TW202108354A

TW202108354A - 複合材料之製造方法

Info

Publication number: TW202108354A
Application number: TW108129435A
Authority: TW
Inventors: 邱紹禎; 駱長定; 黃世煜
Original assignee: 科展材料科技股份有限公司
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2021-03-01

Abstract

本發明關於一種複合材料之製造方法，包括下列步驟：(1)提供一熱塑性預浸材，其包括一預浸覆設有一熱塑性樹脂之第一纖維層，其中該第一纖維層包括至少一厚度不大於0.1毫米之層體，且該至少一層體之至少部分區塊的纖維以同一方向排列；(2)提供一熱固性預浸材，其包括一預浸覆設有一未固化的熱固性樹脂之第二纖維層；(3)熱壓結合該熱塑性預浸材與該熱固性預浸材，並於該熱塑性預浸材與該熱固性預浸材之間形成一非平滑接著界面；(4)冷卻固化形成該複合材料。

Description

複合材料之製造方法

本發明係有關於一種複合材料之製造方法。

習知之熱固性複材經固化後通常具有一粗糙的外表面，為使該外表面具有較光滑、有光澤之外觀，該熱固性複材需經過多道研磨及拋光作業，加工過程繁複且耗費成本。此外，習知之複合材料需於二層體之間另設有黏著材料以相互連接，然，由於材料之間的性質差異，黏著強度不足而有容易剝離之疑慮，同時亦增加該複合材料之整體厚度及重量，存在極待改善之缺弊。

因此，有必要提供一種新穎且具有進步性之複合材料之製造方法，以解決上述之問題。

本發明之主要目的在於提供一種複合材料之製造方法，步驟簡單且該複合材料之結構強度佳。

為達成上述目的，本發明提供一種複合材料之製造方法，包括下列步驟：(1)提供一熱塑性預浸材，其包括一預浸覆設有一熱塑性樹脂之第一纖維層，其中該第一纖維層包括至少一厚度不大於0.1毫米之層體，且該至少一層體之至少部分區塊的纖維以同一方向排列；(2)提供一熱固性預浸材，其包括一預浸覆設有一未固化的熱固性樹脂之第二纖維層；(3)熱壓結合該熱塑性預浸材與該熱固性預浸材，並於該熱塑性預浸材與該熱固性預浸材之間形成一非平滑接著界面；(4)冷卻固化形成該複合材料。

以下僅以實施例說明本發明可能之實施態樣，然並非用以限制本發明所欲保護之範疇，合先敘明。

請參考圖1至3，其顯示本發明之第一較佳實施例，本發明之複合材料之製造方法包括下列步驟：(1)提供一熱塑性預浸材10，其包括一預浸覆設有一熱塑性樹脂之第一纖維層11，其中該第一纖維層11包括至少一厚度不大於0.1毫米之層體111，且該至少一層體111之至少部分區塊的纖維以同一方向排列；(2)提供一熱固性預浸材20，其包括一預浸覆設有一未固化的熱固性樹脂之第二纖維層21；(3)熱壓結合該熱塑性預浸材10與該熱固性預浸材20，並於該熱塑性預浸材10與該熱固性預浸材20之間形成一非平滑接著界面30；(4)冷卻固化形成該複合材料。藉此，該複合材料之製造方法簡單，且無需另外添加黏著材料即可連接熱塑性複材及熱固性複材。

於該步驟(1)中，各該層體111較佳分別預浸該熱塑性樹脂至孔隙率不大於1%後再相互層疊構成該熱塑性預浸材10，藉此，該熱塑性樹脂可較均勻地滲入該至少一層體111內，易於熱壓成形且成形後孔隙率低、結構強度佳且外觀平滑。於其他實施例中，各該層體亦可先層疊再預浸該熱塑性樹脂。於該步驟(3)中之加熱溫度介於100至300°C，可依據選用之材料調整適當之加熱溫度。該加熱溫度不低於該熱固性樹脂之一固化溫度，且該熱固性樹脂之固化溫度高於該熱塑性樹脂之一玻璃轉化溫度（Glass transition temperature, Tg）。藉此，於加熱時，該熱塑性樹脂與未固化的該熱固性樹脂可於該熱塑性預浸材10與該熱固性預浸材20之間至少部分相互融混，進而一體融合形成該非平滑接著界面30（指相互融混之區域，如圖3所示），固化後結合強度佳。於該步驟(3)中所施加之壓力介於1至50bar，可依需求調整以增加結合強度並達到塑形之效果。

該熱塑性樹脂可選自非結晶性聚合物或半結晶性聚合物，韌性高、固化週期短且易於重複加工。非結晶性聚合物例如但不限為聚甲基丙烯酸甲酯（poly(methyl methacrylate), PMMA）、聚碳酸酯（polycarbonate, PC）、聚碸（polysulfone）等；半結晶性聚合物例如但不限為聚丙烯（polypropylene, PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate, PET）、聚醯胺（polyamide, PA）等。該熱塑性預浸材10及該熱固性預浸材20之厚度可透過改變纖維體積分率或樹脂含量調整，達到不同之產品需求。於其他實施例中，該熱塑預浸材亦可另於步驟(3)前熱壓成型為一熱塑板，便於操作。該熱塑性樹脂可提供該複合材料光滑、有光澤之外觀，無需額外研磨加工。

詳細說，該第一纖維層11及該第二纖維層21分別包括聚合物纖維、克維拉纖維、碳纖維、玻璃纖維、玄武岩纖維、石英纖維及天然纖維至少其中一者。較佳地，該至少一層體111之數量為複數層，各該層體111之纖維排列方向相異於該複數層體111之至少其中一者的纖維排列方向，增加該複合材料之結構強度。該複數層體111包括相互層疊之一表層113及至少一單向纖維層112，該至少一單向纖維層112之纖維排列方向包括0°、±15°、±17°、±22°、±30°、±45°、±60°、±75°、90°至少其中一者。於本實施例中，該複數層體111包括相互層疊之四單向纖維層112，且該四單向纖維層112位於最上層者即為該表層113，該四單向纖維層112之纖維排列方向朝該熱固性預浸材20依序為+45°、-45°、0°、90°，各該單向纖維層112之纖維排列緻密，可有效避免該複合材料於結合時產生孔隙。於其他實施例中，該複數層體之層數、該至少一單向纖維層之層數及各該層體之纖維排列方向皆可依產品需求調整。

於本發明之第二較佳實施例中，該複數層體111a包括相互層疊之該表層113a及四單向纖維層112a。該表層113a為一編織層，可提供較多樣化之外觀；該四單向纖維層112a之纖維排列方向由該表層113a朝該熱固性預浸材20依序為0°、90°、90°、0°，可提供適當的結構強度，如圖4所示。

於本發明之第三較佳實施例中，至少一該層體111b由複數單向纖維帶114, 114a編織構成，且該複數單向纖維帶114, 114a之相鄰二者之纖維排列方向相互垂直，舉例但不限為平紋編織、斜紋編織等。藉此，該複合材料可具有特殊外觀、厚度薄且重量輕等優點。然，該複數單向纖維帶之相鄰二者之纖維排列方向亦可配置為其他角度；該第一纖維層亦可包括多個該層體。

1~4:步驟 10:熱塑性預浸材 11:第一纖維層 111,111a,111b:層體 112,112a:單向纖維層 113,113a:表層 114,114a:單向纖維帶 20:熱固性預浸材 21:第二纖維層 30:非平滑接著界面

圖1為本發明第一較佳實施例之流程方塊圖。圖2為本發明第一較佳實施例之複合材料之分解圖。圖3為本發明第一較佳實施例之複合材料之剖面圖。圖4為本發明第二較佳實施例之複合材料之分解圖。圖5為本發明第三較佳實施例之複合材料之分解圖。

1~4:步驟

Claims

一種複合材料之製造方法，包括下列步驟： (1)提供一熱塑性預浸材，其包括一預浸覆設有一熱塑性樹脂之第一纖維層，其中該第一纖維層包括至少一厚度不大於0.1毫米之層體，且該至少一層體之至少部分區塊的纖維以同一方向排列； (2)提供一熱固性預浸材，其包括一預浸覆設有一未固化的熱固性樹脂之第二纖維層； (3)熱壓結合該熱塑性預浸材與該熱固性預浸材，並於該熱塑性預浸材與該熱固性預浸材之間形成一非平滑接著界面； (4)冷卻固化形成該複合材料。
如請求項1所述的複合材料之製造方法，其中於該步驟(3)中之加熱溫度介於100至300°C。
如請求項2所述的複合材料之製造方法，其中該加熱溫度不低於該熱固性樹脂之一固化溫度，且該熱固性樹脂之固化溫度高於該熱塑性樹脂之一玻璃轉化溫度（Glass transition temperature, Tg）。
如請求項1所述的複合材料之製造方法，其中於該步驟(3)中所施加之壓力介於1至50bar。
如請求項1所述的複合材料之製造方法，其中該熱塑預浸材另於步驟(3)前熱壓成形為一熱塑板。
如請求項1所述的複合材料之製造方法，其中該第一纖維層及該第二纖維層分別包括聚合物纖維、克維拉纖維、碳纖維、玻璃纖維、玄武岩纖維、石英纖維及天然纖維至少其中一者。
如請求項1所述的複合材料之製造方法，其中該至少一層體之數量為複數層，各該層體之纖維排列方向相異於該複數層體之至少其中一者的纖維排列方向。
如請求項1所述的複合材料之製造方法，其中該至少一層體之數量為複數層，該複數層體包括相互層疊之一表層及至少一單向纖維層，該至少一單向纖維層之纖維排列方向包括0°、±15°、±17°、±22°、±30°、±45°、±60°、±75°、90°至少其中一者。
如請求項1所述的複合材料之製造方法，其中至少一該層體由複數單向纖維帶編織構成，且該複數單向纖維帶之相鄰二者之纖維排列方向相互垂直。
如請求項1所述的複合材料之製造方法，其中於該步驟(1)中，各該層體分別預浸該熱塑性樹脂至孔隙率不大於1%。