TW202030073A - 疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置 - Google Patents

Abstract

一種疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置，主要由一對完封空腔水箱、 數紅外線加熱器，及紅外線加熱器座架所構成，其中該對完封空腔水箱皆穿透設置冷流入管及熱流出管，且該對完封空腔水箱朝碳纖維成型模具夾疊之箱殼面上，排列凹設能置入紅外線加熱器之容置槽，並於容置槽兩旁之箱殼面壁上，固設紅外線加熱器座架，以一一撐架起紅外線加熱器，使每只紅外線加熱器全部加熱段，落入對應裝設位置之容置槽中，與容置槽壁間保持懸空架固，復從紅外線加熱器座架連接受控電源，適時向紅外線加熱器導入電力，由此構成，每回模製調控昇降溫度壓黏塑造碳纖維製品時，即藉由該些紅外線加熱器對成型模昇溫達約攝氏180度後，隨即將冷流體灌入完封空腔水箱，使完封空腔水箱對成型模傳導降溫後完成成品，改進習見對碳纖維成型模昇降溫處理上，降溫階段必須從加熱裝置搬出成型模具再置入降溫機台冷卻定型後，再將碳纖維工件取出移至加熱至攝氏150度並維持1.5~2小時使工件硬化成型之耗時費力情形，或須在成型模具內開設渠道灌入水流降溫，受渠道細小降溫效能不彰，且容易削落成型模具強度之缺失，達成加快碳纖維成型生產效率之功效者。

Description

疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置

本發明係有關於一種疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置，尤指一種用於碳纖維成型模外附加疊設之新穎昇降溫裝置，達成加快碳纖維成型生產效率功效之餘，且無需對成型模具內開設渠道灌入水流降溫，避免受渠道細小降溫效能不彰，容易削落成型模具強度之結構技術者。

碳纖維製品需仰賴模具加壓加熱以黏塑成型，製作上分為兩階段，第一階段將碳纖維布或碳纖維原料之工件1放置二片式成型模具10,11,20,21之模穴2內加壓加溫，傳統對此成型模具10,11,20,21昇降溫之結構上，如第一圖所示，係於該二片式成型模具10,11,20,21外模外側各外掛一具加熱板30,40，待成型模具10,11,20,21固定後，將二片加熱板30,40加熱，加熱方式通常是使用熱蒸汽加熱，或熱媒油加熱，將蒸汽或熱煤油自加熱板30,40上內建之渠道31,32,41,42灌入，往受包夾之成型模具10,11,20,21傳熱升溫，另外或有用鎳鉻合金之加熱板30,40，則對鎳鉻合金板通電加熱，總之仰賴熱蒸汽或熱媒油或電熱等熱源，使成型模具10,11,20,21先加熱至攝氏150度後，維持20~30分鐘，讓夾入模穴2內之碳纖維布料表面之粘著劑熱熔含浸到纖維布料內而粘塑成形，即熱塑型，此階段整個時間溫度變化對應關係即如第二圖之時間溫度趨勢曲線圖所示。

當工件1在第一階段完成熱塑形後，即進入第二階段，須將成型模具10,11,20,21降溫促使成型模具10,11,20,21內之碳纖維冷卻定形，早期作法係將未開啟之成型模具10,11,20,21整組搬離加熱板30,40移置到預定降溫位置，再將成型模具10,11,20,21置入降溫機台冷卻，使成型模具10,11,20,21降溫到攝氏50度左右，使成型模具10,11,20,21內碳纖維之工件1冷卻定型。

當工件1在第二階段完成冷卻定型後，即進入第三階段再加熱硬化成型階段，因樹酯在成型模具裏20~30分鐘時間僅可約略定型，碳纖維布與樹酯未完全融合反應完成，所以須等冷卻定型後再將工件1自模穴中取出，再將工件1移到預定位置之電熱烘箱，使用電熱烘箱第2次加熱到150度約1.5小時到2小時，方能完全將工件1硬化成型。

這種對成型模具昇降溫結構及製程有以下缺失：

1.蒸汽加熱或煤油加熱均須大型鍋爐，很佔空間，且蒸汽超過攝氏120度後會過於飽和而熱氣爆危險；煤油加熱亦會有積碳問題，且熱效能不高；而加熱鎳鉻合金之加熱板因外掛加熱板與模具間仍有縫隙，故傳導方式加熱效能不佳，耗能又效益不高。

2.且蒸氣加熱、煤油加熱等如果超過攝氏150度，容易引以熱氣爆等危險或積碳問題，所以此種加熱方式都僅加熱至攝氏150度，而工件1在攝氏150度時，需加熱約3~4小時方得以完全融合並硬化成型，時間冗長，所以，業界實際操作上均是將工件1在模穴內加熱25~30分鐘後，再將成型模具10,11,20,21移出到降溫位置降溫使碳纖維工件冷卻定型，時間約1~2小時，再將工件1自模穴內取出，移到電熱烘箱以攝氏150度以上加熱1.5小 時到2小時，使工件1硬化成型，如此雖可以節省使用成型模具時間，但同時造成加工程序繁瑣、設備繁雜、時間冗長之情形。

3.工件1熱塑形後，還要將成型模具10,11,20,21移到預定位置再冷卻成型模具10,11,20,21冷卻定型，而每組成型模具10,11,20,21均數百公斤至數千公斤重，必得搬來搬去不但耗時耗能耗工，且需占用更多空間，更常造成人員不慎受傷等工安問題。

而隨後如第三圖所示，有另種對成型模具昇降溫結構出現，其結構主要是在成型模具10,11,50,51之外模內，開設渠道52,53,54以灌入冷水等冷卻流體，使成型模具10,11,50,51降溫，如此在降溫硬化出碳纖維定形製品階段，就可以無需將成型模具10,11,50,51撤離加溫設備55,56，就導入冷卻流體降溫，達到節省搬運人力免花搬運時間之功效，但此構成方式仍有以下缺失：

1.受限於成型模具50,51內開設渠道52,53,54細小，導致降溫不彰，況且除非使用甚為乾淨之純水，否則稍用一段時日後，細小的渠道52,53,54管壁很容易積卡水垢，大大降低流通性及傳溫效果，且穿入成型模具50,51內的細小渠道52,53,54也不容易用細刷完全刷入清洗乾淨，另且渠道52,53,54管壁卡垢後流動性更加不足，就算從流入渠道52,53,54之流水加入水垢清洗劑除水垢也要費時良久，總之很難定期保養回復成未積卡水垢的良好狀態。

2.另且在成型模具50,51內部到處開設一道道的渠道52,53,54，也容易削落成型模具30,31的強度，使成型模具30,31耐壓性降低不耐久用。

有鑑於習見對碳纖維成型模昇降溫之裝置有上述種種缺失，本發明人乃積極構思解決之道，經過多次地實驗探討，終於有本發明產生。

因此，本發明即提供一種疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置，主要由一對完封空腔水箱、數紅外線加熱器，及紅外線加熱器座架所構成，其中該對完封空腔水箱皆穿透設置冷流入管及熱流出管，且該對完封空腔水箱朝碳纖維成型模具夾疊之箱殼面上，排列凹設能置入紅外線加熱器之容置槽，並於容置槽兩旁之箱殼面壁上，固設紅外線加熱器座架，以一一撐架起紅外線加熱器，使每只紅外線加熱器全部加熱段，落入對應裝設位置之容置槽中，與容置槽壁間保持懸空架固，復從紅外線加熱器座架連接受控電源，適時向紅外線加熱器導入電力，由此構成，每回模製調控昇降溫度壓黏塑造碳纖維製品時，即藉由該些紅外線加熱器對成型模昇溫充分熱塑並直接加熱至攝氏180度使模穴內工件1加熱隨即硬化成形後，並隨即將冷流體經冷流入管灌入完封空腔水箱，讓冷流體吸除成型模具熱溫轉成熱流體經熱流出管流出，使完封空腔水箱對成型模傳導降溫後完成成品，改進習見對碳纖維成型模昇降溫處理上，加熱只能達攝氏150度左右、降溫階段必須從加熱裝置搬出成型模具再置入降溫機台降溫、二次加熱需再將工件1自模穴取出後移到電熱烘爐加熱之耗時費力情形，達成加快碳纖維成型生產效率之功效，此為本發明之首要目的。

又，本發明此種疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置，由於其導入冷流體降溫，係灌入成型模上下夾疊之完封空腔水箱內，再透過成型模具壁對成型模具傳導降溫，因此不需對成型模具本體開設渠道，也就沒有 渠道細小降溫效能不彰，且容易削落成型模具強度之缺失，且整個完封空腔水箱內部均為流滯冷流體空間，比渠道管壁有更寬闊地內壁空間更少地卡垢死角，得以大幅減低水垢積厚速度，只要一段時日後稍加注入水垢清洗劑，就能徹底清除箱內水垢，保養回復功能容易，此為本發明之又一目的。

再者，本發明此種疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置，由於係倚靠數紅外線加熱器排列加熱成型模具，因此可以很容易搭配控制電路方式選控特定點特定局部數目之紅外線加熱器通電，產生作用或不作用區別，以及諸如升溫最高熱度、加溫時間、定溫時間等等溫控差異性設定，以因應現場當下用模狀況，例如工作周圍氣溫高低變化、改換不同成型模具下，各成型模具自有特定易積熱點、不同批碳纖維工件不同成形厚度要求等等，調變加熱強度或加熱範圍，且若搭配成型模本身內部有嵌埋溫度感測器傳出測溫電訊，就得以據此更精確地管控局部數目之紅外線加熱器作用與否、升溫最高熱度、加溫時間、定溫時間等等溫控差異感應回饋驅控設定，做到升溫調控溫度精確細緻效果，此即為本發明之再一目的。

至於本發明之詳細構造、應用原理、作用與功效，則參照下列依附圖所作之說明即可得到完全的了解。

1‧‧‧工件

2‧‧‧模穴

10,11,20,21,50,51‧‧‧成型模具

30,40‧‧‧加熱板

31,32,41,42‧‧‧渠道

52,53,54‧‧‧渠道

55,56‧‧‧加熱設備

100,110‧‧‧完封空腔水箱

101,111‧‧‧冷流入管

102,112‧‧‧熱流出管

103,104,113,114‧‧‧容置槽

200,210,220‧‧‧紅外線加熱器

300,301,302,303‧‧‧紅外線加熱器座架

400‧‧‧冷流體

500‧‧‧控制電路

600,601‧‧‧溫度感測器

第一圖係習見對碳纖維成型模之昇降溫裝置之一種結構剖視圖。

第二圖係圖一裝置之時間溫度趨勢曲線圖。

第三圖係習見對碳纖維成型模之昇降溫裝置之結構剖視圖。

第四圖係本發明疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置之結構剖視圖。

第五圖係本發明疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置之實施立體圖。

第六圖係圖五裝置之正視圖。

第七圖係圖五裝置之側視圖。

第八圖係圖五裝置之俯視圖。

第九圖係圖五裝置之時間溫度趨勢曲線圖。

第十圖係本發明疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置之結構另一施作剖視圖。

習見結構組成及其作用缺失已如上述，於此不再贅述。

第五圖係本發明疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置之實施立體圖，並請參照第六圖之正視圖、第七圖之惻視圖，及第八圖之俯視圖，由該些圖所示，可知本發明此種疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置，主要由一對完封空腔水箱100,110、數紅外線加熱器200,210,220，及紅外線加熱器座架300,301,302,303所構成，其中該對完封空腔水箱100,110皆穿透設置冷流入管101,111及熱流出管102,112，且該對完封空腔水箱100,110朝碳纖維成型模具具20,21夾疊之箱殼面上，排列凹設能置入紅外線加熱器200,210,220之容置槽103,104,113,114，並於容置槽103,104,113,114兩旁之箱殼面壁上，固設紅外線加熱器座架300,301,302,303，以一一撐架起紅外線加熱器200,210,220，使每只紅外線加熱器200,210,220全部加熱段，落入對應裝設位置之容置槽103,104,113,114中，與容置槽103,104,113,114壁間保持懸空架固，復從紅外線加熱器座架300,301,302,303連接受控電源，適時向紅外線加熱器200,210,220導入電力，而該些紅外線加熱器200,210,220可為紅外線加熱管，且該些紅外 線加熱器200,210,220，可視工件1厚薄、大小，及溫度需求，在紅外線加熱器座架300,301,302,303架裝無虞下，選擇所需對應紅外線波長規格者。

由此構成，每回模製調控昇降溫度壓黏塑造碳纖維之工件1時，即藉由該些紅外線加熱器200,210,220對成型模具昇溫，一經充份融塑工件1時間過後，隨即將冷流體400經冷流入管101,111灌入完封空腔水箱100,110內，讓冷流體400吸除成型模具10,11,20,21熱溫轉成熱流體經熱流出管流出，使完封空腔水箱100,110對成型模具10,11,20,21傳導降溫後完成成品，冷流體400常以水為之，但也不排除採用其他更高致冷性流體冷媒，其昇降溫與時間關係即如第九圖之時間溫度趨勢曲線圖所示，該圖係與前第二圖在相同條件下相比，本結構於第一階段各升溫及保溫時點所耗工時都明顯縮短，請與前圖所示結構一同參考，可以說本發明結構用紅外線加熱器200,210,220對成型模具10,11,20,21加溫速度比傳統結構快，且如圖中標示A部分升溫至攝氏150度之定溫熱塑形時段後，再直接使用紅外線加熱器200,210,220加熱至攝氏180度，使工件1直接硬化定型，因此不需再將模穴內之工件1取出並移到電熱烘箱以攝氏150度加熱1.5~2小時之加熱硬化程序，因此可節省取出工件1、二次加熱工件1的時間而大大縮短生產時間；且須強調的，本發明隨之進行的第二階段又由於完封空腔水箱100,110與成型模具10,11,20,21有大範圍地接觸傳導降溫面積，讓降溫速度也快，達成加快碳纖維成型生產效率之功效，且免除習見對碳纖維成型模具10,11,20,21昇降溫處理上，降溫階段必須從加熱裝置搬出成型模再置入降溫機台降溫之耗時費力情形，另外也不必對成型模具10,11,20,21內再開設冷流降溫渠道，也就沒渠道細小降溫效能不彰，容易削落成型模具強度之缺失。

再者，本發明此種疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置，由於係倚靠數紅外線加熱器200,210,220排列加熱成型模具10,11,20,21，因此如第十圖所示，可以很容易搭配控制電路500方式選控特定點特定局部數目之紅外線加熱器200,210,220通電，產生作用或不作用區別，以及諸如升溫最高熱度、加溫時間、定溫時間等等溫控差異性設定，以因應現場當下用模狀況，例如工作周圍氣溫高低變化、改換不同成型模具下，各成型模具10,11,20,21自有特定易積熱點、不同批碳纖維工件1不同成形厚度要求等等，調變加熱強度或加熱範圍，且若搭配成型模具10,11,20,21本身內部嵌埋有溫度感測器600,601傳出測溫電訊，就得以據此設定控制電路500更精確地管控局部數目之紅外線加熱器200,210,220作用與否，升溫最高熱度、加溫時間，定溫時間等等溫控差異感應回饋驅控設定，做到升溫調控溫度精確細緻效果做到升溫調控溫度精確細緻效果。

另且，該對完封空腔水箱100,110箱殼面上，排列凹設之容置槽103,104,113,114於製作實務上，可視工件1大小、面積、厚薄等等差異，因應凹設調變對應工件1之位置及數量，用以裝置對應之紅外線加熱器200,210,220，又，隨著實際現況變化，當某局部容置槽103,113位置不設紅外線加熱器200,210,220就能充分均勻加熱成型模具10,11,20,21時，該些容置槽103,113也可不安置紅外線加熱器200,210,220放空施行。

綜上所述，本發明此種疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置確實達到所述之功效，而且未見諸公開使用，合於專利法之規定，懇請賜准專利，實為德便。

須陳明者，以上所述者乃是本發明較佳具體的實施例，若依 本發明之構想所作之改變，或其產生之功能作用，仍未超出說明書與圖示所涵蓋之精神時，均應在本發明之範圍內，合予陳明。

100,110‧‧‧完封空腔水箱

101,111‧‧‧冷流入管

102,112‧‧‧熱流出管

103,104,113,114‧‧‧容置槽

200,210,220‧‧‧紅外線加熱器

300,301,302,303‧‧‧紅外線加熱器座架

400‧‧‧冷流體

Claims (6)

1. 一種疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置，與習見透過加熱板加熱成型模具，以及從成型模具外模內開鑿渠道注水降溫之結構不同，其特徵在於：主要由一對完封空腔水箱、數紅外線加熱器，及紅外線加熱器座架所構成，其中該對完封空腔水箱皆穿透設置冷流入管及熱流出管，且該對完封空腔水箱朝碳纖維成型模具夾疊之箱殼面上，排列凹設能置入紅外線加熱器之容置槽，並於容置槽兩旁之箱殼面壁上，固設紅外線加熱器座架，以一一撐架起紅外線加熱器，使每只紅外線加熱器全部加熱段，落入對應裝設位置之容置槽中，與容置槽壁間保持懸空架固，復從紅外線加熱器座架連接受控電源，適時向紅外線加熱器導入電力，由此構成，每回模製調控昇降溫度壓黏塑造碳纖維製品時，即藉由該些紅外線加熱器對成型模具昇溫熱塑成形後，隨即將冷流體經冷流入管灌入完封空腔水箱，讓冷流體吸除成型模具熱溫轉成熱流體經熱流出管流出，使完封空腔水箱對成型模傳導降溫後完成碳纖維成品者。
2. 如請求項1所述之疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置，其中該對完封空腔水箱殼面上，排列凹設之容置槽係視成型模具模穴內不同工件之各項差異，因應凹設對應工件之位置及數量，用以裝置對應之紅外線加熱器者。
3. 如請求項1所述之疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置，其中該些紅外線加熱器係視成型模具模穴內之工件厚薄、大小，及溫度需求，在紅外線加熱器座架架裝無虞下，選擇所需對應紅外線波長規格者。
4. 如請求項1所述之疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置，其中該些紅外線加熱器係為紅外線加熱管者。
5. 如請求項1所述之疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置，其中所述該成型模具本身內部嵌埋有溫度感測器者。
6. 如請求項1所述之疊夾碳纖維成型模之昇降溫裝置，其中所述該冷流體係為水者。

Images