TW201829558A - 碳纖維片狀模塑料(molding compound)之製造方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種製造碳纖維片狀模塑料的方法，該方法包括：使用上漿劑在該碳纖維上進行上漿處理；將該經上漿處理的碳纖維切割成片；將該碳纖維片噴灑到已塗佈在第一載體薄片的表面上之第一樹脂上；及將該已塗佈於第二載體薄片上的第二樹脂與該第一樹脂的表面合併在一起，其中該上漿劑、第一樹脂及第二樹脂皆包括相同的化合物。

Description

碳纖維片狀模塑料(MOLDING　COMPOUND)之製造方法及裝置
相關申請案之相互參照 本申請案在35 USC §119(a)下主張2017年2月8日於韓國智慧財產權廳(Korean Intellectual Property Office)提出的韓國專利申請案案號10-2017-0017480之利益，此揭示整體以參考之方式併入本文用於全部目的。 背景 1.發明領域
下列說明係關於一種用來製造碳纖維片狀模塑料之方法及設備，更特別關於一種用來製造碳纖維片狀模塑料且可改良在碳纖維與樹脂間的黏附性及分散性之方法及設備。
發明背景 2.相關技藝說明 纖維補強型塑膠(FRP)指為藉由諸如浸過樹脂的纖維之補強材料進行補強以提高機械強度、耐熱性、抗張強度及抗衝擊性之塑膠，及FRP的型式包括塊狀模塑料、片狀模塑料及其類似物。
該片狀模塑料可在室溫及大氣壓下模塑，其對來自酸、鹼、鹽、溶劑、海水等等腐蝕具有強的抗性，及其強度、耐熱性及抗腐蝕性亦優良，使得其廣泛使用於多種工業部門進程(sector processes)作為半永久性元件。
特別是，使用碳纖維作為補強纖維的碳纖維片狀模塑料之用途增加，因為如與其它補強纖維比較，碳纖維具有重量輕及堅硬度高的特徵。
但是，通常來說，碳纖維對使用作為片狀模塑料的樹脂之不飽和聚酯或乙烯基酯樹脂具有低黏著性，此造成無法充分顯示出其特徵及其均勻分佈困難，且因為碳纖維係聚集數千至數萬股而形成，碳纖維之切割困難。
因此，需要發展出能更有效地將碳纖維施加至片狀模塑料的製造方法或製造設備。
發明概要 提供此概述以便以簡化形式引進選擇的概念，此將在下列詳細說明中有進一步描述。此概述不意欲鑑定出所主張的主題之關鍵特徵或基本特徵，或不意欲使用作為決定所主張的主題範圍之輔助。
本發明的目標為提供一種用來製造碳纖維片狀模塑料之方法及設備，其能改良在碳纖維與樹脂間之黏附性及分散性且具有優良的機械物理性質。
在一個一般態樣中，有提供一種製造碳纖維片狀模塑料之方法，該方法包括：使用上漿劑在該碳纖維上進行上漿處理；將該經上漿處理的碳纖維切割成片；將該碳纖維片噴灑到已塗佈在第一載體薄片的表面上之第一樹脂上；及將已塗佈在第二載體薄片上的第二樹脂與該第一樹脂的表面合併在一起，其中該上漿劑、第一樹脂及第二樹脂皆包括相同的化合物。
該上漿劑、第一樹脂及第二樹脂可包括乙烯基酯、不飽和聚酯及環氧樹脂之至少一種。
可在該碳纖維係鋪開成其原始寬度的1.2至5倍寬之此狀態下進行該上漿處理。
在該碳纖維之上漿處理時，以該碳纖維的總重量為基準，該上漿劑可以1至10重量%之量塗佈該碳纖維。
在另一個一般態樣中，有提供一種用來製造碳纖維片狀模塑料之設備，該設備包括：一纖維預處理部分，其在該碳纖維上進行上漿處理；及一薄片製造部分，其使用經該纖維預處理部分預處理過的碳纖維來製造薄片；其中該纖維預處理部分相繼地包括一供應碳纖維的纖維捲、一包括該上漿劑的儲存槽及一切割該碳纖維的切割裝置；該薄片製造部分包括一供應載體薄片的薄片捲，及一包括欲塗佈在該載體薄片表面上的樹脂之樹脂塗佈部分；及該上漿劑與樹脂皆包括相同的化合物。
該儲存槽可包括複數根輥，及該複數根輥可在該儲存槽之深度方向上呈一個交替垂直地在另一個上之安排。
該纖維預處理部分及薄片製造部分每個皆可包括一乾燥爐。
將從下列詳細說明、圖形及申請專利範圍明瞭其它特徵及態樣。
較佳實施例之詳細說明 於此之後，將參照伴隨的圖形詳細地說明本發明之具體實例，以便容易地由普通熟悉技藝之人士實施。應要瞭解的是，本發明不欲推斷為限制至本文提出之具體實例及可以許多不同形式具體化。
為了清楚起見，將省略熟知部分之任何過多的描述，且遍及專利說明書，類似的參考數字指出類似的元件。
為了方便說明，可誇大在圖形中的元件之尺寸及厚度。換句話說，因為為了方便說明，隨意闡明在圖形中的構件之尺寸及厚度，下列具體實例不限於此。在圖形中，為了清楚，放大不同層及區域之厚度，且為了方便說明，誇大某些層及區域之厚度。
在本專利說明書中，除非有明白相反地描述出，否則將要了解的是，措辭”包含”及諸如單數型”包含”或動名詞型”包含”之變化指示出內含所描述的元件，但不排除任何其它元件。
於此之後，將參照圖1詳細地描述根據本發明的具體實例之用來製造碳纖維片狀模塑料的方法及設備。
圖1係根據本發明的一個具體實例之用來製造碳纖維片狀模塑料的設備之截面圖。
參照圖1，根據本發明的一個具體實例之用來製造碳纖維片狀模塑料的設備包括一纖維預處理部分1000及一薄片製造部分2000。
首先，將詳細地描述該纖維預處理部分1000。
根據本發明的一個具體實例，該纖維預處理部分1000係組裝成對欲包括在碳纖維片狀模塑料中之碳纖維13上膠，及其可包括捲繞有碳纖維13的纖維捲10、包括上漿劑50的儲存槽100、第一乾燥爐200及切割經上漿處理的碳纖維15之切割裝置300。
為了方便闡明，圖1僅顯示出一個上面捲繞有碳纖維13的纖維捲10，但是可提供複數個纖維捲10。
捲繞在該纖維捲10上之碳纖維13可係已經接受上漿處理多於一次以將其細絲聚集成股的碳纖維13。
可將捲繞在纖維捲10上的碳纖維13供應至包括用於上漿處理之上漿劑的儲存槽100，及可讓其接受上漿處理。
該儲存槽100可包括用於碳纖維13之上漿處理的上漿劑50及複數根輥110a、110b及110c，以藉由鋪開該碳纖維股而允許該上漿劑50容易地浸入碳纖維13之細絲間。
該複數根輥100a、100b及100c可在儲存槽100之深度方向上呈一個交替垂直地在另一個上之安排。
為了方便闡明，圖1顯示出第一輥100a及第三輥100c係配置成相對低，及第二輥100b係配置在該第一輥100a與第三輥100c間呈相對高，但是如在方法中需要時，可進一步提供額外的輥。
在儲存槽100中的上漿劑50可包括與在晚後描述之碳纖維片狀模塑料的製造中所使用之樹脂相同的樹脂。
該上漿劑50可包括乙烯基酯、不飽和聚酯及環氧樹脂之至少一種。
該碳纖維13可在儲存槽100中進行上漿處理，使得該碳纖維13的寬度係供應至儲存槽100的碳纖維13之1.2至5倍寬，因此該上漿劑50可均勻地浸入該碳纖維13之細絲間。
當碳纖維13之鋪開係少於碳纖維13的原始寬度之1.2倍時，上漿劑50會難以均勻地浸入碳纖維13之細絲間，及當碳纖維13之鋪開係多於原始寬度的5倍時，碳纖維13之抗張強度增加及碳纖維13可受損，此可造成物理性質降低或製程問題。
於碳纖維13的上漿處理期間，以碳纖維13之總重量為基準，塗佈在碳纖維13上的上漿劑50之量可係1%至10重量%。
此係因為當塗佈少於1重量%之上漿劑50時，難以改良對碳纖維片狀模塑料的樹脂之黏附性或碳纖維片狀模塑料的切割效率，及當上漿劑50的塗佈量係多於10重量%時，難以乾燥該已塗佈的上漿劑50及已乾燥的碳纖維15可由於其彈性降低而破裂。
在儲存槽100中以上漿劑50塗佈的碳纖維13當通過第一乾燥爐200時可經乾燥。
可將已通過第一乾燥爐200之經上漿的碳纖維15轉移至切割裝置300及切割成合適於碳纖維片狀模塑料之製造製程的尺寸，然後可將該碳纖維片15供應至該薄片製造部分2000。
於此情況中，可將該碳纖維15切割成長度1至10公分。
於此之後，將詳細地描述薄片製造器2000。
根據本發明的一個具體實例之薄片製造器2000包括供應第一載體薄片23的第一薄片捲20、將第一樹脂27塗佈在第一載體薄片23的表面上之第一樹脂塗佈部分25、供應第二載體薄片33的第二薄片捲30、在第二載體薄片33的表面上塗佈第二樹脂37之第二樹脂塗佈部分35、第二乾燥爐400、及回收所製造的碳纖維片狀模塑料50之回收槽500。
捲繞在第一薄片捲20上的第一載體薄片23當通過該第一樹脂塗佈部分25時可在其表面上塗佈第一樹脂27，然後可將該經塗佈的第一載體薄片23供應至該薄片製造部分2000。
可將在切割裝置300中切割的碳纖維17噴灑到已塗佈第一樹脂27之第一載體薄片23上及浸入該第一樹脂27中。
然後，捲繞在第二薄片捲30上的第二載體薄片33當通過第二樹脂塗佈部分35時可於其表面上塗佈第二樹脂37，及可將該經塗佈的載體薄片33供應至該薄片製造部分2000。
於此情況中，該第一樹脂27與第二樹脂37可以彼此面對的方式供應及合併，及該第一樹脂27與第二樹脂37可係相同樹脂或不同樹脂。
該第一樹脂27及第二樹脂37可包括與上述上漿劑50相同的化合物及可包括乙烯基酯、不飽和聚酯及環氧樹脂之至少一種。
該第一載體薄片23與第二載體薄片33可以該經切割的碳纖維17係浸入第一樹脂27中，及該第二樹脂37係在該第一載體薄片23與第二薄片33間之方式，以一片於另一片上連結在一起而形成薄片45，如顯示在圖2中。
可將該薄片45轉移至第二乾燥爐400及乾燥。
該第二乾燥爐400可根據需要進一步包括一結構，諸如用來加壓該薄片45的傳送帶420。
可在第二乾燥爐400中將該薄片45乾燥成半硬化狀態，及該碳纖維片狀模塑料50可透過在該第二乾燥爐400中的乾燥製程製造及貯存在回收槽500中。
於此之後，將透過實施例及比較例詳細地描述本發明的結構及效應。但是，本實施例意欲進一步闡明本發明，及本發明之範圍不限於該等實施例。 實施例
使用本發明顯示在圖1中之碳纖維片狀模塑料製造設備來製備碳纖維片狀模塑料。
於此情況中，使用已經接受上漿處理的碳纖維，及以相同方式藉由施用乙烯基酯來製備上漿劑及樹脂。同樣地，塗佈在該碳纖維上的上漿劑之量係該碳纖維的5重量%，及該經切割的碳纖維之長度係設定為2英吋。 比較例
使用與實施例相同的方式來製備碳纖維片狀模塑料，除了該碳纖維不通過該纖維預處理部分及無進行進一步上漿處理外。 實驗實施例 (1)黏附性測量
在每片皆根據實施例及比較例製備的碳纖維片狀模塑料之樹脂與碳纖維間的界面黏附性係透過層間剪切強度及截面掃描式電子顯微鏡(SEM)照相術證實。 (2)機械物理性質測量
至於機械物理性質，測量每片皆根據實施例及比較例製備的碳纖維片狀模塑料之抗彎強度及Charpy衝擊強度，其中該抗彎強度係根據JIS K6911測量及Charpy衝擊強度係根據JIS K7077測量。 (3)碳纖維分散性測量
為了測量包括在根據實施例及比較例所製備之碳纖維片狀模塑料中透過預處理碳纖維而獲得的碳纖維分散性，將該碳纖維片狀模塑料切割成尺寸50公分×50公分，如顯示在下列，將該經切割的碳纖維片狀模塑料之表面劃分成9個部分，及測量每個部分的碳纖維體積含量。
結果顯示在表1、表2及圖3中。 表1 表2
首先，如在表1及圖3中所顯示，如與根據比較例的碳纖維片狀模塑料比較，已證實根據實施例之碳纖維片狀模塑料已改良在碳纖維與樹脂間之黏附性，及此外，機械物理性質係優良。
此外，如顯示在表2中，與根據比較例之碳纖維片狀模塑料比較，已證實根據實施例之碳纖維片狀模塑料的每個部分之碳纖維含量係均勻地分佈。
根據上述用來製造根據本發明的具體實例之碳纖維片狀模塑料的方法及設備，其可改良在碳纖維與樹脂間之黏附性及分散性及達成優良的機械物理性質。
上述已經描述出一些實施例。然而，將要了解的是，可製得多種改質。例如，若以不同順序進行所描述的技術時，及/或若在所描述的系統、架構、裝置或電路中之構件係以不同方式結合及/或由其它構件或其同等物置換或補充時皆可達成合適的結果。此外，其它補充係在下列申請專利範圍之範圍內。
10‧‧‧纖維捲
13‧‧‧碳纖維
15‧‧‧經上漿處理的碳纖維
17‧‧‧碳纖維片
20‧‧‧第一薄片捲
23‧‧‧第一載體薄片
25‧‧‧第一樹脂塗佈部分
27‧‧‧第一樹脂
30‧‧‧第二薄片捲
33‧‧‧第二載體薄片
35‧‧‧第二樹脂塗佈部分
37‧‧‧第二樹脂
45‧‧‧薄片
50‧‧‧上漿劑
100‧‧‧儲存槽
110a‧‧‧第一輥
110b‧‧‧第二輥
110c‧‧‧第三輥
200‧‧‧第一乾燥爐
300‧‧‧切割裝置
400‧‧‧第二乾燥爐
420‧‧‧傳送帶
500‧‧‧回收槽
1000‧‧‧纖維預處理部分
2000‧‧‧薄片製造部分
圖1係根據本發明的一個具體實例之用來製造碳纖維片狀模塑料的設備之截面圖。 圖2係根據本發明的一個具體實例所製造之碳纖維片狀模塑料的截面圖。 圖3顯示出根據本發明的實施例(A)及比較例(B)所製造之碳纖維片狀模塑料的截面之掃描式電子顯微鏡(SEM)相片。
遍及圖形及詳細說明，除非其它方面有說明，否則相同的圖形參考數字將了解為指出相同元件、特徵及結構。為了清楚、闡明及方便，可誇大這些元件的相對尺寸及敘述。

Claims (8)

  1. 一種製造碳纖維片狀模塑料之方法，該方法包含： 使用上漿劑在該碳纖維上進行上漿處理； 將該經上漿處理的碳纖維切割成片； 將該碳纖維片噴灑到已塗佈在第一載體薄片的表面上之第一樹脂上；及 將已塗佈於第二載體薄片上的第二樹脂與該第一樹脂的表面合併在一起； 其中該上漿劑、該第一樹脂及該第二樹脂包括相同的化合物。
  2. 如請求項1之方法，其中該上漿劑、該第一樹脂及該第二樹脂包括乙烯基酯、不飽和聚酯及環氧樹脂之至少一種。
  3. 如請求項1之方法，其中在該碳纖維係鋪開成其原始寬度的1.2至5倍寬之如此狀態下進行該上漿處理。
  4. 如請求項3之方法，其中在該碳纖維的上漿處理時，以該碳纖維的總重量為基準，該上漿劑係以自1至10重量%之量塗佈該碳纖維。
  5. 一種用來製造碳纖維片狀模塑料的設備，該設備包含： 一在該碳纖維上進行上漿處理之纖維預處理部分；及 一薄片製造部分，其係使用藉由該纖維預處理部分所預處理的碳纖維來製造薄片； 其中該纖維預處理部分依序地包括一用以供應該碳纖維的纖維捲、一包括上漿劑的儲存槽及一切割該碳纖維的切割裝置； 該薄片製造部分包括一用以供應載體薄片的薄片捲及一包括欲塗佈在該載體薄片的表面上之樹脂的樹脂塗佈部分；及 該上漿劑及該樹脂包括相同的化合物。
  6. 如請求項5之設備，其中該上漿劑及該樹脂包括乙烯基酯、不飽和聚酯及環氧樹脂之至少一種。
  7. 如請求項5之設備，其中該儲存槽包括複數根輥，且該等複數根輥係在該儲存槽的深度方向上呈一個交替垂直地在另一個上之安排。
  8. 如請求項7之設備，其中該纖維預處理部分及該薄片製造部分之每一者皆包括一乾燥爐。
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