣連接該外面及該內面，令組成同一自行車部件之相鄰二該心模殼之間以其組接殼緣組接，且該二組接殼緣之間為該含浸碳纖維布的含浸膠料滲入而膠結。
- 如申請專利範圍第8項所述之碳纖維自行車部件的心模殼積層成型結構，其中，該心模殼的組接殼緣係成形有凹凸結構，令組成同一自行車部件之相鄰二該心模殼的組接殼緣藉該凹凸結構配合定位。
- 如申請專利範圍第5項所述之碳纖維自行車部件的心模殼積層成型結構，該自行車部件為一前叉且具有四該心模殼組成，定義該四心模殼為一三叉部心模殼，一上管部心模殼以及二下管部心模殼，其中：該三叉部心模殼，係成形有三該端口之中空殼層結構，該三叉部心模殼具有二殼件對合組成，各該殼件具有三組接殼緣與三對接殼緣間隔成形地連接該外面及該內面，令該二殼件以其對接殼緣對合形成該三叉部心模殼；該上管部心模殼，係成形有二該端口之中空殼層結構，該上管部心模殼的各該端口具有一組接殼緣，令該上管部心模殼以其組接殼緣與該三叉部心模殼的組接殼緣組接；該下管部心模殼，係成形有二該端口之中空殼層結構，該下管部心模殼的各該端口具有一組接殼緣，令該下管部心模殼以其組接殼緣與該三叉部心模殼的組接殼緣組接； 該碳纖維層，係經該含浸碳纖維布捲繞積層於該三叉部心模殼、該上管部心模殼及該二下管部心模殼外面，且該含浸碳纖維布經加壓定型及加熱固化後於該四心模殼外面形成具前叉構形之碳纖維層結構。
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| TWI609772B (zh) * | 2015-06-17 | 2018-01-01 | Yu Yong Yuan | 附加有固定件的輪椅複合材質骨架之成型方法及其製品 |
| CN112805214A (zh) * | 2018-12-21 | 2021-05-14 | 太宇工业股份有限公司 | 自行车热塑复合材车架构件的成型方法及其成品 |
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