TW202237386A - 碳纖維模板、其製造方法及其製造系統 - Google Patents
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Abstract
一種碳纖維模板,其包括一板體、複數個突緣以及複數個加強肋。板體係以碳纖維材料製成,該板體具有一第一表面、一第二表面以及複數個側邊,該第一表面與該第二表面相對設置,該等側邊連接該第一表面與該第二表面。複數個突緣連接於該等側邊,且從該第一表面朝該第二表面的方向延伸。複數個加強肋設置在該第二表面且連接於該等突緣。本發明的碳纖維模板,其兼具質輕極容易裁切的特性,而且組裝速度快,以及回收重製速度快。本發明還提供該碳纖維模板的製造方法及製造系統。
Description
本發明係有關於一種碳纖維材料的技術領域,特別是有關於一種碳纖維模板、其製造方法及其製造系統。
在各種營建工程中,完成鋼筋結構之後,接著在鋼筋結構的外進行混凝土的灌漿作業,而混凝土的定型是預先在鋼筋結構外部建構模板,模板建構出的形狀對應於建築物中各種結構,然後以然後混凝土灌入模板,最後混凝土凝固成型。
在現有技術中,模板有用木材或鋼材等製作,木材雖然容易裁切,但是有一定的使用壽命,而鋼材雖然使用壽命長,但是其不易裁切而且重量較重,因此組裝相當不容易且組裝速度慢,而且回收性差及重製速度慢。
有鑑於此,本發明的目的在於提供一種碳纖維製作的模板,其兼具質輕極容易裁切的特性,而且組裝速度快,以及回收重製速度快。
本發明的碳纖維模板包括一板體、複數個突緣以及複數個加強肋。該板體具有一第一表面、一第二表面以及複數個側邊,該第一表面與該第二表面相對設置,該等側邊連接該第一表面與該第二表面。複數個突緣,連接於該等側邊,且從該第一表面朝該第二表面的方向延伸。複數個加強肋,設置在該第二表面且連接於該等突緣。其中,該板體、該突緣及該加強肋係以一碳纖維複合材料製成。
在另一實施例中,該碳纖維複合材料是由複數根碳纖維分佈於熱可塑性樹脂所構成的一熱塑性基材中所構成。
在另一實施例中,該碳纖維複合材料是由複數根該碳纖維與複數根熱可塑性纖維彼此相互纏繞成無方向性分佈的一碳纖維複合材料預成型體,之後再將該碳纖維複合材料預成型體經由熱壓所構成該碳纖維複合材料。
在另一實施例中,複數根該熱可塑性纖維是全部熱熔形變彼此黏合而構成該熱塑性基材,或者複數根該熱可塑性纖維是只有一部份該熱可塑性纖維熱熔形變與另一部份維持纖維形狀的該熱可塑性纖維彼此黏合而構成該熱塑性基材。
在另一實施例中,其中所述無方向性分佈係為將該碳纖維複合材料或該碳纖維複合材料預成型體投影於一個二維平面,而複數根該碳纖維於該二維平面上的投影係雜亂或隨機地以各方向延伸,該碳纖維是不連續的碳纖維,複數根該碳纖維的平均長度係大於或等於35mm,且小於或等於95mm,該碳纖維為二次回收的碳纖維。
在另一實施例中,複數根該熱可塑性纖維於該二維平面上的投影係雜亂或隨機地以各方向延伸,該熱可塑性纖維是不連續的熱可塑性纖維,複數根該熱可塑性纖維的平均長度係大於或等於35mm,且小於或等於95mm。
在另一實施例中,該碳纖維複合材料係包含複數個空腔,複數個該空腔是以雜亂或隨機地分佈於該碳纖維複合材料內部,該空腔的內部為空氣。
在另一實施例中,每個該突緣設有複數個通孔,該等通孔係沿與該等側邊平行的方向排列。
在另一實施例中,每個該突緣的該等通孔具有相同的孔徑且該等通孔間具有相同的間距。
在另一實施例中,至少一個該加強肋與至少一個該突緣平行。
在另一實施例中,該等加強肋的末端以該第二表面為基準面的高度係等於該等突緣的末端以該第二表面為基準面的高度。
在另一實施例中,該碳纖維模板更包括複數個輔助加強肋,該輔助加強肋設置於該加強肋與該突緣之間且連接該加強肋與該突緣,且該輔助加強肋的末端以該第二表面為基準面的高度係小於該加強肋的末端以該第二表面為基準面的高度。
本發明也提供一種碳纖維模板的製造系統,其至少包括:一碳纖維開纖機、一熱塑性纖維開纖機、一疊合機、一混纖機以及一熱壓成型機。該碳纖維開纖機以一碳纖維輸送裝置連接該疊合機;該熱塑性纖維開纖機以一熱塑性纖維輸送裝置連接該疊合機;該疊合機以一疊合輸送裝置連接該混纖機;該混纖機以一混纖輸送裝置連接該熱壓成型機。
在另一實施例中,該碳纖維開纖機將複數個碳纖維束中的複數根碳纖維彼此分散,將分散的複數根該碳纖維散佈於該碳纖維開纖機的該碳纖維輸送裝置上使複數根該碳纖維彼此相互纏繞成無方向性分佈的一碳纖維帶狀物。
在另一實施例中,該熱塑性纖維開纖機將複數個熱塑性纖維束中的複數根熱塑性纖維彼此分散,將分散的複數根該熱塑性纖維散佈於該熱塑性纖維開纖機的該熱塑性纖維輸送裝置上使複數根該熱塑性纖維彼此相互纏繞成無方向性分佈的一熱塑性纖維帶狀物。
在另一實施例中,該疊合機係將該碳纖維帶狀物及該熱塑性纖維帶狀物彼此疊置成一預混纖帶狀物;該疊合機係將該碳纖維帶狀物疊於該熱塑性纖維帶狀物的上方,或者將該熱塑性纖維帶狀物疊於該碳纖維帶狀物的上方。
在另一實施例中,該混纖機將該預混纖帶狀物中的複數根該碳纖維及複數根該熱可塑性纖維混合彼此分散,將分散的複數根該碳纖維及複數根該熱可塑性纖維散佈於該混纖機的輸送帶上使其彼此相互纏繞成無方向性分佈的一混纖帶狀物。
在另一實施例中,該混纖帶狀物的厚度方向的下半部,該碳纖維的重量或數量比例大於該熱可塑性纖維。
在另一實施例中,該熱壓成型機將該混纖帶狀物經過熱壓而成為一預成型體。
在另一實施例中,該碳纖維模板的製造系統更包含一裁切機,該熱壓成型機以一熱壓成型輸送裝置連接該裁切機,該裁切機將該預成型體裁切成預定的尺寸。
在另一實施例中,該碳纖維模板的製造系統更包含一成品機,該裁切機以一裁切輸送裝置連接該成品機,該成品機在該預成型體設置一突緣與一加強肋。
在另一實施例中,該混纖機與該熱壓成型機之間設置有一針軋機。
本發明也提供一種碳纖維模板的製造方法,,其至少包括以下步驟:一提供碳纖維回收材料步驟,係提供成束的碳纖維;一提供熱塑性纖維步驟,係提供成束的熱塑性纖維;一碳纖維開纖步驟,將成束的碳纖維進行開纖,即形成複數根可交錯纏繞的碳纖維;一熱塑性纖維開纖步驟,將成束的熱塑性纖維進行開纖,即形成複數根可交錯纏繞的熱塑性纖維;一疊合步驟,將已開纖的複數根該碳纖維及複數根該熱塑性纖維進行疊合;一混纖步驟,將疊合後的複數根該碳纖維與複數根該熱塑性纖維混織;一預成型步驟,將完成混纖後的複數根該碳纖維及複數根該熱塑性纖維進行預成型。
在另一實施例中,該提供碳纖維回收材料步驟中,所述成束的碳纖維是指從高分子複合材料中所取得的二次回收的複數個碳纖維束,該碳纖維束是由複數根碳纖維捻在一起所構成。
在另一實施例中,該提供熱塑性纖維步驟中,所述成束的熱塑性纖維是指由複數根熱可塑性纖維捻在一起所構成的複數個熱可塑性纖維束。
在另一實施例中,該碳纖維開纖步驟中,將複數個該碳纖維束中的複數根該碳纖維彼此分散,將分散的複數根該碳纖維散佈並使其彼此相互纏繞成無方向性分佈的一碳纖維帶狀物;該碳纖維是不連續的碳纖維。
在另一實施例中,該熱塑性纖維開纖步驟中,將複數個該熱塑性纖維束中的複數根該熱塑性纖維彼此分散,將分散的複數根該熱塑性纖維散佈並使其彼此相互纏繞成無方向性分佈的一熱塑性纖維帶狀物;該熱可塑性纖維是不連續的熱可塑性纖維。
在另一實施例中,該疊合步驟中,係將該碳纖維帶狀物及該熱塑性纖維帶狀物彼此疊置成一預混纖帶狀物;該碳纖維帶狀物疊於該熱塑性纖維帶狀物的上方,或者該熱塑性纖維帶狀物疊於該碳纖維帶狀物的上方。
在另一實施例中,該混纖步驟中,將該預混纖帶狀物中的複數根該碳纖維及複數根該熱可塑性纖維混合彼此分散,將分散的複數根該碳纖維及複數根該熱可塑性纖維散佈並使其彼此相互纏繞成無方向性分佈的一混纖帶狀物。
在另一實施例中,該混纖帶狀物的厚度方向的下半部,該碳纖維的重量或數量比例大於該熱可塑性纖維。
在另一實施例中,該預成型步驟依序包含一針軋步驟及一熱壓步驟,該針軋步驟是使該混纖帶狀物中的複數根該碳纖維及複數根該熱可塑性纖維彼此相互纏繞,該熱壓步驟係使經過針軋後的該混纖帶狀物經過熱壓而成為一預成型體。
在另一實施例中,該預成型步驟包含一熱壓步驟,熱壓步驟將該混纖帶狀物經過熱壓而成為一預成型體。
在另一實施例中,該預成型步驟包含一熱壓成卷步驟,該熱壓成卷步驟將該混纖帶狀物經過熱壓後再收卷而成為一預成型體。
在另一實施例中,該碳纖維模板的製造方法更包含一裁切步驟,該裁切步驟是將該預成型體裁切成預定的尺寸而成為一板體。
在另一實施例中,該碳纖維模板的製造方法更包含一成品步驟,該成品步驟是在該板體上設置一突緣與一加強肋之後,再加熱進行熱熔黏合而得到一碳纖維模板。
本發明的碳纖維模板,其碳纖維板材是由碳纖維相互纏繞地分布在熱塑性基材中,使碳纖維模板具有相當的強度,而且其重量輕且方便裁切。另外本發明的碳纖維模板在邊緣設置多個突緣,在突緣圍成的區域內設置多個加強肋及輔助加強肋,可以增加碳纖維模板的強度,承載較大的重量。另外,本發明的碳纖維模板可以從碳纖維高分子複合材料回收的碳纖維材料以及從其他材料回收的熱塑性纖維經過開纖、疊合及混織後,以針軋或熱壓等方式形成碳纖維模板。
請參閱第1圖及第2圖,其表示本發明的碳纖維模板的一實施例。本發明的碳纖維模板100包括一板體10、複數個突緣20以及複數個加強肋30。該板體10係以一碳纖維複合材料(CARBON FIBER COMPOSITE MATERIAL)F0(第3A圖)製成且呈平板狀,所以該碳纖維複合材料F0也可以被稱為碳纖維板。該板體10具有一第一表面11、一第二表面12以及複數個側邊13,該第一表面11與該第二表面12相對設置,該等側邊13連接該第一表面11與該第二表面12。在本實施例中,該板體10呈矩形,因此該第一表面11與該第二表面12均為矩形,四個該側邊13連接該第一表面11與該第二表面12。複數個該突緣20連接於該側邊13,且從該第一表面11朝該第二表面12的方向延伸,每個該突緣20呈板狀,該第二表面12被該等突緣20圍繞。在本實施例中,每個該突緣20係設置在該板體10的整個該側邊13上,而且該板體10、該突緣20及該加強肋30皆為相同或不相同的該碳纖維複合材料F0所製成。較佳地,該板體10及該突緣20為一體成型。特別說明的是,該第一表面11是用以與灌漿作業的混凝土接觸。
複數個該加強肋30設置在該第二表面12且連接於該等突緣20。由於該板體10呈矩形,因此該突緣20係沿該板體10的長度方向與寬度方向設置。多個該加強肋30中的數個該加強肋30沿該板體10的長度方向延伸,多個該加強肋30中的數個該加強肋30沿該板體10的寬度方向延伸,沿該板體10長度方向與寬度方向延伸的該加強肋30連接兩個相對設置的該突緣20且彼此相交。由於該加強肋30沿該板體10長度方向與寬度方向延伸,因此該加強肋30與該突緣20平行設置。另外,該等加強肋30的末端以該第二表面12為基準面的高度係等於該等突緣20的末端以該第二表面12為基準面的高度。即該加強肋30的頂部與該突緣20的頂部齊平,如此該加強肋30可以對該突緣20及該板體10提供強化的效果,使該板體10及該突緣20可承受較大的外力。
在另一實施例中,更包括複數個輔助加強肋40,該等輔助加強肋40設置於該等加強肋30與該等突緣20之間且連接該等加強肋30與該等突緣20。在另一實施例中,該輔助加強肋40也可以設置在兩個相鄰的該加強肋30之間且連接兩相鄰的該加強肋30。該等輔助加強肋40的末端以該第二表面12為基準面的高度係小於該等加強肋30的末端以該第二表面12為基準面的高度。即該輔助加強肋40的頂部低於該加強肋30及該突緣20的頂部。該輔助加強肋40可以在強度需求較低的位置對該突緣20及該板體10提供強化的效果,也可以強化該加強肋30。
另外,每個該突緣20設有複數個通孔21,該等通孔21係沿與該等側邊13平行的方向排列。每個該突緣20的該等通孔21具有相同的孔徑且該等通孔21間具有相同的間距。特別說明的是,該通孔21是用以與相鄰的另一該碳纖維模板100中的另一該通孔21以一結合件(圖未繪出)彼此組裝固定,該結合件例如為螺絲與螺帽的組合。
請一併參閱第3A圖,較佳地,該碳纖維複合材料F0是由複數根碳纖維C分佈於熱可塑性樹脂所構成的一熱塑性基材S中所構成。請一併參閱第4圖,更佳地,該碳纖維複合材料F0是由複數根該碳纖維C與複數根熱可塑性纖維P彼此相互纏繞成無方向性分佈的一碳纖維複合材料預成型體F1,之後再將該碳纖維複合材料預成型體F1經由熱壓所構成該碳纖維複合材料F0,因此該碳纖維複合材料F0的物性於各方向皆均一,換言之該碳纖維複合材料F0於各方向的撕裂強度、抗彎強度與抗彎模數可達均一,能抵抗來自各方向的破壞力。特別說明的是,前述將該碳纖維複合材料預成型體F1熱壓後,複數根該熱可塑性纖維P可以是全部熱熔形變彼此黏合而構成該熱塑性基材S,或者複數根該熱可塑性纖維P可以是只有一部份該熱可塑性纖維P熱熔形變與另一部份維持纖維形狀的該熱可塑性纖維P彼此黏合而構成該熱塑性基材S。
所述無方向性分佈係指將該碳纖維複合材料F0或該碳纖維複合材料預成型體F1投影於一個二維平面,而複數根該碳纖維C於該二維平面上的投影係雜亂或隨機地以各方向延伸,複數根該熱可塑性纖維P於該二維平面上的投影係雜亂或隨機地以各方向延伸。更佳地,該碳纖維C是不連續的碳纖維,複數根該碳纖維C的平均長度係大於或等於35mm,且小於或等於一預定平均長度以形成前述之『不連續的』,例如平均長度係小於或等於500mm或95mm。更佳地,該熱可塑性纖維P是不連續的熱可塑性纖維,複數根該熱可塑性纖維P的平均長度係大於或等於35mm,且小於或等於一預定平均長度以形成前述之『不連續的』,例如平均長度係小於或等於500mm或95mm。更佳地,該碳纖維C與該熱可塑性纖維P皆分別為二次回收的碳纖維與熱可塑性纖維。特別說明的是,二次回收的碳纖維可以是依照發明專利TWI663192及TWII663194碳纖維回收方法及裝置或者其他的方式所取得。須注意的是,如果二次回收的碳纖維為複數個碳纖維束所組合而成,此時通常每一個該碳纖維束是由複數根該碳纖維C以Z捻或S捻而捻在一起;因此,即使是相鄰的該碳纖維束中的複數根該碳纖維C,其彼此間也不會交纏。至於如何完成該碳纖維複合材料F0是由複數根該碳纖維C與複數根熱可塑性纖維P彼此相互纏繞成無方向性分佈的該碳纖維複合材料預成型體F1的方法,將於後述碳纖維模板的製造方法中說明。
請一併參閱第3B圖,較佳地,該碳纖維複合材料F0係包含複數個空腔A,複數個該空腔是以雜亂或隨機地分佈於該碳纖維複合材料F0內部,該空腔A的內部為空氣,因此整體的該碳纖維複合材料F0的重量會更輕,這進一步使得該碳纖維模板100的重量也更輕。
將第1圖及第2圖所示的結構分別製作成比較例1、比較例2及實施例1,其對應所使用的材質分別為鋼、鋁及本發明使用碳纖維複合材料的碳纖維模板。比較例1、比較例2及實施例1除了對應所使用的材質有所區別之外,其餘有關於結構、尺寸大小及位置等皆相同。將比較例1、比較例2及實施例1進行測試的結果列於以下表一。
表一
編號 | 比較例1 | 比較例2 | 實施例1 |
材質 | 鋼 | 鋁 | 碳纖維複合材料 |
重量(Kg) | 50 | 22 | 13 |
拆模速度 | 非常慢(2分鐘以上) | 慢(30秒以上) | 超快(只需2-4秒) |
回收重製性 | 有破洞後回收須熔煉再製灌模 | 有破洞後回收須熔煉再製灌模 | 有破洞後回收,只需加熱後再施壓10-13分鐘,破洞處會自動融合完成 |
水分的影響 | 會生鏽後變形 | 不影響 | 不影響 |
表面平整性 | 生鏽後無法維持光滑平整 | 光滑平整 | 光滑平整 |
從表一中可以得知,實施例1與比較例1的不同處在於,實施例1的重量為13 Kg,而比較例1的重量為50 Kg,因此相較於比較例1而言,實施例1實現了輕量化。又由於實施例1的重量僅為比較例的26%(實施例的13公斤除以比較例1的50公斤),因此實施例1的拆卸速度輕便且快速。於產生破洞後,比較例1須回收熔煉再製灌模,實施例1只需加熱後再施壓10-13分鐘,破洞處會自動融合完成,因此實施例1具有回收便利性。比較例1會受到混凝土及灌漿作業中的水分影響而生鏽變形,實施例1則不會受到水份而影響結構。生鏽後的比較例1其表面無法維持光滑平整, 這使得拆模後的混凝土表面呈現坑坑洞洞而需要額外的施工使混凝土表面變得平整,然而實施例1因為無生鏽的問題因此表面可以維持光滑平整。
接續地,實施例1與比較例2的不同處在於,實施例1的重量為13 Kg,而比較例2的重量為22 Kg,因此相較於比較例2而言,實施例1實現了輕量化。又由於實施例1的重量僅為比較例的59%(實施例的13公斤除以比較例2的22公斤),因此實施例1的拆卸速度輕便且快速。於產生破洞後,比較例2須回收熔煉再製灌模,實施例1只需加熱後再施壓10-13分鐘,破洞處會自動融合完成,因此實施例1具有回收便利性。
顯然地,實施例1在輕量化、拆模速度、回收性、水分的影響及表面平整性,優於比較例1或2。
請一併參閱第5圖至第8圖,其表示本發明的碳纖維模板的製造方法及製造系統。其中,該碳纖維模板的製造方法包含以下步驟。
提供碳纖維回收材料步驟S11,係提供成束的碳纖維,如本國專利I663192所示的回收方法,從高分子複合材料中回收碳纖維。例如,提供前述二次回收的複數個該碳纖維束,如前述發明專利TWI663192及TWII663194,從高分子複合材料中所取得的二次回收的複數個該碳纖維束,該碳纖維束是由複數根該碳纖維C捻在一起所構成。
提供熱塑性纖維步驟S12,係提供成束的熱塑性纖維。例如,提供二次回收的複數個熱可塑性纖維束,該熱可塑性纖維束是由複數根該熱可塑性纖維P捻在一起所構成。
碳纖維開纖步驟S13,將成束的碳纖維以一開纖機進行開纖,即形成多根可交錯纏繞的碳纖維,由於開纖機為通常技術,因此不在此贅述。例如,複數個該碳纖維束以一碳纖維開纖機110將複數個該碳纖維束中的複數根該碳纖維C彼此分散,將分散的複數根該碳纖維C散佈於該碳纖維開纖機110的輸送帶上使其彼此相互纏繞成無方向性分佈的一碳纖維帶狀物。其中,該碳纖維C是不連續的碳纖維,複數根該碳纖維C的平均長度係大於或等於35mm,且小於或等於500mm或95mm。
熱塑性纖維開纖步驟S14,將成束的熱塑性纖維以一開纖機進行開纖,即形成多根可交錯纏繞的熱塑性纖維。例如,複數個該熱塑性纖維束以一熱塑性纖維開纖機120將複數個該熱塑性纖維束中的複數根該熱塑性纖維P彼此分散,將分散的複數根該熱塑性纖維P散佈於該熱塑性纖維開纖機120的輸送帶上使其彼此相互纏繞成無方向性分佈的一熱塑性纖維帶狀物。其中,該熱可塑性纖維P是不連續的熱可塑性纖維,複數根該熱可塑性纖維P的平均長度係大於或等於35mm,且小於或等於500mm或95mm。
疊合步驟S15,將已開纖的碳纖維及熱塑性纖維進行疊合。例如,該碳纖維開纖機110的輸送帶及該熱塑性纖維開纖機120的輸送帶分別將該碳纖維帶狀物及該熱塑性纖維帶狀物,輸送至一疊合機130。該疊合機130係將該碳纖維帶狀物及該熱塑性纖維帶狀物彼此疊置成一預混纖帶狀物,換言之,該疊合機130係將該碳纖維帶狀物疊於該熱塑性纖維帶狀物的上方,或者將該熱塑性纖維帶狀物疊於該碳纖維帶狀物的上方。
混纖步驟S16,將已疊合的碳纖維及熱塑性纖維以混纖機進行混纖,使碳纖維及熱塑性纖維形成如第3A圖所示的交互纏繞的狀態,由於混纖機為通常技術,因此不在此贅述。例如,將該預混纖帶狀物以輸送帶輸送至一混纖機140,該混纖機140將該預混纖帶狀物中的複數根該碳纖維C及複數根該熱可塑性纖維P混合彼此分散,將分散的複數根該碳纖維C及複數根該熱可塑性纖維P散佈於該混纖機140的輸送帶上使其彼此相互纏繞成無方向性分佈的一混纖帶狀物。特別說明的是,該混纖帶狀物的厚度方向的下半部,該碳纖維C的重量或數量比例大於該熱可塑性纖維P,這是因為該混纖機140的混纖過程中,該碳纖維C的比重大於該熱可塑性纖維P所導致。相對地,該混纖帶狀物的厚度方向的上半部,該碳纖維C的重量或數量比例小於該熱可塑性纖維P。
預成型步驟S17,將完成混纖後的碳纖維及熱塑性纖維進行預成型。例如,該預成型步驟S17依序包含針軋步驟S171及熱壓步驟S172,該針軋步驟S171是使用一針軋機190對該混纖帶狀物進行針軋,使該混纖帶狀物中的複數根該碳纖維C及複數根該熱可塑性纖維P彼此更加相互纏繞,然後該熱壓步驟S172係使用一熱壓成型機150將經過針軋後的該混纖帶狀物經過熱壓而成為一預成型體。再例如,該預成型步驟S17只包含該熱壓步驟S172,該熱壓成型機150將該混纖帶狀物經過熱壓而成為該預成型體。又例如,該預成型步驟S17只包含一熱壓成卷步驟S173,係該混纖帶狀物經過熱壓後再收卷而成為該預成型體。
裁切步驟S18,使用一裁切機160將該預成型體裁切成預定的尺寸,即為前述該板體10。
成品步驟S19,使用一成品機180將裁切成預定的尺寸的該預成型體(該板體10)上設置該突緣20與該加強肋30之後,再加熱進行熱熔黏合而得到本發明的碳纖維模板100。
請參閱第6圖,其表示本發明的的一實施例。依據前述該碳纖維模板的製造方法,本發明的一碳纖維模板的製造系統至少包括:一碳纖維開纖機110、一熱塑性纖維開纖機120、一疊合機130、一混纖機140以及一熱壓成型機150。該碳纖維開纖機110以一碳纖維輸送裝置111(例如前述的輸送帶)連接該疊合機130,該碳纖維開纖機110用於將成束的碳纖維進行開纖,此處成束的碳纖維可以是如本國專利I663192所示的回收方法,從高分子複合材料中回收碳纖維。該熱塑性纖維開纖機120以一熱塑性纖維輸送裝置121(例如前述的輸送帶)連接該疊合機130,該熱塑性纖維開纖機120用於將成束的熱塑性纖維進行開纖。該疊合機130以一疊合輸送裝置131(例如前述的輸送帶)連接該混纖機140,開纖後的該等碳纖維及該等熱塑性纖維傳送至該疊合機130進行疊合,疊合後的該等碳纖維及該等熱塑性纖維傳送至該混纖機140進行混纖。該混纖機140以一混纖輸送裝置141(例如前述的輸送帶)連接該熱壓成型機150,混纖後的該等碳纖維及該等熱塑性纖維傳送至該熱壓成型機150成型而得到碳纖維板材。
請參閱第7圖,其表示本發明的碳纖維模板的製造系統的另一實施例。本實施例與第6圖所示的實施例的結構係部分相同,相同的元件給予相同的符號並省略其說明。本實施例與第6圖的實施例的差異在於本實施例還包括一裁切機160,該熱壓成型機150以一熱壓成型輸送裝置151(例如前述的輸送帶)連接該裁切機160,成型後的碳纖維板材經由該裁切機160裁切成預定的尺寸。接著該裁切機160以一裁切輸送裝置161(例如前述的輸送帶)連接一成品機180,該成品機180在碳纖維板材上設置突緣與加強肋後得到本發明的碳纖維模板。
請參閱第8圖,其表示本發明的碳纖維模板的製造系統的另一實施例。本實施例與第7圖所示的實施例的結構係部分相同,相同的元件給予相同的符號並省略其說明。本實施例與第7圖的實施例的差異在於本實施例在該混纖機140與該熱壓成型機150之間設置有一針軋機190。
本發明的碳纖維模板,其碳纖維板材是由碳纖維相互纏繞地分布在熱塑性基材中,使碳纖維模板具有相當的強度,而且其重量輕且方便裁切。另外本發明的碳纖維模板在邊緣設置多個突緣,在突緣圍成的區域內設置多個加強肋及輔助加強肋,可以增加碳纖維模板的強度,承載較大的重量。另外,本發明的碳纖維模板可以從碳纖維高分子複合材料回收的碳纖維材料以及從其他材料回收的熱塑性纖維經過開纖、疊合及混織後,以針軋或熱壓等方式形成碳纖維模板。
惟以上所述者,僅為本發明之較佳實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,即大凡依本發明之申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外,本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外,摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用,並非用來限制本發明之權利範圍。
10:板體
11:第一表面
12:第二表面
13:側邊
20:突緣
21:通孔
30:加強肋
40:輔助加強肋
100:碳纖維模板
110:碳纖維開纖機
111:碳纖維輸送裝置
120:熱塑性纖維開纖機
121:熱塑性纖維輸送裝置
130:疊合機
131:疊合輸送裝置
140:混纖機
141:混纖輸送裝置
150:熱壓成型機
151:熱壓成型輸送裝置
160:裁切機
161:裁切輸送裝置
180:成品機
190:針軋機
A:空腔
C:碳纖維
P:熱塑性纖維
S:熱塑性基材
S11:提供碳纖維回收材料步驟
S12:提供熱塑性纖維步驟
S13:碳纖維開纖步驟
S14:熱塑性纖維開纖步驟
S15:疊合步驟
S16:混纖步驟
S17:預成型步驟
S171:針軋步驟
S172:熱壓步驟
S173:熱壓成卷步驟
S18:裁切步驟
S19:成品步驟
F0:碳纖維複合材料
F1:碳纖維複合材料預成型體
第1圖為本發明的碳纖維模板的一實施例的立體圖。
第2圖為第1圖的碳纖維模板的另一視角觀看的立體圖。
第3A圖為本發明的碳纖維複合材料的結構示意圖。
第3B圖為本發明的碳纖維複合材料包含空腔的結構示意圖。
第4圖為本發明的碳纖維複合材料預成型體的結構示意圖。
第5圖為本發明的碳纖維模板的製造方法的流程圖。
第6圖為本發明的碳纖維模板的製造系統的一實施例的方塊圖。
第7圖為本發明的碳纖維模板的製造系統的另一實施例的方塊圖。
第8圖為本發明的碳纖維模板的製造系統的又另一實施例的方塊圖。
10:板體
11:第一表面
12:第二表面
13:側邊
20:突緣
21:通孔
30:加強肋
40:輔助加強肋
100:碳纖維模板
Claims (35)
- 一種碳纖維模板,其包括: 一板體(10),該板體(10)具有一第一表面(11)、一第二表面(12)以及複數個側邊(13),該第一表面(11)與該第二表面(12)相對設置,該等側邊(13)連接該第一表面(11)與該第二表面(12); 複數個突緣(20),連接於該等側邊(13),且從該第一表面(11)朝該第二表面(12)的方向延伸;以及 複數個加強肋(30),設置在該第二表面(12)且連接於該等突緣(20); 其中,該板體(10)、該突緣(20)及該加強肋(30)係以一碳纖維複合材料(F0)製成。
- 如請求項1所述之碳纖維模板,其中該碳纖維複合材料(F0)是由複數根碳纖維(C)分佈於熱可塑性樹脂所構成的一熱塑性基材(S)中所構成。
- 如請求項2所述之碳纖維模板,其中該碳纖維複合材料(F0)是由複數根該碳纖維(C)與複數根熱可塑性纖維(P)彼此相互纏繞成無方向性分佈的一碳纖維複合材料預成型體(F1),之後再將該碳纖維複合材料預成型體(F1)經由熱壓所構成該碳纖維複合材料(F0)。
- 如請求項3所述之碳纖維模板,其中複數根該熱可塑性纖維(P)是全部熱熔形變彼此黏合而構成該熱塑性基材(S),或者複數根該熱可塑性纖維(P)是只有一部份該熱可塑性纖維(P)熱熔形變與另一部份維持纖維形狀的該熱可塑性纖維(P)彼此黏合而構成該熱塑性基材(S)。
- 如請求項4所述之碳纖維模板,其中所述無方向性分佈係為將該碳纖維複合材料(F0)或該碳纖維複合材料預成型體(F1)投影於一個二維平面,而複數根該碳纖維(C)於該二維平面上的投影係雜亂或隨機地以各方向延伸,該碳纖維(C)是不連續的碳纖維,複數根該碳纖維(C)的平均長度係大於或等於35mm,且小於或等於95mm,該碳纖維(C)為二次回收的碳纖維。
- 如請求項4所述之碳纖維模板,其中複數根該熱可塑性纖維(P)於該二維平面上的投影係雜亂或隨機地以各方向延伸,該熱可塑性纖維(P)是不連續的熱可塑性纖維,複數根該熱可塑性纖維(P)的平均長度係大於或等於35mm,且小於或等於95mm。
- 如請求項1所述之碳纖維模板,其中該碳纖維複合材料(F0)係包含複數個空腔(A),複數個該空腔(A)是以雜亂或隨機地分佈於該碳纖維複合材料(F0)內部,該空腔(A)的內部為空氣。
- 如請求項1所述之碳纖維模板,其中每個該突緣(20)設有複數個通孔(21),該等通孔(21)係沿與該等側邊(13)平行的方向排列。
- 如請求項8所述之碳纖維模板,其中每個該突緣(20)的該等通孔(21)具有相同的孔徑,且該等通孔(21)間具有相同的間距。
- 如請求項1所述之碳纖維模板,其中至少一個該加強肋(30)與至少一個該突緣(20)平行。
- 如請求項1所述之碳纖維模板,其中該等加強肋(30)的末端以該第二表面(12)為基準面的高度係等於該等突緣(20)的末端以該第二表面(12)為基準面的高度。
- 如請求項1所述之碳纖維模板,該碳纖維模板(100)更包括複數個輔助加強肋(40),該輔助加強肋(40)設置於該加強肋(30)與該突緣(20)之間且連接該加強肋(30)與該突緣(20),且該輔助加強肋(40)的末端以該第二表面(12)為基準面的高度係小於該加強肋(30)的末端以該第二表面(12)為基準面的高度。
- 一種碳纖維模板的製造系統,其至少包括:一碳纖維開纖機(110)、一熱塑性纖維開纖機(120)、一疊合機(130)、一混纖機(140)以及一熱壓成型機(150); 該碳纖維開纖機(110)以一碳纖維輸送裝置(111)連接該疊合機(130); 該熱塑性纖維開纖機(120)以一熱塑性纖維輸送裝置(121)連接該疊合機(130); 該疊合機(130)以一疊合輸送裝置(131)連接該混纖機(140); 該混纖機(140)以一混纖輸送裝置(141)連接該熱壓成型機(150)。
- 如請求項13所述之碳纖維模板的製造系統,其中該碳纖維開纖機(110)將複數個碳纖維束中的複數根碳纖維(C)彼此分散,將分散的複數根該碳纖維(C)散佈於該碳纖維開纖機(110)的該碳纖維輸送裝置(111)上使複數根該碳纖維(C)彼此相互纏繞成無方向性分佈的一碳纖維帶狀物。
- 如請求項14所述之碳纖維模板的製造系統,其中該熱塑性纖維開纖機(120)將複數個熱塑性纖維束中的複數根熱塑性纖維(P)彼此分散,將分散的複數根該熱塑性纖維(P)散佈於該熱塑性纖維開纖機(120)的該熱塑性纖維輸送裝置(121)上使複數根該熱塑性纖維(P)彼此相互纏繞成無方向性分佈的一熱塑性纖維帶狀物。
- 如請求項15所述之碳纖維模板的製造系統,其中該疊合機(130)係將該碳纖維帶狀物及該熱塑性纖維帶狀物彼此疊置成一預混纖帶狀物;該疊合機(130)係將該碳纖維帶狀物疊於該熱塑性纖維帶狀物的上方,或者將該熱塑性纖維帶狀物疊於該碳纖維帶狀物的上方。
- 如請求項16所述之碳纖維模板的製造系統,其中該混纖機(140)將該預混纖帶狀物中的複數根該碳纖維(C)及複數根該熱可塑性纖維(P)混合彼此分散,將分散的複數根該碳纖維(C)及複數根該熱可塑性纖維(P)散佈於該混纖機(140)的輸送帶上使其彼此相互纏繞成無方向性分佈的一混纖帶狀物。
- 如請求項17所述之碳纖維模板的製造系統,其中該混纖帶狀物的厚度方向的下半部,該碳纖維(C)的重量或數量比例大於該熱可塑性纖維(P)。
- 如請求項17所述之碳纖維模板的製造系統,其中該熱壓成型機(150)將該混纖帶狀物經過熱壓而成為一預成型體。
- 如請求項19所述之碳纖維模板的製造系統,其中該碳纖維模板的製造系統更包含一裁切機(160),該熱壓成型機(150)以一熱壓成型輸送裝置(151)連接該裁切機(160),該裁切機(160)將該預成型體裁切成預定的尺寸。
- 如請求項20所述之碳纖維模板的製造系統,其中該碳纖維模板的製造系統更包含一成品機(180),該裁切機(160)以一裁切輸送裝置(161)連接該成品機(180),該成品機(180)在該預成型體設置一突緣(20)與一加強肋(30)。
- 如請求項21所述之碳纖維模板的製造系統,其中該混纖機(140)與該熱壓成型機(150)之間設置有一針軋機(190)。
- 一種碳纖維模板的製造方法,其至少包括以下步驟: 一提供碳纖維回收材料步驟(S11),係提供成束的碳纖維; 一提供熱塑性纖維步驟(S12),係提供成束的熱塑性纖維; 一碳纖維開纖步驟(S13),將成束的碳纖維進行開纖,即形成複數根可交錯纏繞的碳纖維; 一熱塑性纖維開纖步驟(S14),將成束的熱塑性纖維進行開纖,即形成複數根可交錯纏繞的熱塑性纖維; 一疊合步驟(S15),將已開纖的複數根該碳纖維及複數根該熱塑性纖維進行疊合; 一混纖步驟(S16),將疊合後的複數根該碳纖維與複數根該熱塑性纖維混織; 一預成型步驟(S17),將完成混纖後的複數根該碳纖維及複數根該熱塑性纖維進行預成型。
- 如請求項23所述之碳纖維模板的製造方法,其中該提供碳纖維回收材料步驟(S11)中,所述成束的碳纖維是指從高分子複合材料中所取得的二次回收的複數個碳纖維束,該碳纖維束是由複數根碳纖維(C)捻在一起所構成。
- 如請求項24所述之碳纖維模板的製造方法,其中該提供熱塑性纖維步驟(S12)中,所述成束的熱塑性纖維是指由複數根熱可塑性纖維(P)捻在一起所構成的複數個熱可塑性纖維束。
- 如請求項25所述之碳纖維模板的製造方法,其中該碳纖維開纖步驟(S13)中,將複數個該碳纖維束中的複數根該碳纖維(C)彼此分散,將分散的複數根該碳纖維(C)散佈並使其彼此相互纏繞成無方向性分佈的一碳纖維帶狀物;該碳纖維(C)是不連續的碳纖維。
- 如請求項26所述之碳纖維模板的製造方法,其中該熱塑性纖維開纖步驟(S14)中,將複數個該熱塑性纖維束中的複數根該熱塑性纖維(P)彼此分散,將分散的複數根該熱塑性纖維(P)散佈並使其彼此相互纏繞成無方向性分佈的一熱塑性纖維帶狀物;該熱可塑性纖維(P)是不連續的熱可塑性纖維。
- 如請求項27所述之碳纖維模板的製造方法,其中該疊合步驟(S15)中,係將該碳纖維帶狀物及該熱塑性纖維帶狀物彼此疊置成一預混纖帶狀物;該碳纖維帶狀物疊於該熱塑性纖維帶狀物的上方,或者該熱塑性纖維帶狀物疊於該碳纖維帶狀物的上方。
- 如請求項28所述之碳纖維模板的製造方法,其中該混纖步驟(S16)中,將該預混纖帶狀物中的複數根該碳纖維(C)及複數根該熱可塑性纖維(P)混合彼此分散,將分散的複數根該碳纖維(C)及複數根該熱可塑性纖維(P)散佈並使其彼此相互纏繞成無方向性分佈的一混纖帶狀物。
- 如請求項29所述之碳纖維模板的製造方法,其中該混纖帶狀物的厚度方向的下半部,該碳纖維(C)的重量或數量比例大於該熱可塑性纖維(P)。
- 如請求項30所述之碳纖維模板的製造方法,其中該預成型步驟(S17)依序包含一針軋步驟(S171)及一熱壓步驟(S172),該針軋步驟(S171)是使該混纖帶狀物中的複數根該碳纖維(C)及複數根該熱可塑性纖維(P)彼此相互纏繞,該熱壓步驟(S172)係使經過針軋後的該混纖帶狀物經過熱壓而成為一預成型體。
- 如請求項30所述之碳纖維模板的製造方法,其中該預成型步驟(S17)包含一熱壓步驟(S172),熱壓步驟(S172)將該混纖帶狀物經過熱壓而成為一預成型體。
- 如請求項30所述之碳纖維模板的製造方法,其中該預成型步驟(S17)包含一熱壓成卷步驟(S173),該熱壓成卷步驟(S173)將該混纖帶狀物經過熱壓後再收卷而成為一預成型體。
- 如請求項31至33中任一項所述之碳纖維模板的製造方法,其中該碳纖維模板的製造方法更包含一裁切步驟(S18),該裁切步驟(S18)是將該預成型體裁切成預定的尺寸而成為一板體(10)。
- 如請求項34所述之碳纖維模板的製造方法,其中該碳纖維模板的製造方法更包含一成品步驟(S19),該成品步驟(S19)是在該板體(10)上設置一突緣(20)與一加強肋(30)之後,再加熱進行熱熔黏合而得到一碳纖維模板(100)。
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