TW202229680A

TW202229680A - 三維纖維預型體編織方法

Info

Publication number: TW202229680A
Application number: TW110101618A
Authority: TW
Inventors: 葛春明; 王崇安; 葉增爐
Original assignee: 國家中山科學研究院
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2022-08-01
Also published as: TWI789684B

Abstract

本發明係提供一種三維纖維預型體編織方法，藉由設計混合穿刺與軸棒預型體編織裝置，以纖維棒取代Z向鋼針，纖維棒插入下方多孔板並固定，以纖維紗束取代編織布，纖維紗束放入纖維棒間隔中並反覆繞於四周側邊欄柱架，逐層堆疊於XY方向，編織成預型體，以解決穿刺預型體有時纖維不易穿入鋼針形成之孔洞困難與軸棒預型體因纖維棒彎曲歪斜，造成預型體結構歪斜或無法成型之問題。

Description

三維纖維預型體編織方法

本發明係關於一種三維纖維預型體編織方法，特別是關於設計混合穿刺與軸棒預型體編織裝置之一種三維纖維預型體編織方法。

複合材料是由兩種以上材料所組成，可分為強化材與基材，其結構強度主要來自於強化材，例如玻璃纖維或碳纖維等。基材提供結構體架構，用以結合強化材，例如環氧樹脂或酚醛樹脂或碳基材等。複合材料與一般材料相比，具有異向性的特性，可依不同的應用需求，製作出不一樣的結構特性。一般傳統熱壓成型複合材料製作方法，最常使用的方法為壓力釜、真空/加壓袋、樹脂轉移或熱壓機熱壓成型等，但都歸屬於二維積層複合材料，三維編織複合材料預型體大致可分為三類：針刺、穿刺與軸棒預型體等。

針刺預型體是將經裁剪的編織布與網毯(無序分佈的短纖維薄毯)鋪疊，以有倒向鉤刺的特殊刺針，將堆疊好的編織布與網毯在厚度方向進行針刺，使短纖維以幾乎垂直狀態留在毯體內，形成類三維網狀結構預型體。穿刺預型體是編織布與正交非織造三向織物的組合，將鋪疊編織布於Z 向鋼針矩陣穿刺一定高度後，再由纖維逐一替代Z向鋼針，製成三維纖維預型體。軸棒預型體是以纖維棒作為編織單元，纖維棒截面可為圓形、方形、多邊形等各式形狀，依據預型體的形狀與尺寸要求，設計特殊的夾治具與裝置，便於放置與固定纖維棒，編織成穩定結構的預型體。

然而，目前穿刺預型體需先用z向鋼針穿刺編織布，再以纖維逐一替代Z向鋼針，有時纖維不易穿入鋼針形成之孔洞，造成纖維穿刺困難。另軸棒預型體使用之纖維棒，有一定硬度要求，表面需光滑筆直不可彎曲歪斜，否則纖維棒無法放置於固定位置，易造成預型體結構歪斜或無法成型。

綜上所述，目前三維編織複合材料預型體之編織方法仍有缺陷，因此本案之申請人經苦心研究發展出了一種三維纖維預型體編織方法，有效解決穿刺預型體有時纖維不易穿入鋼針形成之孔洞困難與軸棒預型體因纖維棒彎曲歪斜，造成預型體結構歪斜或無法成型之問題。

鑒於上述悉知技術之缺點，本發明之主要目的在於提供一種三維纖維預型體編織方法，藉由設計混合穿刺與軸棒預型體編織裝置，以纖維棒取代Z向鋼針，纖維棒插入下方多孔板並固定，以纖維紗束取代編織布，纖維紗束放入纖維棒間隔中並反覆繞於四周側邊欄柱架，逐層堆疊於XY 方向，編織成預型體，以解決穿刺預型體有時纖維不易穿入鋼針形成之孔洞困難與軸棒預型體因纖維棒彎曲歪斜，造成預型體結構歪斜或無法成型之問題。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之一方案，提供一種三維纖維預型體編織方法，步驟包括：(A)提供一多孔板與複數個欄柱架，其中該多孔板之表面具有複數個孔，以及該複數個欄柱架設置於該多孔板之四周側邊；(B)將複數個纖維棒以Z軸方向插入該多孔板之該複數個孔並固定；(C)將一纖維紗束放入該複數個纖維棒之間的間隔中並反覆繞於四周側邊之該複數個欄柱架，逐層堆疊於X軸及Y軸方向，並判斷堆疊高度是否符合產品需求；(D)得一三維纖維預型體。

較佳地，多孔板之外形可為圓形、方形或多邊形。

較佳地，複數個孔之形狀可為圓形、方形或多邊形。

較佳地，複數個纖維棒之纖維材質可為玻璃纖維、石英纖維、碳纖維、高嶺土纖維或莫來石纖維。

較佳地，複數個纖維棒之樹脂基材，材質可為環氧樹脂、酚醛樹脂或壓克力樹脂。

較佳地，纖維紗束之纖維材質可為玻璃纖維、石英纖維、碳纖維、高嶺土纖維或莫來石纖維。

較佳地，步驟(C)判斷堆疊高度是否符合產品需求的尺寸範圍係可為0.5~100.0cm。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。

1:多孔板

2:欄柱架

S101-S104:步驟

第一圖係為本發明之混合穿刺與軸棒預型體編織裝置示意圖。

第二圖係為本發明之一種三維纖維預型體編織方法流程圖。

第三圖係為本發明之三維纖維預型體。

以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之優點及功效。

請參閱第一圖及第二圖，第一圖係為本發明之混合穿刺與軸棒預型體編織裝置示意圖，及第二圖係為本發明之一種三維纖維預型體編織方法流程圖。本發明在於提供一種三維纖維預型體編織方法，步驟包括：步驟S101，提供多孔板1與複數個欄柱架2，其中多孔板之表面具有複數個孔，以及複數個欄柱架設置於多孔板之四周側邊。步驟S102，將複數個纖維棒以垂直於多孔板表面之Z軸方向插入多孔板1之複數個孔並固定。步驟S103，將纖維紗束放入複數個纖維棒之間的間隔中並以X軸及Y軸方向反覆繞於四周側邊之複數個欄柱架2，逐層堆疊於X軸及Y軸方向，並判斷堆疊高度是否符合產品需求。若堆疊高度符合產品需求，則進行步驟S103，得三維纖維預型體(如第三圖所示)。若堆疊高度符合產品需求，則重複執行步驟S103，將纖維紗束放入複數個纖維棒之間的間隔中並以X軸及Y軸方向反覆繞於四周側邊之複數個欄柱架2，逐層堆疊於X軸及Y軸方向，並判斷堆疊高度是否符合產品需求。

以上，本發明創作藉由先放置固定於Z軸方向之纖維棒，再以纖維紗束往復逐層堆疊於XY方向，編織成預型體，解決穿刺預型體有時纖維不易穿入鋼針形成之孔洞困難與軸棒預型體因纖維棒彎曲歪斜，造成預型體結構歪斜或無法成型之問題。

在本實施方式中，多孔板之外形可為圓形、方形或多邊形等各式形狀。

在本實施方式中，複數個孔之形狀可為圓形、方形或多邊形等各式形狀。本發明藉由多孔板之複數個孔來固定纖維棒，相較於軸棒預型體以設計特殊的夾治具與裝置，來放置與固定纖維棒，便利許多，且纖維棒亦不易彎曲歪斜。

在本實施方式中，複數個纖維棒之纖維材質可為玻璃纖維、石英纖維、碳纖維、高嶺土纖維或莫來石纖維等各式纖維。

在本實施方式中，複數個纖維棒之樹脂基材，材質可為環氧樹脂、酚醛樹脂或壓克力樹脂等各式樹脂。

在本實施方式中，纖維紗束之纖維材質可為玻璃纖維、石英纖維、碳纖維、高嶺土纖維或莫來石纖維等各式纖維。

在本實施方式中，步驟(C)判斷堆疊高度是否符合產品需求的尺寸範圍係可為0.5~100.0cm，此範圍亦是本發明纖維棒所能支持的編織高度。

綜上所述，本發明之三維纖維預型體編織方法，以簡易的多孔板1與欄柱架2即可執行預型體編織，免除穿刺預型體需Z向鋼針多次穿刺編織布程序，並排除穿刺預型體有時纖維不易穿入Z向孔洞之困難，也不需像軸棒預型體設計特殊的夾治具與裝置，也不會因纖維棒彎曲歪斜，造成預型體結構歪斜或無法成型之問題。

上述之實施例僅為例示性說明本創作之特點及功效，非用以限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟悉此技藝之人士均可在不違背創作之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

S101-S104:步驟

Claims

一種三維纖維預型體編織方法，步驟包括：

(A)提供一多孔板與複數個欄柱架，其中該多孔板之表面具有複數個孔，以及該複數個欄柱架設置於該多孔板之四周側邊；

(B)將複數個纖維棒以Z軸方向插入該多孔板之該複數個孔並固定；

(C)將一纖維紗束放入該複數個纖維棒之間的間隔中並反覆繞於四周側邊之該複數個欄柱架，逐層堆疊於X軸及Y軸方向，並判斷堆疊高度是否符合產品需求；

(D)得一三維纖維預型體。
如申請專利範圍第1項所述之一種三維纖維預型體編織方法，其中該多孔板之外形為圓形、方形或多邊形。
如申請專利範圍第1項所述之一種三維纖維預型體編織方法，其中該複數個孔之形狀為圓形、方形或多邊形。
如申請專利範圍第1項所述之一種三維纖維預型體編織方法，其中該複數個纖維棒之纖維材質為玻璃纖維、石英纖維、碳纖維、高嶺土纖維或莫來石纖維。
如申請專利範圍第1項所述之一種三維纖維預型體編織方法，其中該複數個纖維棒之樹脂基材，材質為環氧樹脂、酚醛樹脂或壓克力樹脂。
如申請專利範圍第1項所述之一種三維纖維預型體編織方法，其中該纖維紗束之纖維材質為玻璃纖維、石英纖維、碳纖維、高嶺土纖維或莫來石纖維。
如申請專利範圍第1項所述之一種三維纖維預型體編織方法，其中該步驟(C)判斷堆疊高度是否符合產品需求的尺寸範圍係為0.5~100.0cm。