TW202306746A

TW202306746A - 雙層真空袋樹脂注入成型裝置與方法

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Publication number: TW202306746A
Application number: TW110128946A
Authority: TW
Inventors: 張智淵; 鍾承育
Original assignee: 高苑科技大學
Priority date: 2021-08-05
Filing date: 2021-08-05
Publication date: 2023-02-16
Also published as: TWI769042B

Abstract

一種雙層真空袋樹脂注入成型裝置與方法，所述方法是在模具上層疊設置內層真空袋與外層真空袋，並於兩真空袋間設置介質層，對兩真空袋間之氣密空間抽真空處理，使該內層真空袋沿介質層之凹凸表面變形，而界定出多個位於所包覆之纖維材表面的通道，然後對內層真空袋與模具構成的模穴抽真空處理，並使負壓狀態之模穴將吸入之樹脂分流至該等通道，接著，使氣密空間連通大氣，使內層真空袋變形貼靠向纖維材，而將原本之該等通道中的樹脂擠向纖維材。透過所述方法設計，確實能提高纖維材的樹脂填充速度，而能加快大尺寸輔助纖維材的製造速度。

Description

雙層真空袋樹脂注入成型裝置與方法

本發明是有關於一種樹脂轉注成型裝置與方法，特別是指一種用以製造補強纖維材之雙層真空袋樹脂注入成型裝置與方法。

補強纖維材經常用於纖維複合材料，在與樹脂結合後的成品，具有質輕以及高機械強度的特性，因此廣受運輸、運動產業的喜愛。傳統人工操作開放式製程製作纖維複合材料成品，如噴塗法或手積法，生產效率低，製程中易釋放出來有害有機化合物，危害操作人員健康。因此，封閉式製程，例如真空輔助樹脂轉注成型(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding，簡稱VARTM)，因易於自動化，是目前製造纖維複合材料常用的方法。

真空輔助樹脂轉注成型的過程是先將裁切好纖維材預置於剛性的下模上，纖維材上方以真空袋覆蓋並沿著下模具周緣予以密封，形成模穴。接著，將模穴內抽至真空狀態。藉由外界大氣壓力與模穴內壓力差壓縮纖維材，同時將外界之樹脂引導入模穴，使樹脂注入纖維才孔隙中。由於真空輔助樹脂轉注成型的充填原理是藉由真空壓將樹脂引入纖維，最高壓力差僅為一大氣壓，且因模穴抽真空使得真空袋壓實纖維，樹脂注入纖維耗時太久，尤其是大尺寸成品。

因此，本發明的目的，即在提供一種能改善先前技術的至少一個缺點的雙層真空袋樹脂注入成型方法。

於是，本發明雙層真空袋樹脂注入成型方法，包含以下步驟：將一個多孔隙的纖維材設置在一個模具上；使一個內層真空袋與該模具相配合界定出一個密封包覆該纖維材的模穴；將一個介質層疊置於該內層真空袋外表面，該介質層具有一個靠抵於該內層真空袋的凹凸表面；使一個外層真空袋與該模具及該內層真空袋相配合界定出一個密封包覆該介質層之氣密空間；對該氣密空間抽真空處理，使該內層真空袋沿該介質層之該凹凸表面變形，而與該纖維材外表面相配合界定出多個通道；對該模穴抽真空處理；使處於負壓狀態之該模穴連通一個容裝有樹脂的樹脂筒，使該模穴將樹脂吸入並分流至該等通道，以及滲入該纖維材位於該等通道下方的區域中；阻斷該模穴與該樹脂筒之連通，並使該氣密空間連通大氣，使該內層真空袋受大氣壓與該模穴之負壓的作用而變形貼靠向該纖維材，而將容裝於原本之該等通道的樹脂擠入該纖維材中；及使該纖維材中之樹脂硬化，製成一個補強纖維材。

本發明的另一目的，即在提供一種能改善先前技術的至少一個缺點的雙層真空袋樹脂注入成型裝置。

於是，本發明雙層真空袋樹脂注入成型裝置，包含一個模具機構、一個抽真空設備及一個樹脂供給機構。該模具機構包括一個用以承載一個纖維材的模具、一個氣密覆蓋在該模具上且與該模具相配合界定出一個用以容裝該纖維材之模穴的內層真空袋、一個氣密覆蓋在該模具上且和該模具與該內層真空袋相配合界定出一個氣密空間的外層真空袋，及一個設置在該氣密空間中的介質層，該模具穿設有多個分別連通該模穴與該氣密空間的孔道。該介質層具有一個靠抵在該內層真空袋外表面之凹凸表面，該內層真空袋可受該氣密空間內之負壓作用而沿該介質層之該凹凸表面凹凸變形，而與該纖維材外表面相配合界定出多個可供樹脂流動的通道。

該抽真空設備安裝於該模具，並經由對應之孔道連通該模穴與該氣密空間，可被控制啟動而各別對該模穴與該氣密空間抽真空處理。該樹脂供給機構可用以容裝所述樹脂，安裝於該模具，並經由對應之孔道而連通該模穴，能受該模穴之負壓吸力作用，而經由對應之孔道輸送樹脂至該模穴。

本發明之功效在於：透過該雙層真空袋樹脂注入成型裝置結構設計，以及該雙層真空袋樹脂注入成型方法設計，確實能提高該纖維材的樹脂填充速度，而能大幅縮短該補強纖維材的製程時間，加快大尺寸輔助纖維材的製造速度。

參閱圖1、2、3，本發明雙層真空袋樹脂注入成型裝置200的一個實施例，適用於將樹脂900（示於圖6）注入一個多孔隙的纖維材800中，藉以製作補強纖維材801（示於圖8）。所述纖維材800例如但不限於玻璃纖維，碳纖維或是天然纖維(麻纖維，竹纖維)。

該雙層真空袋樹脂注入成型裝置200包含一個用以供所述纖維材800設置的模具機構3、一個連通於該模具機構3且容裝有樹脂900的樹脂供給機構4，及一個連通組接於該模具機構3之抽真空設備5。

該模具機構3包括一個用以承載該纖維材800的模具31、一個氣密覆蓋設置在該模具31上的內層真空袋32、一個氣密覆蓋設置在該模具31上且覆蓋在該內層真空袋32外之外層真空袋33，及一個設置在該內層真空袋32與該外層真空袋33之間的介質層34。為方便說明，以下是以圖2之該模具31的長度方向定義為左右向，並據此定義出前後向。

該內層真空袋32會與該模具31相配合界定出一個用以氣密容裝該纖維材800之模穴320，該外層真空袋33、該內層真空袋32與該模具31會相配合界定出一個氣密容置該介質層34的氣密空間343。該模具31中設置有多個分別連通該模穴320與該氣密空間343的孔道310。該內層真空袋32與該外層真空袋33都是由可撓曲變形之塑膠材料或矽膠製成，所述塑膠材料例如但不限於PE與尼龍。

該介質層34是由可撓曲變形材料製成之多孔隙結構物，例如但不限於尼龍纖維材、菜瓜布，或者是粗麻布。該介質層34具有一個靠抵在該內層真空袋32外表面且凹凸不平的凹凸表面340，並具有一個片狀的本體部341，及多個左右延伸且前後間隔平行地排列突設在該本體部341底面之條狀的外凸部342，且該等外凸部342與該本體部341相配合界定出該凹凸表面340。

在本實施例中，該介質層34之該本體部341與該外凸部342為同材質構件，都由多孔隙之可撓曲材料製成，但實施時，在本發明之其它實施態樣中，該介質層34之該等外凸部342不以設計成多孔隙結構為必要，也可改以其它可撓性變形材料取代，例如但不限於橡膠或矽膠，該本體部341與該等外凸部342間可透過黏膠或縫線進行連結固定，但實施時，該本體部341與該等外凸部342間連結固定方式不以此為限。

該樹脂供給機構4包括一個連通大氣且容裝有樹脂900的樹脂筒41，及一個連通外界且連通在該樹脂筒41與該模具31之對應孔道310間的連通管路42，且該連通管路42會經由對應之孔道310連通該模穴320。該連通管路42具有一個第一閥門421與一個第二閥門422，會於該第一閥門421開啟時，連通該模穴320與大氣，會於該第二閥門422開啟時，連通該模穴320與該樹脂筒41。

該抽真空設備5包括一個抽真空器51、一個連通安裝在該模具31之對應孔道310而與該模穴320連通的樹脂回收筒52、一個連通該樹脂回收筒52的調壓器53、一個連通該調壓器53與該抽真空器51間之樹脂抽吸管路54，及一個連通安裝在該模具31之對應孔道310而連通在該氣密空間343與該抽真空器51間的抽氣管路55。

該樹脂抽吸管路54具有一個第三閥門541，會於該第三閥門541開啟時，連通該調壓器53與該抽真空器51。該抽氣管路55具有一個第四閥門551與一個第五閥門552，會於該第四閥門551開啟時連通該氣密空間343與大氣，會於該第五閥門552開啟時連通該氣密空間343與該抽真空器51。

參閱圖1、3、9，本發明雙層真空袋樹脂注入成型裝置200用以製造補強纖維材801所執行之雙層真空袋樹脂注入成型方法，包含以下步驟：

設置纖維材步驟701。將一個纖維材800設置定位在該模具31上。

建構模穴步驟702。將該內層真空袋32往下疊蓋在該模具31上，而罩蓋該纖維材800，並以一個第一固定件61將該內層真空袋32沿該纖維材800周緣氣密固定在該模具31上，使該內層真空袋32與該模具31相配合界定出用以氣密容置該纖維材800之該模穴320。

設置介質層步驟703。將該介質層34以該凹凸表面340靠抵於該內層真空袋32的方式，疊靠在該內層真空袋32外表面。該介質層34可相對位於該纖維材800上方區域，也可進一步往外延伸分布於該纖維材800周圍。

建構氣密空間步驟704。將該外層真空袋33往下疊蓋在該內層真空袋32外，而罩蓋該介質層34，並以一個第二固定件62將該外層真空袋33周緣氣密固定在該模具31，使該外層真空袋33與該模具31及該內層真空袋32間相配合界定出氣密容置該介質層34的該氣密空間343。然後，將該樹脂供給機構4與該抽真空設備5連通組接於該模具31之對應孔道310，並關閉該樹脂供給機構4與該抽真空設備5之所有閥門。

參閱圖4、5、9，對該氣密空間抽真空處理步驟705。開啟該抽氣管路55之該第五閥門552與該連通管路42之該第一閥門421，並啟動該抽真空器51，對該氣密空間343抽真空處理。此時該內層真空袋32與該外層真空袋33會相向擠壓該介質層34，且該內層真空袋32會沿該介質層34之該凹凸表面340凹凸變形，而往上緊貼於該凹凸表面340，進而與該纖維材800相配合界定出多個連通設置在該纖維材800外表面的通道321。

對該模穴抽真空處理步驟706。關閉該連通管路42之該第一閥門421，在維持啟動該抽真空器51情況下，開啟該樹脂抽吸管路54之該第三閥門541，對該模穴320進行抽真空處理。進行抽真空處理時，可透過該調壓器53調整施加於該模穴320之抽真空壓力，使該模穴320抽真空壓力小於該氣密空間343之抽真空壓力。

參閱圖6、7、9，填注樹脂步驟707。在維持啟動該抽真空器51情況下，開啟該連通管路42之該第二閥門422，並利用該模穴320抽真空處理所產生的負壓吸力，與該樹脂筒41容裝之樹脂900所承受之大氣壓力，將該樹脂筒41中的樹脂900抽吸進入該模穴320內。由於該內層真空袋32用以構成該等通道321的部位不會往下緊壓該纖維材800，所以該纖維材800對應該等通道321部位會相對疏鬆（如圖4所示），使得樹脂900較易滲入，而開始填注於該纖維材800中，並往上流入該等通道321中。

因為該纖維材800位於該等通道321下方的部位相對疏鬆，所以樹脂900在該等通道321中，以及在該纖維材800位於該等通道321下方的部位中的流動阻力，會明顯小於在該纖維材800位於該等下凸部342下方的部位中的流動阻力，所以樹脂900在該等通道321中與在該纖維材800位於該等通道321下方的部位中的流動速度，會明顯大於在該纖維材800之其它部位中的流動速度，使得樹脂900往圖7箭頭所示方向流動時的樹脂流動前緣901會概呈現出如圖7所示波浪狀。藉此設計，可大幅提高樹脂900注入速度，而能於該模穴320中快速注入所需的樹脂量。當抽吸預定量之樹脂900後，關閉該第二閥門422。

參閱圖8、9，輔助擠壓步驟708。維持啟動該抽真空器51的情況下，關閉該抽氣管路55之該第五閥門552，並開啟該第四閥門551，使該氣密空間343與大氣連通而解除負壓狀態。此時，該內層真空袋32原本往上凹陷以形成該等通道321的部位會被該模穴320之負壓往下吸引而貼靠向該纖維材800，使該內層真空袋32與該模具31相配合擠壓該纖維材800，進而將位於原先之該等通道321中的樹脂900往下擠壓滲入該纖維材800，並將該纖維材800位在原本之該等通道321下方的部位內的樹脂往外擠壓擴散，進而使樹脂900擴散分布滲入被該內層真空袋32整個壓平的該纖維材800中，而可在該抽真空器51對該模穴320抽真空處理，以將樹脂900往下吸引滲入該纖維材800的同時，利用該內層真空袋32往下輔助推擠樹脂900，所以能提高該纖維材800的樹脂900填充速度，縮短樹脂900填注時間。在填注樹脂900過程中，多餘的樹脂900會被吸入該樹脂回收筒52中。當該纖維材800注滿樹脂900後，關閉該樹脂抽吸管路54之該第三閥門541，並關閉該抽真空器51。

樹脂硬化步驟709。透過加熱硬化方式或其它硬化處理方法，使該纖維材800中的樹脂900硬化，藉以製成補強纖維材801。由於讓樹脂900硬化的方式眾多，且非本發明改良重點，因此不再詳述。

綜上所述，透過該雙層真空袋樹脂注入成型裝置200結構設計，以及該雙層真空袋樹脂注入成型方法設計，可利用該內層真空袋32與該介質層34之該凹凸表面340所形成之通道321，來快速引導並分散進入該模穴320的樹脂900。並可透過在該模穴320與該氣密空間343都處於抽真空負壓狀態情況下，單獨解除該氣密空間343之負壓狀態時，該內層真空袋32會被該模穴320之負壓吸力作用，而往下貼靠向該纖維材800並擠壓樹脂900的加工方法設計，確實能提高該纖維材800的樹脂900填充速度，而能大幅縮短該補強纖維材801的製程時間，加快大尺寸輔助纖維材800的製造速度。

此外，可進一步透過該介質層34之多孔隙可撓曲材質設計，使該介質層34可隨該纖維材800外型變形，而能適用於平面類型或曲面類型之模具31，也就是能適用於製作平面狀與彎曲狀之補強纖維材801。而且多孔隙材質之該介質層34的重量輕，不會過度重壓該纖維材800，所以不會影響該纖維材800的樹脂填注，且該介質層34易於製作施工，成本非常低廉，對於設備成本影響甚低。因此，本發明雙層真空袋樹脂注入成型裝置200與成型方法確實是一種相當創新的創作，確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

200:雙層真空袋樹脂注入成型裝置 3:模具機構 31:模具 310:孔道 32:內層真空袋 320:模穴 321:通道 33:外層真空袋 34:介質層 340:凹凸表面 341:本體部 342:外凸部 343:氣密空間 4:樹脂供給機構 41:樹脂筒 42:連通管路 421:第一閥門 422:第二閥門 5:抽真空設備 51:抽真空器 52:樹脂回收筒 53:調壓器 54:樹脂抽吸管路 541:第三閥門 55:抽氣管路 551:第四閥門 552:第五閥門 61:第一固定件 62:第二固定件 701:設置纖維材步驟 702:建構模穴步驟 703:設置介質層步驟 704:建構氣密空間步驟 705:對該氣密空間抽真空處理步驟 706:對該模穴抽真空處理步驟 707:填注樹脂步驟 708:輔助擠壓步驟 709:樹脂硬化步驟 800:纖維材 801:補強纖維材 900:樹脂 901:樹脂流動前緣

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一個前剖視示意圖，說明本發明雙層真空袋樹脂注入成型裝置的一個實施例搭配一個纖維材使用時的態樣；圖2是該實施例之一個模具機構的立體分解圖；圖3是該實施例之該模具機構的右剖視示意圖；圖4是類似圖3之視圖，說明該實施例之一氣密空間被抽真空處理時的情況；圖5是類似圖1之視圖，說明該實施例之該氣密空間與一模穴被抽真空處理時的情況；圖6是類似圖5之視圖，說明該實施例之模穴開始充填樹脂時的情況；圖7是該實施例之該模具機構的俯剖視示意圖，說明樹脂在通道與在纖維材中之填注流動速度差異；圖8類似圖6之視圖，說明該實施例之該氣密空間解除負壓時的情況；及圖9是本發明雙層真空袋樹脂注入成型方法的一個實施例的步驟流程圖。

200:雙層真空袋樹脂注入成型裝置

3:模具機構

31:模具

310:孔道

32:內層真空袋

320:模穴

33:外層真空袋

34:介質層

340:凹凸表面

341:本體部

342:外凸部

343:氣密空間

4:樹脂供給機構

41:樹脂筒

42:連通管路

421:第一閥門

422:第二閥門

5:抽真空設備

51:抽真空器

52:樹脂回收筒

53:調壓器

54:樹脂抽吸管路

541:第三閥門

55:抽氣管路

551:第四閥門

552:第五閥門

800:纖維材

Claims

一種雙層真空袋樹脂注入成型方法，包含以下步驟：設置纖維材步驟，將一個多孔隙的纖維材設置在一個模具上；建構模穴步驟，使一個內層真空袋與該模具相配合界定出一個密封包覆該纖維材的模穴；設置介質層步驟，將一個介質層疊置於該內層真空袋外表面，該介質層具有一個靠抵於該內層真空袋的凹凸表面；建構氣密空間步驟，使一個外層真空袋與該模具及該內層真空袋相配合界定出一個密封包覆該介質層之氣密空間；對該氣密空間抽真空處理步驟，對該氣密空間抽真空處理，使該內層真空袋沿該介質層之該凹凸表面變形，而與該纖維材外表面相配合界定出多個通道；對該模穴抽真空處理步驟，對該模穴抽真空處理；填注樹脂步驟，使處於負壓狀態之該模穴連通一個容裝有樹脂的樹脂筒，使該模穴將樹脂吸入並分流至該等通道，以及滲入該纖維材位於該等通道下方的區域中；輔助擠壓步驟，阻斷該模穴與該樹脂筒之連通，並使該氣密空間連通大氣，使該內層真空袋受大氣壓與該模穴之負壓的作用而變形貼靠向該纖維材，而將容裝於原本之該等通道的樹脂擠入該纖維材中；及樹脂硬化步驟，使該纖維材中之樹脂硬化，製成一個補強纖維材。
如請求項1所述的雙層真空袋樹脂注入成型方法，其中，對該模穴抽真空處理時，該模穴之抽真空壓力小於該氣密空間之抽真空壓力。
如請求項1所述的雙層真空袋樹脂注入成型方法，其中，該介質層為可撓曲變形材質。
如請求項1或3所述的雙層真空袋樹脂注入成型方法，其中，該介質層具有一個本體部，及多個相間隔地突設在該本體部外表面並與該本體部相配合界定出該凹凸表面的外凸部。
如請求項4所述的雙層真空袋樹脂注入成型方法，其中，該介質層之該本體部是由多孔隙材料製成。
如請求項3所述的雙層真空袋樹脂注入成型方法，其中，該介質層是由多孔隙材料製成。
一種雙層真空袋樹脂注入成型裝置，包含：一個模具機構，包括一個用以承載一個纖維材的模具、一個氣密覆蓋在該模具上且與該模具相配合界定出一個用以容裝該纖維材之模穴的內層真空袋、一個氣密覆蓋在該模具上且和該模具與該內層真空袋相配合界定出一個氣密空間的外層真空袋，及一個設置在該氣密空間中的介質層，該模具穿設有多個分別連通該模穴與該氣密空間的孔道，該介質層具有一個靠抵在該內層真空袋外表面之凹凸表面，該內層真空袋可受該氣密空間內之負壓作用而沿該介質層之該凹凸表面凹凸變形，而與該纖維材外表面相配合界定出多個可供樹脂流動的通道；一個抽真空設備，安裝於該模具，並經由對應之孔道而連通該模穴與該氣密空間，可被控制啟動而各別對該模穴與該氣密空間抽真空處理；及一個樹脂供給機構，可用以容裝所述樹脂，安裝於該模具，並經由對應之孔道而連通該模穴，能受該模穴之負壓吸力作用，而經由對應之孔道輸送樹脂至該模穴。
如請求項7所述的雙層真空袋樹脂注入成型裝置，其中，該介質層為可撓曲變形材質。
如請求項7或8所述的雙層真空袋樹脂注入成型裝置，其中，該介質層具有一個本體部，及多個相間隔地突設在該本體部外表面並與該本體部相配合界定出該凹凸表面的外凸部，該本體部是由多孔隙材料製成。
如請求項7所述的雙層真空袋樹脂注入成型裝置，其中，該抽真空設備包括一個抽真空器、一個經由對應之孔道而連通該模穴的樹脂回收筒、一個連通該樹脂回收筒之調壓器、一個可被操作開啟而連通該調壓器與該抽真空器的樹脂抽吸管路，及一個經由對應之孔道連通該氣密空間並連通該抽真空器的抽氣管路，該調壓器可供操作以調整該抽真空器經由該樹脂回收筒施加於該模穴的抽真空壓力，該抽氣管路可供操作而連通該氣密空間與大氣或連通該氣密空間與該抽真空器。