TW202409165A - 碳纖維預浸材料表面增強製品及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種碳纖維預浸材料表面增強製品,其包含:一碳纖維層;一第一樹脂層披覆含浸於該碳纖維層表面;以及一第二樹脂層披覆於該第一樹脂層表面,該第二樹脂層包含矽膠或橡膠 ;本發明透過該第二樹脂層的增設可以使原本碳纖維含浸複合材料的表面性能提升並增加其抗彎或彎曲強度。
Description
一種表面增強的製品,特別是涉及一種碳纖維預浸材料表面增強製品及其製造方法。
碳纖維屬於一種無機增強纖維,強度高、質輕、耐腐蝕又耐高溫,是一種相當理想的增強材料。碳纖維材料製品基本以熱固型樹脂塗佈含浸的碳纖維預浸佈加工成型的製品,熱固型樹脂則常見的有環氧樹脂。
然而,由於熱固型樹脂所含浸的碳纖維預浸布所製的成品,表面所分佈的熱固型樹脂強度不佳,容易因為彎折而產生裂痕或甚至是斷裂,因此有必要提供一種能夠增強其表面的方法,用以解決前揭問題。
為了解決既有的熱固型樹脂所含浸的碳纖維預浸布所製的成品,表面強度不佳易產生裂痕或斷裂的問題,本發明提供一種碳纖維預浸材料表面增強製品,其包含:一碳纖維層;一第一樹脂層披覆含浸於該碳纖維層表面;以及一第二樹脂層披覆於該第一樹脂層表面,該第二樹脂層包含矽膠或橡膠。
本發明也提供前述該碳纖維預浸材料表面增強製品的製造方法,其步驟包含:提供含浸有一第一樹脂層的一碳纖維層形成一碳纖維複合材料;塗抹、噴塗、或薄膜貼合形式將一第二樹脂層覆於該碳纖維複合材料表面;以及熱壓覆有該第一樹脂層與該第二樹脂層的該碳纖維複合材料使該第一樹脂層與該第二樹脂層熟成及固化得到該碳纖維預浸材料表面增強製品。
其中,該碳纖維層包含織布、單向布、不織布的一種或任意搭配。
其中,該第一樹脂層包含熱固性樹脂或熱塑性樹脂。
其中,該熱固性樹脂包含環氧樹脂。
其中,該熱塑性樹脂包含熱塑性聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚丙烯或上述之組合。
其中,該第一樹脂層或該第二樹脂層的厚度介於0.003-1mm。
藉由上述說明可知,本發明藉由該第二樹脂層的增設可以使原本碳纖維含浸複合材料的表面性能提升並增加其抗彎或彎曲強度。
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案,下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些示例或實施例,對於本領域的普通技術人員來講,在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖將本發明應用於其它類似情景。除非從語言環境中顯而易見或另做說明,圖中相同標號代表相同結構或操作。
應當理解,本文使用的“系統”、“裝置”、“單元”和/或“模組”是用於區分不同級別的不同組件、元件、部件、部分或裝配的一種方法。然而,如果其他詞語可實現相同的目的,則可通過其他表達來替換所述詞語。如本發明和請求項書中所示,除非上下文明確提示例外情形,“一”、“一個”、“一種”和/或“該”等詞並非特指單數,也可包括複數。一般說來,術語“包括”與“包含”僅提示包括已明確標識的步驟和元素,而這些步驟和元素不構成一個排它性的羅列,方法或者設備也可能包含其它的步驟或元素。
本發明中使用了流程圖用來說明根據本發明的實施例的系統所執行的操作。應當理解的是,前面或後面操作不一定按照順序來精確地執行。相反,可以按照倒序或同時處理各個步驟。同時,也可以將其他操作添加到這些過程中,或從這些過程移除某一步或數步操作。
<碳纖維預浸材料表面增強製品>
請參考圖1,一種碳纖維預浸材料表面增強製品10,其包含:一碳纖維層11、一第一樹脂層12披覆含浸於該碳纖維層11表面以及一第二樹脂層13披覆於該第一樹脂層12表面。
其中,該碳纖維層11可以是織布、單向布或不織布型態,可以是一層或多層的疊合層,甚至可以是織布、單向布與不織布任意搭配層疊的多層疊合層。
該第一樹脂層12包含熱固性樹脂或熱塑性樹脂,該熱固性樹脂包含環氧樹脂(Epoxy),該熱塑性樹脂則可以包含熱塑性聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯(PC) 、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯(PP)或上述之組合。較佳地,該第一樹脂12含浸於該碳纖維層11的纖維間,可能是部分或全含浸。
該第二樹脂層13包含矽膠、橡膠或其組合。該第二樹脂層13進一步披覆於該第一樹脂層12表面,厚度較佳介於0.003至1mm間。更佳的,該第二樹脂層13厚度介於0.2至0.8mm間。
<碳纖維預浸材料表面增強製品的製造方法>
請參考圖2,對應前述該碳纖維預浸材料表面增強製品10,本發明提供其製造方法,步驟包含:
步驟S1:提供含浸有該第一樹脂層12的該碳纖維層11形成一碳纖維複合材料;
步驟2:塗抹、噴塗、或薄膜貼合形式將該第二樹脂層13覆於前述該碳纖維複合材料表面;
步驟3:熱壓前述覆有該第一樹脂層12與該第二樹脂層13的該碳纖維複合材料使該第一樹脂層12與該第二樹脂層13熟成及固化得到該碳纖維預浸材料表面增強製品10。
<確效性測試>
依據前述該碳纖維預浸材料表面增強製品10進行強度測試。本發明進一步提供二種不同夾角關係的該碳纖維預浸材料表面增強製品10進行比對。所述該夾角關係係指上下二層該碳纖維層11於疊合時,二個分別位於上下二層該碳纖維層11中的碳纖維依據延伸方向所界度出的夾角關係。其中,實施例1至3以及比較例1的該夾角關係為90度,也就是說,二個分別位於上下二層該碳纖維層11中的碳纖維的延伸方向相互垂直。而實施例4至6以及比較例2的該夾角關係為45度,也就是說,二個分別位於上下二層該碳纖維層11中的碳纖維的延伸方向所形成的夾角為45度。
請參考以下比較例1以及實施例1至3之表格。其中,比較例1為該夾角關係為90度的一般碳纖維熱塑性樹脂含浸布,也就是說,比較例1不含有本發明所述第二樹脂層13的表面處理材料。實施例1、實施例2以及實施例3的第一樹脂層12接選用熱塑性聚氨酯,而第二樹脂層13則是選用矽膠,其中,實施例1、實施例2以及實施例3分別設置了三種不同厚度的該第二樹脂層13,該第二樹脂層13的厚度分別選用了0.2豪米(mm)、0.75豪米(mm)以及0.8豪米(mm)。
<比較例1>
第二層樹脂厚度(mm) | 試片編號 | 寬度(mm) | 整體厚度(mm) | 最大荷重(N) | 應力(MPa) |
0 | 01 | 13.01 | 1.33 | 525.3 | 1506.4 |
02 | 13.80 | 1.40 | 556.7 | 1358.5 | |
03 | 13.31 | 1.34 | 565.4 | 1561.3 | |
平均值 | 13.37 | 1.36 | 549.1 | 1475.4 | |
標準差 | 0.33 | 0.03 | 17.24 | 85.65 |
<實施例1>
第二層樹脂厚度(mm) | 試片編號 | 寬度(mm) | 整體厚度(mm) | 最大荷重(N) | 應力(MPa) |
0.2 | 01 | 12.10 | 1.31 | 601.2 | 1910.9 |
02 | 12.27 | 1.26 | 677.2 | 2294.4 | |
03 | 12.70 | 1.23 | 627.2 | 2154.3 | |
04 | 12.69 | 1.30 | 723.4 | 2226.4 | |
05 | 12.75 | 1.30 | 745.4 | 2283.1 | |
平均值 | 12.50 | 1.28 | 674.9 | 2173.8 | |
標準差 | 0.30 | 0.03 | 61.32 | 157.14 |
<實施例2>
第二層樹脂厚度(mm) | 試片編號 | 寬度(mm) | 整體厚度(mm) | 最大荷重(N) | 應力(MPa) |
0.75 | 01 | 12.33 | 12.33 | 777.3 | 1910.9 |
02 | 12.71 | 12.71 | 884.2 | 2294.4 | |
03 | 13.26 | 13.26 | 902.0 | 2154.3 | |
平均值 | 12.77 | 12.77 | 854.5 | 2561.4 | |
標準差 | 0.47 | 0.47 | 67.42 | 161.89 |
<實施例3>
第二層樹脂厚度(mm) | 試片編號 | 寬度(mm) | 整體厚度(mm) | 最大荷重(N) | 應力(MPa) |
0.8 | 01 | 13.22 | 1.36 | 887.8 | 2396.2 |
02 | 13.15 | 1.36 | 922.0 | 2501.9 | |
平均值 | 13.19 | 1.36 | 904.9 | 2449.1 | |
標準差 | 0.04 | 0.00 | 17.13 | 52.85 |
進一步以比較例1與實施例1、實施例2以及實施例3中的各應力平均值繪製成圖3的應力厚度關係圖,由圖3可以發現,隨著該第二層樹脂13厚度的增加,該碳纖維預浸材料表面增強製品10的厚度也隨之增加,然而,當該第二層樹脂13厚度於0.8豪米時,實施例3的該碳纖維預浸材料表面增強製品10雖然可以展現較佳的荷重能力,但其應力卻相較於實施例2的該碳纖維預浸材料表面增強製品10低。由此可知,該第二層樹脂13的厚度選用仍需要依據需求而展現,並非是越厚越好。
請參考以下比較例2以及實施例4至6之表格。其中,比較例2為該夾角關係為45度的一般碳纖維熱塑性樹脂含浸布,也就是說,比較例2不含有本發明所述第二層樹脂13的表面處理材料。實施例4、實施例5以及實施例6則是分別設置了三種不同厚度的該第二樹脂層13,該第二樹脂層13的厚度分別選用了0.2豪米(mm)、0.75豪米(mm)以及0.8豪米(mm)。其中,實施例4、實施例5以及實施例6的第一樹脂層12接選用熱塑性聚氨酯,而第二樹脂層13則是選用矽膠。
<比較例2>
第二層樹脂厚度(mm) | 試片編號 | 寬度(mm) | 整體厚度(mm) | 最大荷重(N) | 應力(MPa) |
0 | 01 | 12.65 | 1.33 | 550.0 | 1622.3 |
02 | 12.93 | 1.31 | 567.5 | 1688.0 | |
03 | 12.98 | 1.39 | 592.2 | 1558.4 | |
平均值 | 12.85 | 1.34 | 569.90 | 1622.92 | |
標準差 | 0.18 | 0.04 | 21.17 | 64.78 |
<實施例4>
第二層樹脂厚度(mm) | 試片編號 | 寬度(mm) | 整體厚度(mm) | 最大荷重(N) | 應力(MPa) |
0.2 | 01 | 12.37 | 1.39 | 632.7 | 1747.1 |
02 | 12.26 | 1.43 | 736.0 | 1937.6 | |
03 | 12.60 | 1.41 | 690.6 | 1819.6 | |
04 | 12.55 | 1.32 | 599.3 | 1808.9 | |
平均值 | 12.45 | 1.39 | 664.66 | 1828.30 | |
標準差 | 0.16 | 0.05 | 60.71 | 79.59 |
<實施例5>
第二層樹脂厚度(mm) | 試片編號 | 寬度(mm) | 整體厚度(mm) | 最大荷重(N) | 應力(MPa) |
0.75 | 01 | 13.08 | 1.39 | 917.9 | 2397.2 |
02 | 13.91 | 1.33 | 706.5 | 1895.2 | |
03 | 13.00 | 1.41 | 816.9 | 2086.0 | |
平均值 | 13.33 | 1.38 | 813.78 | 2126.15 | |
標準差 | 0.50 | 0.04 | 105.72 | 253.41 |
<實施例6>
第二層樹脂厚度(mm) | 試片編號 | 寬度(mm) | 整體厚度(mm) | 最大荷重(N) | 應力(MPa) |
0.8 | 01 | 12.18 | 1.39 | 955.0 | 2678.3 |
02 | 12.62 | 1.34 | 888.5 | 2587.7 | |
03 | 12.00 | 1.44 | 768.4 | 2038.1 | |
平均值 | 12.27 | 1.39 | 870.61 | 2434.70 | |
標準差 | 0.32 | 0.05 | 94.55 | 346.42 |
進一步以比較例2與實施例4、實施例5以及實施例6中的各應力平均值繪製成圖4的應力厚度關係圖,由圖4可以發現,隨著該第二層樹脂13厚度的增加,該碳纖維預浸材料表面增強製品10的厚度也隨之增加,然而,與前述比較例1與實施例1、實施例2以及實施例3不同之處在於,於實施例6中該第二層樹脂13厚度於0.8豪米時,其應力並沒有相較於實施例5的該碳纖維預浸材料表面增強製品10降低。進一步的可以知道,該第二層樹脂13的設置不管是在角度關係為90度或是45的該碳纖維預浸材料表面增強製品10,皆可以達到強化最大荷重以及應力之效果,而該第二層樹脂13之厚度選用仍需要依據該碳纖維預浸材料表面增強製品10中上下二層該碳纖維層11之間的該角度關係以及預期該碳纖維預浸材料表面增強製品10物性展現的需求而調整。
進一步地,如表1中,本發明比較了該第一樹脂層12分別為熱固性樹脂以及熱塑性樹脂時,該碳纖維預浸材料表面增強製品10的強度測試。於表中,一般熱塑性碳纖維預浸材製品以及一般熱固性碳纖維預浸材製品皆不含有本發明所述第二層樹脂13的表面處理材料。
其中,一般熱塑性碳纖維預浸材製品係為由熱塑性樹脂做為預浸固化之碳纖維製品,用以比對由熱塑性樹脂作為該第一樹脂層12的第一碳纖維預浸材料表面增強製品10A以及第二碳纖維預浸材料表面增強製品10B;而一般熱固性碳纖維預浸材製品則是利用熱固性樹脂做為預浸固化之碳纖維製品,以比對由熱固性樹脂作為該第一樹脂層12的第三碳纖維預浸材料表面增強製品10C以及第四碳纖維預浸材料表面增強製品10D。其中,本實施例中,該熱塑性樹脂選用熱塑性聚氨酯,該熱固性樹脂則是選用環氧樹脂(Epoxy)。
其中,第一碳纖維預浸材料表面增強製品10A、第二碳纖維預浸材料表面增強製品10B、第三碳纖維預浸材料表面增強製品10C以及第四碳纖維預浸材料表面增強製品10D的該第二層樹脂13選用矽膠且厚度皆為1mm;且該夾角關係為90度。
由表格中可以知道,該第一樹脂層12不管是熱固性樹脂還是熱塑性樹脂時,各該碳纖維預浸材料表面增強製品(10A-10D)與一般熱塑性碳纖維預浸材製品及一般熱固性碳纖維預浸材製品相比下,絕大部分的強度特性皆明顯的增加。以表一整體數據而言,可以呼應至前述段落中,各實施例的確是依據該第二樹脂層13的選用而增強各強度之表現。
<表一>
項目 | 寬度(mm) | 整體厚度(mm) | 最大荷重(N) | 應力(MPa) |
一般熱塑性碳纖維預浸材製品 | 12.21 | 1.31 | 328.8 | 1035.5 |
第一碳纖維預浸材料表面增強製品10A | 12.29 | 1.30 | 546.6 | 1736.9 |
第二碳纖維預浸材料表面增強製品10B | 12.50 | 1.27 | 538.8 | 1763.9 |
一般熱固性碳纖維預浸材製品 | 11.78 | 1.51 | 663.82 | 1705.3 |
第一碳纖維預浸材料表面增強製品10C | 13.30 | 1.44 | 943.42 | 2360.355 |
第二碳纖維預浸材料表面增強製品10D | 12.01 | 1.49 | 962.54 | 2490.867 |
以上所述的一些實施例中使用了描述成分、屬性數量的數字,應當理解的是,此類用於實施例描述的數字,在一些示例中使用了修飾詞“大約”、“近似”或“大體上”來修飾。除非另外說明,“大約”、“近似”或“大體上”表明所述數字允許有±20%的變化。相應地,在一些實施例中,說明書和請求項中使用的數值參數均為 近似值,該近似值根據個別實施例所需特點可以發生改變。在一些實施例中,數值參數應考慮規定的有效數位並采用一般位數保留的方法。儘管本發明一些實施例中用於確認其範圍廣度的數值域和參數為 近似值,在具體實施例中,此類數值的設定在可行範圍內盡可能精確。
最後,應當理解的是,本發明中所述實施例僅用以說明本發明實施例的原則。其他的變形也可能屬本發明的範圍。因此,作為 示例而非限制,本發明實施例的替代配置可視為 與本發明的教導一致。相應地,本發明的實施例不僅限於本發明明確介紹和描述的實施例。
10:碳纖維預浸材料表面增強製品
11:碳纖維層
12:第一樹脂層
13:第二樹脂層
S1-S3:步驟
本發明將以示例性實施例的方式進一步說明,這些示例性實施例將通過附圖進行詳細描述。這些實施例並非限制性的,在這些實施例中,相同的編號表示相同的結構,其中:
圖1A為本發明碳纖維預浸材料表面增強製品第一較佳實施例示意圖。
圖1B為本發明碳纖維預浸材料表面增強製品第二較佳實施例示意圖。
圖2為本發明碳纖維預浸材料表面增強製品的製造方法流程圖。
圖3為本發明各實施例與比較例的最大彎曲應力測試圖。
圖4為本發明各實施例與比較例的另一最大彎曲應力測試圖。
10:碳纖維預浸材料表面增強製品
11:碳纖維層
12:第一樹脂層
13:第二樹脂層
Claims (12)
- 一種碳纖維預浸材料表面增強製品,其包含: 一碳纖維層; 一第一樹脂層披覆含浸於該碳纖維層表面;以及 一第二樹脂層披覆於該第一樹脂層表面,該第二樹脂層包含矽膠或橡膠。
- 如請求項1所述的碳纖維預浸材料表面增強製品,其中,該碳纖維層包含織布、單向布、不織布的一種或任意搭配。
- 如請求項1所述的碳纖維預浸材料表面增強製品,其中,該第一樹脂層包含熱固性樹脂或熱塑性樹脂。
- 如請求項3所述的碳纖維預浸材料表面增強製品,其中,該熱固性樹脂包含環氧樹脂。
- 如請求項3所述的碳纖維預浸材料表面增強製品,其中,該熱塑性樹脂包含熱塑性聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚丙烯或上述之組合。
- 如請求項1所述的碳纖維預浸材料表面增強製品,其中,該第一樹脂層或該第二樹脂層的厚度介於0.003-1mm。
- 一種碳纖維預浸材料表面增強製品的製造方法,其步驟包含: 提供含浸有一第一樹脂層的一碳纖維層形成一碳纖維複合材料; 塗抹、噴塗、或薄膜貼合形式將一第二樹脂層覆於該碳纖維複合材料表面;以及 熱壓覆有該第一樹脂層與該第二樹脂層的該碳纖維複合材料使該第一樹脂層與該第二樹脂層熟成及固化得到該碳纖維預浸材料表面增強製品。
- 如請求項7所述的碳纖維預浸材料表面增強製品的製造方法,其中,該碳纖維層包含織布、單向布、不織布的一種或任意搭配。
- 如請求項7所述的碳纖維預浸材料表面增強製品的製造方法,其中,該第一樹脂層包含熱固性樹脂或熱塑性樹脂。
- 如請求項8所述的碳纖維預浸材料表面增強製品的製造方法,其中,該熱固性樹脂包含環氧樹脂。
- 如請求項8所述的碳纖維預浸材料表面增強製品的製造方法,其中,該熱塑性樹脂包含熱塑性聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚丙烯或上述之組合。
- 如請求項6所述的碳纖維預浸材料表面增強製品的製造方法,其中,該第一樹脂層或該第二樹脂層的厚度介於0.003-1mm。
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