TWI486255B - 一種複合材料及其製備方法 - Google Patents

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Description

一種複合材料及其製備方法
本發明係關於一種複合材料及其製備方法，特別係關於一種以熱塑性材料覆蓋編織物(例如編織纖維墊或布料)之複合材料及其製備方法。
熱固性材料與纖維墊或纖維布構成之強化複合材料已經廣泛地應用於太空及汽車工業/材料、運動物品上。在含浸程序中，液態熱固性樹脂塗佈於纖維墊上並予以交聯固化。複數層熱固性樹脂可以構成一層厚的熱固性材料，或則重覆含浸程序可以增加熱固性材料的厚度。採用含浸程序製程之熱固性材料需要冗長的交聯固化時間及交互的施加壓力，方可在增加厚度的過程中控制樹脂的流動，以避免產生氣泡。此外，熱固性材料在交聯固化後，無法重新塑造外形，因此無法回收再使用。
藉由將熱塑性樹脂溶解於溶劑中，亦可將含浸程序應用於製備熱塑性複合材料。然而，熱塑性複合材料浸泡於溶劑中，導致熱塑性複合材料之降解，而且溶劑對環境有害。此外，空氣易於在含浸程序中吸附於布帛上，產生缺陷。含浸程序製備之複合材料的另一缺點為厚度不均勻，需要另外進行加壓或研磨程序，方可解決此一厚度不均勻的缺點。
本發明提供一種複合材料，包含一編織物(例如纖維織布、纖維薄片)以及一熱塑性材料，其中該編織物具有一上側、一下側及複數個連接該上側及該下側之空隙，該熱塑性材料覆蓋該上側及該下側之一或兩者並填入該空隙。若需要較佳結構，在該編織物之一側的熱塑性材料可選用較高硬度者以避免刮傷，而在該編織物之一側的熱塑性材料則可選用較堅實者以避免斷裂。
本發明提供一種複合材料之製備方法，包含下列步驟：製備一編織物(例如纖維織布、纖維薄片)，具有一上側、一下側及複數個連接該上側及該下側之空隙；置放一熱塑性箔片於該上側及該下側之一或該上側及該下側二者；以及在一預定溫度施加一力量於該上箔片，藉此該上箔片及/或該下箔片填入該空隙。
由於熱固性材料在交聯反應後無法成型，因此習知熱固性複合材料之熱固性樹脂的成型程序必須與交聯反應同時進行。相對地，本發明之實施例提供之熱塑性複合材料的成型程序可以在製備熱塑性複合材料之後再進行，不受限於該製備程序。
此外，習知熱固性複合材料在成型(交聯)程序完成之後，無法再重新成型；相對地，本發明之實施例提供之熱塑性複合材料構成之模製塑膠物品可以重新成型為另一塑膠物品。
在熱塑性複合材料上添加網狀結構可先行將熱塑性複合構件置於模穴中，再射入熔融塑膠，其直接鍵合於複合構件表面之熱塑性塑膠。相對地，在熱固性複合材料上添加網狀結構則必須在將熱固性複合構件置於模穴之前，先行塗佈一層黏膠於熱固性材料表面。
再者，當模製塑膠物品被捨棄時，僅有模製熱塑性物品可以回收再使用。例如，本發明之實施例提供之熱塑性材料物品在捨棄時，可以切割成小顆粒，作為模製材料；相對地，習知之熱固性複合材料無法回收再使用。
上文已相當廣泛地概述本發明之技術特徵及優點，俾使下文之本發明詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本發明之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本發明相同之目的。本發明所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本發明的精神和範圍。
圖1例示本發明一實施例之編織物10的上視圖。在本發明之一實施例中，該編織物10包含複數個縱線13及複數個橫線11，二者彼此交錯且二者之間存有空隙15。在本發明 之一實施例中，該編織物10可為布料。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，除了布料之外，該編織物10可為具有貫穿編織物之空隙的任何材料。本發明所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，除了圖1所示之圖案外，該編織物10亦可為任何圖案。
圖2例示沿圖1之1-1剖面線之剖示圖。在本發明之一實施例中，該編織物10具有一上側10A及一下側10B，且該空隙15連接該上側10A及該下側10B。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，除了圖2所示圖形之外，該縱線13之外形可為任何外形；該縱線13之尺寸可為不同或相同(圖2所示者)。同理，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，除了圖2所示圖形之外，該橫線11之外形可為任何外形；該橫線11之尺寸可為不同或相同(圖2所示者)。
圖3係圖2之縱線13的局部放大圖。在本發明之一實施例中，各縱線13包含複數條纖維17，其間存有空隙19。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，該縱線13亦可由不同類型之纖維構成或由相同類型之纖維構成(圖3所示者)；該纖維之尺寸可為不同或相同(圖2所示者)。同理，各橫線11包含複數條纖維。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，該橫線11亦可由不同類型之纖維構成或由相同類型之纖維構成(圖3所示者)；該纖維之尺寸可為不同或相同(圖2所示者)。在本發明之一實施例中，該縱線13及該橫線11係由相同類型之纖維構成。在本發明之另一實 施例中，該縱線13及該橫線11係由不同類型之纖維構成。
圖4及圖5係剖示圖，例示本發明一實施例之複合材料20的製備方法。在本發明之一實施例中，置放一上箔片21於該編織物10之上側10A，並置放一下箔片23於該編織物10之下側10B；之後，在一預定溫度施加一力量31於該上箔片21，藉此該上箔片21及/或該下箔片23填入該編織物10之空隙15。在本發明之一實施例中，該上箔片21及該下箔片23係熱塑性箔片，其材料可包含聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚胺(PA)或其組合物。
本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，該上箔片21及該下箔片23可由相同類型之熱塑性樹脂構成。在本發明之另一實施例中，該上箔片21及該下箔片23亦可由不同類型之熱塑性樹脂構成；例如，在該編織物10之一側的熱塑性材料可選用較高硬度者(例如，PMMA)以避免刮傷，而在該編織物10之另一側的熱塑性材料則可選用較堅實者(例如，PC)以避免斷裂。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，該上箔片21及該下箔片23之尺寸可以相同或不同(圖4及圖5所示者)。
在本發明之一實施例中，該預定溫度係高於構成該上箔片21之熱塑性樹脂的軟化溫度；例如，該軟化溫度可為該熱塑性樹脂的玻璃轉移溫度。在本發明之一實施例中，施加之力量31迫使該上箔片21及/或該下箔片23填入該縱 線13及該橫線11之間的空隙15，藉此形成一熱塑性箔片25。在本發明之一實施例中，施加之力量31亦迫使該上箔片21及/或該下箔片23填入該纖維17之間的空隙19。在本發明之一實施例中，該熱塑性箔片25覆蓋該編織物10之上側10A及下側10B。
在本發明之一實施例中，該熱塑性複合材料20之厚度可藉由在其上側及/或下側黏合附加之熱塑性箔片及/或編織物10，而予以增加，其中附加之熱塑性箔片可由相同或不同樹脂構成。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，該熱塑性複合材料20之厚度亦可藉由在其上側及/或下側黏合二個或更多之熱塑性複合材料20，而予以增加，其中該熱塑性複合材料可由相同或不同樹脂構成。
圖6係一側視圖，例示本發明一實施例之熱塑性複合材料20的製造機台100。在本發明之一實施例中，該製造機台100包含一加熱區110，其加熱器111經配置以將輸入之上箔片21、編織物10及下箔片23加熱至該預定溫度(軟化溫度)。在該加熱區110之中，熱滾輪113經由一中間薄片120而施加該力量31至該上箔片21及該下箔片23，藉此該上箔片21及/或該下箔片23填入該編織物10之空隙15。
在本發明之一實施例中，該中間薄片120之軟化溫度高於該預定溫度，且該中間薄片120在該加熱區110不會軟化，如此該中間薄片120可避免該上箔片21及該下箔片23黏著於該熱滾輪113。在本發明之一實施例中，該中間薄片120 包含聚醯亞胺(Polyinide)。
在通過該加熱區110之後，該上箔片21、該編織物10及該下箔片23構成之壓合件被冷卻至低於該預定溫度。在本發明之一實施例中，該冷卻步驟係由冷滾輪115進行。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，除了圖6所示之冷滾輪115外，其它冷卻手段亦可用以冷卻該壓合件。之後，該壓合件被切割成特定尺寸之熱塑性複合材料20，其可在後續之模製程序中製成特定的形狀。
圖7及圖8係剖示圖，例示本發明一實施例之模製裝置200，用以塑造該熱塑性複合材料20之外形。在本發明之一實施例中，該熱塑性複合材料20置放於一下模210之凸部211之上，其中該下模210之溫度高於該複合材料20之熱塑性樹脂的預定溫度(軟化溫度)。之後，以一上模220之凹部221擠壓該複合材料20，藉此塑造該複合材料20之外形而形成一塑膠物品20A(可為電子元件的外殼)，其中該上模220之溫度高於該複合材料20之熱塑性樹脂的預定溫度(軟化溫度)。
習知之熱固性複合材料的成型程序必須與熱固性樹脂的交聯反應同時進行。相對地，本發明之實施例提供之熱塑性複合材料20之成型程序可以在製備該熱塑性複合材料20之後再進行，不受限於該製備程序。
圖9及圖10係剖示圖，例示本發明一實施例之模製裝置300，用以重新塑造該塑膠物品20A之外形。在本發明之一 實施例中，該塑膠物品20A置放於一下模310之複數個凹部311之上，其中該下模310之溫度高於該塑膠物品20A之熱塑性樹脂的預定溫度(軟化溫度)。之後，以一上模320之複數個凸部321擠壓該塑膠物品20A，藉此重新塑造該塑膠物品20A之外形而形成一塑膠物品20B(可為電子元件的外殼)，其中該上模320之溫度高於該塑膠物品20A之熱塑性樹脂的預定溫度(軟化溫度)。
習知熱固性複合材料在成型(交聯)程序完成後，無法再重新塑造外形；相對地，本發明之實施例提供之熱塑性材料構成之模製塑膠物品20A可以重新塑造外形而成為另一塑膠物品20B。
此外，當該模製塑膠物品20A被捨棄時可以回收再使用。例如，被捨棄之塑膠物品20A可以切割成小顆粒，作為模製材料；相對地，習知之熱固性複合材料無法回收再使用。
本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，在不背離後附申請專利範圍所界定之本發明精神和範圍內，本發明之教示及揭示可作種種之替換及修飾。例如，上文揭示之許多製程可以不同之方法實施或以其它製程予以取代，或者採用上述二種方式之組合。
此外，本案之權利範圍並不侷限於上文揭示之特定實施例的製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步 驟。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，基於本發明教示及揭示製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟，無論現在已存在或日後開發者，其與本案實施例揭示者係以實質相同的方式執行實質相同的功能，而達到實質相同的結果，亦可使用於本發明。因此，以下之申請專利範圍係用以涵蓋用以此類製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。
10‧‧‧編織物
10A‧‧‧上側
10B‧‧‧下側
11‧‧‧橫線
13‧‧‧縱線
15‧‧‧空隙
17‧‧‧纖維
19‧‧‧空隙
20‧‧‧複合材料
21‧‧‧上箔片
23‧‧‧下箔片
25‧‧‧熱塑性箔片
31‧‧‧力量
100‧‧‧製造機台
110‧‧‧加熱區
111‧‧‧加熱器
113‧‧‧熱滾輪
115‧‧‧冷滾輪
120‧‧‧中間薄片
200‧‧‧模製裝置
210‧‧‧下模
211‧‧‧凸部
220‧‧‧上模
221‧‧‧凹部
300‧‧‧模製裝置
310‧‧‧下模
311‧‧‧凹部
320‧‧‧上模
321‧‧‧凸部
藉由參照前述說明及下列圖式，本發明之技術特徵及優點得以獲得完全瞭解。
圖1例示本發明一實施例之編織物的上視圖；圖2例示沿圖1之1-1剖面線之剖示圖；圖3係圖2之縱線13的局部放大圖；圖4及圖5係剖示圖，例示本發明一實施例之複合材料的製備方法；圖6係一側視圖，例示本發明一實施例之熱塑性複合材料的製造機台；圖7及圖8係剖示圖，例示本發明一實施例之模製裝置，用以塑造該熱塑性複合材料之外形；以及圖9及圖10係剖示圖，例示本發明一實施例之模製裝置，用以重新塑造該塑膠物品之外形。
13‧‧‧縱線
15‧‧‧空隙
21‧‧‧上箔片
23‧‧‧下箔片
31‧‧‧力量

Claims (21)

  1. 一種複合材料，包含：一編織物，具有一上側、一下側及複數個連接該上側及該下側之空隙；以及一熱塑性材料，覆蓋該上側及該下側，並填入該空隙；其中該編織物包含複數條縱線、複數條橫線，且該等橫線與該等縱線交叉。
  2. 如請求項1所述之複合材料，其中該編織物係一布料。
  3. 如請求項1所述之複合材料，其中各縱線包含複數條纖維。
  4. 如請求項3所述之複合材料，其中各橫線包含複數條纖維。
  5. 如請求項3所述之複合材料，其中該熱塑性材料包覆該等纖維。
  6. 如請求項1所述之複合材料，其中該等橫線與該等縱線係由相同纖維構成。
  7. 如請求項1所述之複合材料，其中該等橫線與該等縱線係由不同纖維構成。
  8. 如請求項3所述之複合材料，其中該熱塑性材料填入該等纖維間之空隙。
  9. 如請求項1所述之複合材料，其中該熱塑性材料包含聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚胺(PA)或其組合物。
  10. 一種複合材料之製備方法，包含下列步驟：製備一編織物，具有一上側、一下側及複數個連接該上側及該下側之空隙； 置放一上箔片於該上側及一下箔片於該下側，其中該上箔片及該下箔片不含聚合反應催化劑；以及在一預定溫度施加一力量於該上箔片，但沒有進行聚合反應，藉此該上箔片及/或該下箔片填入該空隙。
  11. 如請求項10所述之複合材料之製備方法，其中在一預定溫度施加一力量於該上箔片之步驟係經由一滾輪進行。
  12. 如請求項10所述之複合材料之製備方法，其中該預定溫度係高於該上箔片之一軟化溫度。
  13. 如請求項10所述之複合材料之製備方法，其中該力量係經由一中介薄片而施加於該上箔片。
  14. 如請求項13所述之複合材料之製備方法，其中該上箔片之具有一第一軟化溫度，該中介薄片具有一第二軟化溫度，該第二軟化溫度高於該第一軟化溫度。
  15. 如請求項10所述之複合材料之製備方法，其另包含一冷卻該複合材料之步驟。
  16. 如請求項15所述之複合材料之製備方法，其冷卻該複合材料之步驟係經由一滾輪進行。
  17. 如請求項16所述之複合材料之製備方法，其中該滾輪之溫度低於該預定溫度。
  18. 如請求項10所述之複合材料之製備方法，其中該上箔片係一熱塑性箔片。
  19. 如請求項18所述之複合材料之製備方法，其中該熱塑性材料包含聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚胺(PA)或其組合物。
  20. 如請求項10所述之複合材料之製備方法，其另包含改變該複合材料之外形以形成一塑膠物品之步驟。
  21. 如請求項20所述之複合材料之製備方法，其另包含改變該塑膠物品之外形之步驟。
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