TW201636195A - 連續法大量生產纖維局部強化複合件的方法 - Google Patents

Abstract

本發明有關一種生產填有剛性發泡體核心--尤其是PMI發泡體核心--之新穎纖維強化型材的新穎方法。藉由本發明方法，於一程序步驟中，連續生產且同時填入發泡體核心的纖維強化型材複合材料。此外，在相同程序步驟中，確認該剛性發泡體核心對該纖維強化型材的結合性極佳。尤其，本發明有關一種可達到型材外套材料之局部強化且同時成型具有高度可變性的方法之新體現。該等強化是經由藉著特別為此建構之裝置將具有限制長度之纖維段層疊而達成。

Description

連續法大量生產纖維局部強化複合件的方法

本發明有關一種生產填有剛性發泡體核心--尤其是PMI(聚甲基丙烯醯亞胺)發泡體核心--之新穎纖維強化型材的新穎方法。藉由本發明方法，於一程序步驟中，連續生產且同時填入發泡體核心的纖維強化型材複合材料。此外，在同一程序步驟中，確認該剛性發泡體核心對該纖維強化型材的結合性極佳。尤其，本發明有關一種可達到型材外套材料之局部強化且同時可達到高度可變成型性的方法之新體現。該等強化是經由藉著特別為此建構之裝置將具有限制長度之纖維段層疊而達成。

根據先前技術，藉由已知稱為模內法之方法製造包含PMI發泡體之中空體。其中，將粒狀材料送至完工之中空體處，接著熱發泡且因而交聯。此方法之缺點是需要複數個步驟，即製造中空體、送入粒狀材料及發泡。另一項缺點是因為PMI發泡溫度相對高，故不可能使用熱不安定 性材料，例如由碳纖維及環氧樹脂製得之複合材料。此外，發泡體與外層在發泡過程中僅產生低結合力。此類型之模中法是描述於例如WO 2012/013393中。根據先前技術之另一類方法，PUR發泡體充填材料是以液體形式注入模腔中，隨後發泡並硬化。然而，此方法第一是具有類似所述PMI發泡體充填方法的缺點，另外還無法轉用至PMI。

或者，在開放式外殼部件中可填入已裁好尺寸之發泡體核心，隨後將第二外殼部件黏著或焊接於該第一外殼部件，以形成中空型材。為改善發泡體核心之結合性，可另外在界面上施加黏著層。此方法之缺點為需要許多耗時之步驟，最終產物具有結合部位，且在製造發泡體核心時會視其形狀產生大量碎料。

WO 2012/052219所述之一變化型式中，發泡體核心與紡織材料--例如碳纖維)一起放置於模中，將樹脂--例如環氧樹脂--注入模中且硬化。此種方法雖然避免了結合部位，但付出的代價是如同前述方法般的有碎料、程序速度及程序複雜性的缺點。

拉擠成型方法是基於1950年初期的原始研發所建構的方法。拉擠成型方法用以連續地生產纖維強化塑膠型材，實例包括中空型材，尤其是管材。此方法原來使用聚酯樹脂或環氧樹脂浸漬複數支玻璃纖維(玻璃紗束)，隨後藉由一或多個成型模結合成最終形狀。最後，使樹脂硬化，且將所連續生產之型材切鋸成個別工件。

尤其，拉擠成型方法是在第一程序步驟中就使複數支纖維或紗束飽含樹脂之方法。在此提出其與所謂開放拉擠成型方法與密閉法之區別在於：開放法是在纖維通經一個飽和槽時進行此樹脂飽和，而密閉法僅在稍後階段於實際成型設施中加壓進行該樹脂飽和。工廠通常具有預飽和設備，諸如卡丁網(cardin grid)，藉以使纖維分布成後續成型所需之方式，且視情況提供之紗束可分開成個別纖維。亦可使用不織布、梭織物及/或舖設網布作為纖維材料，取代紗束及/或纖維或額外加上使用。

國際專利申請案WO 2013/174665描述所謂的拉擠核心法(pul-core process)，用於生產含發泡體核心及複合被覆的型材。然而，此類方法僅限於產生非變化(例如管狀)剖面。根據先前技術，較複雜形狀(例如剖面變化之型材就是最簡單例子)僅能藉由費時的手工疊層方法或分批RTM(樹脂轉送模製)方法才有可能實現。

歐洲專利申請案申請參考編號13190866揭示抽拉成型及拉擠模壓方法，用以生產經纖維強化且充填發泡體核心之型材。此種方法較先前技術所揭示之所有其他方法都快許多，且使得產量明顯的增高。

然而，此種方法或前述之方法皆不可能達到外套材料之局部強化。而該等強化是(例如)之後要將螺釘連接固定於外套物中或固定於型材中所必需，同時，也可以確保該固定所使用之嵌入點有足夠的材料強度。根據先前技術，不是要整體外套物都相應地變厚，就是至少要沿著型材的 整個長度在外套物中進行強化。然而，因為樹脂密度較剛性發泡體核心高出得愈多，愈會使整體型材的重量不必要的增加，且會使構型相對於產品形狀之自由度降低。

本發明內容中，語詞「外套」及「外層」個別與語詞「外套材料」及「外層材料」同義地使用。

發明所針對之問題

本發明所針對之主要問題是提供一種可連續地生產充填有剛性發泡材料(例如PMI)之纖維強化型材的新穎成型方法，其亦適用於形狀複雜或具有變動之剖面的工件。同時，與先前技術比較，應可在之後的製程中以特別有效的方式在型材上提供螺釘、其他固定系統或嵌入物，而不會損及型材之機械安定性，或變成必需要大幅增加型材重量組態。

本發明所針對之一特別問題是可製得具有FPC(纖維-膠塑-複合材料)表層及剛性發泡體核心(尤其是聚(甲基)丙烯醯亞胺(P(M)I)發泡體核心)之夾芯結構設計的複雜型材之方法，其製造方式是使得FPC表層具有局部強化。

本發明所針對之另一項問題是提供一種可使發泡體核心與外部外層之間具有極佳結合性之方法。另外，藉由本發明方法甚至可使用在PIM發泡溫度下非耐熱性之材料作為外層材料。

本發明所針對之又一項問題是提供一種充填剛性發泡 體之新穎中空型材，其a)在該中空型材外層材料與該剛性發泡體核心之間不具有黏著層，b)不具有結合部位，c)在外層材料與該剛性發泡體核心之間具有良好結合性，且d)具有局部強化之FPC表層。

由發明說明、圖式及/或實施例可明瞭此處未明確提及之其他目的。

1‧‧‧發泡體核心(現有庫存)

2‧‧‧發泡體核心(導入工廠並連接至前一個發泡體核心)

3‧‧‧導入纖維，單向

4‧‧‧捲繞、編織設備(拉擠編織)

5‧‧‧樹脂浸漬

6‧‧‧樹脂儲槽

7‧‧‧預成型模具

8‧‧‧用以成型及用以於載運形成下加熱之模具

9‧‧‧具有懸吊型材之輸送路徑

10‧‧‧輸送台

11‧‧‧切割設備

13‧‧‧用於完工型材的操作系統

A(方塊)‧‧‧兩個用以局部包覆纖維材料的本發明裝置之位置

A(圓形)‧‧‧引導元件

B‧‧‧定位元件

C‧‧‧固定元件

D‧‧‧可移動之分離元件

圖1顯示適用於本發明方法之工廠結構實例(抽拉成型法之具體實施態樣)的圖。

圖1之元件符號：

(1)發泡體核心(現有庫存)

(2)發泡體核心(導入工廠並連接至前一個發泡體核心)

(3)，(4)導入纖維，單向

(4)捲繞、編織設備(拉擠編織)

(5)樹脂浸漬

(6)樹脂儲槽(此例中為具有組件A及B之雙組件系統)

(7)預成型模具

(8)用以成型及用以於載運形式下加熱之模具

(9)具有懸吊型材之輸送路徑

(10)輸送台

(11)切割設備

(13)用於完工型材的操作系統

A(方塊)：兩個用以局部包覆纖維材料的本發明裝置之位置

A(圓形)引導元件

B定位元件

C固定元件

D可移動之分離元件

解決方式

藉由一種連續地生產充填剛性發泡體核心(尤其是P(M)I發泡體核心，較佳是PMI發泡體核心)之纖維強化(尤其是局部強化)複雜型材的新穎方法可解決前述問題。此方法之第一步驟是拉擠成型方法，其將由PMI製得之發泡體核心導入中間，最終步驟是較類似RTM方法的操作。此情況下，發泡體核心藉由如同拉擠成型方法的方法包覆纖維材料，但此處之該纖維材料不需已預先飽含樹脂。以樹脂使由該纖維材料及該樹脂製得的外層達到飽和，該樹脂可為熱塑性或反應性樹脂，與已知拉擠成型方法不同地，(本例中)僅在包覆該發泡體核心之後形成熱固料。雖然根據本發明，亦可在包覆之前藉由(例如)使纖維通經樹脂槽使該纖維材料飽含樹脂，但此方法具有比較佳具體實施態樣多一個額外之程序步驟的缺點。

尤其，本發明特色是纖維材料之局部疊層是藉由特別 針對該目的發展之裝置額外的施行。此裝置具有下列組件：

A引導元件。此引導元件可簡單的為例如纖維所穿過之軸。此軸可例如以另一種實際堆疊纖維的方式轉動、傾斜及/或移動。另一種選擇是滾筒，其被動性的傳導或甚至主動性的輸送纖維。

B定位元件，一種用以將纖維壓於該發泡體核心上或已存在於發泡體核心上之纖維層上的裝置。此可為例如壓頭或液壓設備，尤其是某類型之液壓驅動壓頭。

C固定元件，作為所提及之在裝置中該纖維或發泡體核心輸送方向的最後元件，用以將纖維固定於該發泡體核心或已具有纖維之發泡體核心的表面上。此情況下，亦有數種可能之構型。例如，可單純的為用以噴霧施加例如黏著劑或黏著促進劑之噴嘴。亦可採用之另一選擇為例如施加對應之液體膜的縫模、塗桿或滾筒。作為該等黏著促進劑或黏著劑之施加方法的另一選擇，亦可藉由照射進行固定。針對此項目的，可使用例如IR或UV燈或其他電漿源。此情況下，預先施加可藉彼固化之黏著劑系統，或使用已對應地經塗覆的形式之裝置所施加纖維。

作為最後元件D，在該裝置介於(較佳)元件A及B之間安置可移動之分離元件。此分離元件依一種僅有在纖維表面產生局部強化的方式縮短纖維。該分離元件可為例如一、二或更多個刀片或鋸片。另一個可想到的替代方式是熱分離，例如使用可加熱之金屬線或小型火焰。

就局部強化而言，尤其可將複數之纖維(例如纖維束形式亦可)層疊。亦可存有許多組份A及可能存在之C，以使局部疊層具有紡織結構。當然亦可安置複數個彼此串聯或並聯之此等裝置。

纖維材料之局部層疊以下稱為程序步驟c)。根據本發明，可在程序步驟b)之各種執行程序之前、之後或期間進行程序步驟c)，包括以連續纖維包覆該發泡體核心。程序步驟c)亦可進行一次以上，該各種執行程序相對於程序步驟b)之先後順序可自由的選擇。

用以連續生產填有發泡體核心之纖維強化型材的本發明方法尤其具有以下步驟：a)導入發泡體核心並將新導入之發泡體核心連接至最近導入之發泡體核心的末端，b)藉由經改良之拉擠預成型法(pul-preforming)、拉擠捲繞法(pul-winding)、拉擠編織法(pul-braiding)或單向疊層操作以一纖維材料捲繞包覆該發泡體核心，c)如前文所述般地將纖維材料局部層疊，d)以樹脂浸透該纖維材料，e)視情況於一或多個選擇性第一模具中使該經包覆之泡體核心預成型，f)在台車上之第二模具中加熱，視情況使該樹脂硬化，g)在輸送台中輸送該經包覆之發泡體核心且視情況 加以冷卻，及h)藉由切割、切鋸或其他方法分離個別型材，且取出完工之工件，其中該帶有第二模具之台車與輸送台是以相反方向移動。

一方面是程序步驟b)及c)且另一方面是步驟d)並非必要依所述之順序進行。本發明另一選擇具體實施態樣中，亦可將纖維輸送通經浸漬裝置，諸如浸漬浴，隨後包覆於該發泡體核心上。

該發泡體核心較佳為聚(甲基)丙烯醯亞胺核心。更佳是使用密度範圍為30至200kg/m³之聚甲基丙烯醯亞胺作為發泡體核心之材料。

程序步驟a)：因為與纖維材料不同地，發泡體核心無法在滾筒上提供數百米長之材料，故此較佳是採用複數個連續送入拉擠成型廠之連續個別件的形式。此可手動或尤其可自動地使用具有標準長度發泡體件進行。此等個別件隨後較佳藉黏著接合或嵌入物或經由添加連接件而彼此連接。若為嵌入物，則發泡體核心可預先製得供此目的使用的適當之溝槽或凹陷。若為黏著接合，則重要的是對應之黏著劑快速硬化。為達此目的，可手動或甚至以連續操作將黏著劑施加至其中一個表面。接著在所提供之發泡體核心件的兩端各安置一個預製之連接件。第二個發泡體核心件接著單純地移動進入該連接件內。另一個可能的選擇是在發泡工件兩端以互補方式安置雙組件連接件，此連接件 可(例如)以單純之單擊機制彼此連接。理想狀況是，此等單擊點是稍後階段位在兩完工型材之間的發泡體核心的所在點。

程序步驟b)：程序步驟b)用以包覆發泡體核心之適當纖維材料的選擇對於熟悉所屬技術領域者不成問題，因為拉擠成型業界熟知可用以加工之纖維材料。該纖維材料較佳為碳纖維、玻璃纖維、聚合物纖維(尤其是聚芳醯胺)或紡織纖維，更佳為聚芳醯胺纖維或碳纖維。所使用之纖維材料可採用個別纖維或紗束及/或不織布、梭織物及/或舖設網布形式。所使用之纖維材料較佳是採用連續纖絲纖維或連續紗束之形式。

在成型方法中，纖維之取向可彼此平行地順著加工方向環繞該發泡體核心。然而，較佳是纖維環繞該發泡體核心形成紡織結構。此種設什使後續工件達到特別之機械強度。根據本發明，此處亦可使用程序步驟b)之特別變化型式，尤其是例如經改良拉擠預成型、拉擠捲繞或拉擠編織方法。亦可將複數個此等變化型式相互組合，或裝配多個串聯的個別變化型式。例如，可預計有例如拉擠編織、單向纖維導向及另一個拉擠編織操作的配置。此等變化型式之細節可見於例如WO 2013/174665中。

在成型方法中，纖維之取向可彼此平行地順著加工方向環繞該發泡體核心。然而，較佳是纖維環繞該發泡體核心形成紡織結構。此種設計使後續工件達到特別之機械強度。

拉擠成型方法有數種變化型式，此等變化型式之態樣可藉由提供額外之發泡體核心導入而轉移至本發明化合物之程序步驟b)。

拉擠捲繞方法類似基本之拉擠成型方法。然而，此方法中，藉由使用旋轉捲繞設備，強化纖維在各種角度覆以基質，隨後於成型模中硬化。使用此種技術，可達到其對於管材、桿材或其他型材的特別嚴格之負載要求的順應性。此方法可設計成各種旋轉角。角度通常可自0°調至85°。此時，以飽含樹脂之纖維材料包覆該發泡體核心。

拉擠編織方法為拉擠捲繞方法之變化型式，其中該方法可用以加工在編織結構中複數層的各種纖維材料層。

在拉擠預成型方法中，使用由纖維材料預製之預成型物提供型材所必需之性質。此特別產生相對高之多向強度值。此處之語詞預成型物意指在連續法中藉由浸漬飽和方法或注射方法接合於基質材料的已界定梭織物、舖設網布、管材或其他預製之乾燥預成型物。該方法之此種變化型式中，可在生產預成型物期間導入發泡體核心。因此在包含該發泡體核心之預成型物上進行以樹脂飽和之步驟。因為該PMI發泡材料之閉孔性結構，樹脂僅進入位於外表面的開孔。

有關程序步驟c)，可使用與程序步驟b)所述相同的纖維材料。尤其，視所使用之固定而定，此另外亦可為已塗覆反應性系統或黏著促進劑。

程序步驟d)中，以樹脂進行浸漬。所使用之樹脂--隨 後形成該型材之纖維-塑膠複合外殼的基質材料--可為適用於拉擠成型之任何熱塑性材料，或為可反應且在交聯後產生熱固料之任何樹脂。上述可反應以產生熱固料之樹脂較佳。此等樹脂尤其有聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、酚樹脂、PU樹脂或環氧樹脂，以PU樹脂或環氧樹脂更佳。

程序步驟e)：在浸漬樹脂之後或同時，可藉由例如連續熱成型進行程序步驟e)中型材之成型。此成型可例如使用一或多個模具套進行。尤其是在基於RTM方法之壓模中進行成型。就此言之，連續發泡體核心原先的連續輸送，以及使用纖維材料之被覆，可在壓模保持密閉下短暫停留進行該壓製。此情況下，以該纖維材料完全包圍該發泡體核心材料較佳。而且，藉由使用壓模，連續發泡體核心件之壓製段的末端較佳地與飽含樹脂之纖維包覆物壓合，使得飽含樹脂之纖維材料完全地或幾乎完全地包住該發泡體核心。

程序步驟f)：與程序步驟d)並行或之後，在步驟a)至c)及d)中形成之未完工型材於模具(若是之後則為第二個模具)中加熱。在樹脂硬化以產生熱固料的情況下，外層材料因而硬化，如此亦將工件的既定形狀固定下來。此情況下，樹脂(亦稱為強化材料)之硬化通常以熱進行。針對此目的之成型模中使用的溫度視所使用之個別樹脂而定，且熟悉此技術者即可輕易決定。就某些樹脂而言，該等溫度是介於100及300℃之間。就環氧樹脂而言，此溫度是例如較佳介於20及100℃之間，更佳介於50及80℃之 間。然而，如所陳述，樹脂系統亦可為熱塑性材料。此情況下，較佳是由內部模具加熱至此等熱塑料之軟化溫度或更高溫度。或者，亦可將熱塑性樹脂施加至高於程序步驟c)至e)中之熔點或玻璃態化溫度的纖維上，且程序步驟f)僅藉由冷卻進行「硬化」。

本發明特定具體實施態樣中，使用稱為混雜紗束者。此等語詞亦稱為合撚紗或混紡紗。此等混雜紗束之使用形式是包含外層之纖維材料的纖維及由形成基質材料之熱塑料組成之其他纖維的纖維束。因此，程序步驟d)在某一程度上部分地受到程序步驟b)或c)且視情況連同e)的影響，使得此情況下之纖維紡織在一起，其次，在程序步驟f)中，熱塑性纖維熔融以形成基質材料。

在取出時單純地藉由環境溫度進行冷卻。此可另外借助(例如)風扇。亦可冷卻該輸送台。後一種變化型式中，較佳是有一個可容納製得之所有型材的輸送台，或此等型材各有專屬之台車並行地移動至其他輸送台。此時，理想狀況是輸送台之接收裝置的內部反映出型材已成型段的形狀。若為熱塑性樹脂，則亦於此時進行外層之硬化。冷卻方法可存有包含空氣或水或包含其他冷卻劑的模具套。進行冷卻方法之溫度大體上為0至120℃，較佳為10至50℃，且更佳為20至30℃。

此成型方法之主要優點是可連續地進行，因此可將連續型材分成數段而製得。在工廠末端，於程序步驟h)中，此連續型材充分自動地分成具有所欲長度的個別工件。

為了可連續地進行此方法，在程序步驟e)及視情況之d)中之成型用模具(特別是位於供其使用之台車上)及來自程序步驟g)之輸送台必需在相反方向上來回地移動。兩模具在幾近相同之時間到達個別調變點，一旦到達該點，模具及輸送台即往個別之相反方向移動。

兩模具在第一個調變點時，彼此具有最大距離。在此位置，較佳是同時進行下列各項：自輸送台取出完工之型材或--下文中同義地使用此語詞--工件，並將包覆有纖維材料之發泡體核心接收至用以成型之模具中。用以成型之模具隨後關閉，預先開啟輸送台。在此時期排空之用以成型的模具於開啟狀態下自另一調變點移動進入此位置。

在第二調變點，兩模具彼此最接近地到達該位置。用以成型之模具在此點再度開啟且輸送台關閉。此時輸送台到達預先懸吊著連續型材之區段，而用以成型之模具脫離那個先是被懸吊且後來被依此方式輸送的區段。連續型材隨後藉輸送台輸送，同時用以成型之模具再度開啟並返回開始位置。

另一選擇但稍微複雜之方式，在程序步驟f)中成型之型材經加熱段在兩台車最靠近處自用以成型之模具輸送至輸送台內。為完成此目的，兩模具皆在此較早位置同時短暫地開啟。連續型材的輸送及自模具至輸送台的輸送有數種選擇。例如，連續型材可藉滾筒或鈎具推動。亦可在程序步驟g)之前使用適當之設備拉動該連續型材。

較佳是整個方法中藉由用以成型之模具及輸送台進行 輸送，或更明確地說是藉由專一性地包含連續型材之一段的個別模具進行。

程序步驟h)：開啟輸送台後，藉切割或切鋸或藉由另一種適當之方法分離個別型材。通常是在另一型材段於程序步驟d)及e)中成型之同時，當連續型材之輸送已因成型程序而停止時，進行此分離。在分離程序之後，藉(例如)機器人手臂取出完工工件，選擇是否接受進入儲存系統。

本發明方法所製得之型材組件具有含發泡體核心之夾芯結構。本發明新穎方法之明顯優點是可藉由兩個彼此配合之壓模--第一模具及第二模具--以連續操作方式進行，且隨後可毫無問題地在外套材料中固定嵌入物(例如螺釘或鈎子)而不會使材料失去安定性，或使得必需在大幅增加重量的情況下建構整體型材。可採用之優點另有下列各點：

- 連續地生產具有切槽及剖面變化之複雜形狀。

- 尤其，因為局部地施加額外之材料，故成型有額外之可變通性。

- 可有特別短的加工時間、短週期時間、窄幅製造公差、快速硬化時間及高通量。此產生對於大量生產的適切性。

- 對剛性發泡體、纖維及外套物之基質材料有高度自由度。

- 可褪出型材並保持於模具張力下。因此可達到理想之纖維定向。

- 選擇性地藉連接件連接個別模製核心材料。

尤其，本發明有兩個特佳具體實施態樣：該方法之第一較佳具體實施態樣是可稱為拉擠模壓方法的變化型式。此具體實施態樣中，程序步驟a)至f)是在彼此分離之模具或設備中進行。此具體實施態樣可在實際拉擠成型工廠中施行，再造程度相當低，但卻特別適合用在直接對著輸送方向的模製工件。

該方法之第二較佳具體實施態樣是可稱為抽拉成型法之變化型式。在拉擠模壓法中，不可能對具有任何所欲類型或具有極高度複雜性之型材進行加工。因此，抽拉成型法具有較大範圍。此抽拉成型法中，該第一及第二模具是相同模具。而且，步驟d)、e)及f)是在此通用模具中同時進行。此模具因此是一個移動至台車上且可加熱並可送入樹脂的設備。故可於該成型模具中同時進行下列步驟：最終成型、樹脂硬化、修正程序及輸送。此處之修正程序表示樹脂組成物之相對短時間的熱處理。

使用抽拉成型法，可另外達成其他優點，例如達成較高成型度、可特別有效地達成之纖維/基質比及實現具有少數步驟及對應之成本優勢的特別精實製程。此外，使用此具體實施態樣產生之碎料較少，且在同時最終成型中的樹脂注射量較少，此情況又產生特別明顯的尺寸精度。

此處之抽拉成型法及拉擠模壓法兩者皆可與前述拉擠預成型法、拉擠捲繞法或拉擠編織法的製程態樣組合。

不論該具體實施態樣為何，此新穎方法皆可生產各式 各樣類型之型材。該等型材可具有一或多個腔室。具有一個腔室之型材可採用例如具有腔室之圓管形式或矩形或正方形型材形式。亦可生產具有複雜形狀之型材，即具有兩個或更多個不同形狀或不同尺寸之腔室。圓管不僅可為具有(例如)具有圓形發泡體核心及圓形外套物的單純圓形，亦可(例如)具有圓形發泡體核心及多邊形外套物或多邊形發泡體核心及圓形外套物。不論是何種形狀及腔室數目，皆可生產具有各種不同壁厚及/或發泡體核心尺寸的連續型材。

根據本發明，特別可(尤其是藉由所述之抽拉成型法)實際彎曲形狀之工件，或者在輸送方向具有不均一形狀之工件及型材。

發泡體核心所使用之材料較佳為聚(甲基)丙烯醯亞胺，此用語亦使用縮寫P(M)I。此處之(甲基)丙烯基-是意指甲基丙烯基-、丙烯基-或兩者之混合。特佳者係PMI發泡體。此等PMI發泡體一般是以雙階法製得：a)製得鑄型聚合物及b)使該鑄型聚合物發泡。然而，亦可另外選擇使用由其他剛性發泡材料製得之發泡體核心，特別之實例有PET發泡體、PVC發泡體、PU發泡體或PP發泡體。然而，PMI發泡體之主要優點為在第一及/或第二模具中進行進一步之發泡，因此在介於發泡體核心與外層之間的邊界處產生特佳黏著性。

該方法之核心材料所需的發泡體部件可藉由使用模內發泡之製法製得，或可較佳地由以鑄型聚合物形式製得的 發泡板切割、切鋸或研磨而製得。此處可較佳地自單一板片切下複數個發泡體部件。於一特別之替代選擇中，可將製造具有使用於例如航空器建構或建構風力機之類型的相對大型PMI發泡體部件所產生之碎料切碎並加以使用。

此等PMI之生產基本上為熟悉所屬技術領域者已知，可參見例如EP 1 444 293,EP 1 678 244或WO 2011/138060。

較佳是使用密度範圍為30至200kg/m³之PMI發泡體作為發泡體核心之材料。特別可提及之PMI發泡體是Evonik Industries AG之ROHACELL®級。

切鋸、切割或研磨發泡體核心件優於藉模中發泡製得的工件之處是其表面具有開孔。在與纖維接觸及後續浸漬樹脂之期間，有些樹脂滲入發泡體核心表面之此等開孔內。此狀況之優點是該樹脂之硬化於該發泡體核心與外套材料之間的邊界處產生特別強的黏著性。

除前所述，亦可藉本發明方法加工其他剛性發泡體。此等者可特別是PET發泡體、PVC發泡體、PP發泡體或PU發泡體。

造船、轉輪葉片或機動車輛中通常是使用PVC剛性發泡體與外層複合形成夾芯材料。PVC發泡體可購得密度範圍為25至300kg/m³者，且是使用於大量生產。PVC發泡體具有特別高之溫度安定性，但機械耐用性有限。

PP發泡體特別已知的是作為輸送容器中之隔絕材料及作為夾芯材料。PP發泡體可包含填料且為市售品，大 部分密度範圍是20至200kg/m³。為了較佳黏著性，特別可在程序步驟a)之前，先在PP發泡體表面提供黏著層或黏著促進劑。

PU剛性發泡體與PU撓性發泡體比較下之特色依次為較多之閉孔結構及較高之交聯程度。PU剛性發泡體亦可包含相對大量之無機填料材料。

本發明不僅提供該等方法，亦同等地提供由剛性發泡體核心(尤其是PMI發泡體核心)及外層材料組合之新穎型材，該外層材料是已自纖維配方及基質材料(尤其是熱固料或熱塑料)形成。前文有關方法之描述同樣適用於此處使用之材料。較佳基質材料為熱固料，尤其是硬化之環氧樹脂或硬化之PU樹脂。纖維材料特別是碳纖維、聚芳醯胺纖維或玻璃纖維。

本發明充填剛性發泡體之型材的特色是該發泡體核心與外層材料之間不具有黏著層且無結合部位。外層材料完全包住發泡體核心或僅具有極小間隙。極小間隙意指當在壓模中進行成型程序時，如前文述般地將段末端壓合，而仍可見到發泡體核心之某些小區域。然而，壓製程序之更佳進行方式是保持從外面完全無法辨識完工型材中之任一個發泡體核心。

本發明材料之特色是外層材料具有含纖維之區域，其兩端切除而具有該型材長度之80%的最大值，較佳為其50%的最大值。

同樣較佳地，介於剛性發泡體核心與外部材料之間的 界面上，該剛性發泡體核心具有包含基質材料之開孔。

此外，或無論如何，剛性發泡體皆可具有嵌入物，尤其是金屬嵌入物。此等嵌入物隨後在例如汽車結構或航空器結構中用為組件連接點。此時可以嵌入物形式導入例如金屬塊，之後在金屬塊內磨出螺紋，之後可用於螺釘連接。此可為例如管材形式。此類管材可例如在使用於車體結構時作為纜線管道。該等已在生產操作期間的附加是嵌入的一種特殊形式。

此類本發明含發泡體核心之新穎型材具有優於先前技術之主要優點。無結合部位使得機械強度均勻且增加型材整體安定性。無黏著層使得在機械強度至少相當的情況下減輕重量且大幅簡化製程。使用有限長度之纖維局部強化依次有助於稍後嵌入物之附加，該嵌入物是以鈎具形式固定於外層中或藉由螺紋固定。若嵌入物已於模壓製程中併入，則此等嵌入物周圍之材料的強化使得型材更穩定。

本發明工件另外具有極佳之機械性質，尤其是極佳之耐彎曲性數值及抗壓剛性數值。其亦展現特別高之抗壓強度值及受衝擊時的較高能量吸收，在使用於汽車結構中時，其因而可改善車體之穩定性(例如在車輛碰撞事故中)。與金屬部件比較，尤其是不包含核心之中空體，其另外可增進車體之較佳音響效果，即降低由車殼產生的噪音。此種機械性質之改善尤其適用於型材之神經敏感區(neuralgic regions)。

本發明含發泡體核心(尤其是PMI發泡體核心)之型材 或藉本發明方法製得而具有經部分強化之外套物(由纖維材料組成)且具有發泡體核心的模製物可使用於各式各樣之應用中。此處主要關注之領域為輕質結構，但此描述絕非解釋成限制。此者尤與汽車結構、營業載具結構、造船、航空器結構、直升機結構、風力發電設施之結構、機器人或航太技術有關。在汽車結構中，特別可提及例如車頂縱樑或底板支柱之結構。航空器中，可提及例如作為客艙地板支撐物。在此類型應用中，本發明型材提供一種鋁或鋼之替代物選擇，機械性能幾乎相同但卻明顯較輕。

與圖式相關應注意的是，此僅為所列具體實施態樣的圖式。例如，所示工廠是裝配兩個單向纖維導件、兩個本發明用以局部包覆之裝置及兩個拉擠編織裝置。此等四種裝置中，當然(例如)一個拉擠編織範圍及本發明裝置亦足以進行局部包覆，以進行該方法。

1‧‧‧發泡體核心(現有庫存)

2‧‧‧發泡體核心(導入工廠並連接至前一個發泡體核心)

3‧‧‧導入纖維，單向

4‧‧‧捲繞、編織設備(拉擠編織)

5‧‧‧樹脂浸漬

6‧‧‧樹脂儲槽

7‧‧‧預成型模具

8‧‧‧用以成型及用以於載運形成下加熱之模具

9‧‧‧具有懸吊型材之輸送路徑

10‧‧‧輸送台

11‧‧‧切割設備

A(方塊)‧‧‧兩個用以局部包覆纖維材料的本發明裝置之位置

A(圓形)‧‧‧引導元件

B‧‧‧定位元件

C‧‧‧固定元件

D‧‧‧可移動之分離元件

Claims (14)

1. 一種連續生產包含發泡體核心之纖維強化型材的方法，其特徵為該方法具有下列步驟：a)導入發泡體核心並將新導入之發泡體核心連接至最近導入之發泡體核心的末端，b)藉由經改良拉擠預成型法(pul-preforming)、拉擠捲繞法(pul-winding)、拉擠編織法(pul-braiding)或單向疊層操作之形式的至少一程序步驟以一纖維材料捲繞包覆該發泡體核心，c)纖維材料藉一裝置局部層疊，該裝置具有A引導元件、B定位元件、C固定元件及D可移動之分離元件，可在程序步驟b)執行之前、期間或不同次執行之間進行程序步驟c)，d)以樹脂浸透該纖維材料，e)視情況於一或多個選擇性第一模具中使該經包覆之泡體核心預成型，f)在台車上之至少一第二模具中加熱，視情況使該樹脂硬化，g)在輸送台中輸送該經包覆之發泡體核心且視情況加以冷卻，及h)藉由切割、切鋸或其他方法分離個別型材，且取出完工之工件，其中該帶有第二模具之台車與輸送台是以相反方向移動。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該發泡體核心在傳入拉擠成型工廠時是採用複數個連續個別件的形式，且該等個別件是藉由黏附接合或嵌入物或經由加上連接件彼此連接。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該纖維材料是碳纖維、玻璃纖維、聚合物纖維，尤其是聚芳醯胺纖維、或紡織纖維，較佳是聚芳醯胺纖維或碳纖維，該等纖維之使用形式是個別纖維、紗束及/或不織布、梭織物及/或舖設網布。
4. 如申請專利範圍第1至3項中至少一項之方法，其中該樹脂為熱固料，尤其是自聚酯樹脂、自乙烯基酯樹脂、自酚樹脂、自PU樹脂或自環氧樹脂形成之材料，較佳是自PU樹脂或自環氧樹脂形成之材料。
5. 如申請專利範圍第1至3項中至少一項之方法，其中該發泡體核心是由聚(甲基)丙烯醯亞胺製得之核心。
6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中使用密度範圍為30至200kg/m³之聚甲基丙烯醯亞胺作為該發泡體核心之材料。
7. 如申請專利範圍第1至3項中至少一項之方法，其中該方法是以拉擠模壓法之方式進行，其中步驟a)至f)是在彼此分離的模具或設備中進行。
8. 如申請專利範圍第1至3項中至少一項之方法，其中該方法是以抽拉成型法(pul-shape process)之方式進行，其中該第一及第二模具是相同模具，其中步驟d)、e) 及f)是同時進行。
9. 如申請專利範圍第1至3項中至少一項之方法，其中該固定元件C是IR燈、UV燈、電漿源或用於接合樹脂或黏著劑之噴灑應用之噴嘴。
10. 如申請專利範圍第1至3項中至少一項之方法，其中該可移動之分離元件是一或兩片刀片或鋸片，且該定位元件是壓頭或液壓設備。
11. 一種填有剛性發泡體且由發泡體核心及外層材料構成的型材，其特徵為該外層材料為使用纖維材料強化的熱固料或熱塑料且該發泡體核心為剛性發泡體，該填有剛性發泡體之型材的發泡體核心與外層材料之間並無黏著層或結合部位，該外層材料完全的包住該發泡體核心或僅有極小之間隙，且該外層材料有含纖維之區域且兩端皆切除而具有該型材長度之80%的最大值。
12. 如申請專利範圍第11項之填有剛性發泡體之中空型材，其中該剛性發泡體核心在介於剛性發泡體核心與外套材料之間的界面上具有包含基質材料的開孔。
13. 如申請專利範圍第11或12項之填有剛性發泡體之中空型材，其中該外層材料是以碳纖維或玻璃纖維強化之硬化環氧樹脂或PU樹脂，且該剛性發泡體是PMI發泡體。
14. 一種如申請專利範圍第11至13項中至少一項之填有剛性發泡體之型材的用途，其作為夾芯組件使用於汽車結構、營業載具結構、造船、航空器結構或直升機結 構、風力發電設施之結構、機器人或航太技術中。