TWI516361B - Step - up resin pouring molding device and method - Google Patents

Description

漸壓式樹脂轉注成型裝置及方法

本發明是有關於一種樹脂轉注成型裝置及方法，特別是指一種用於加工纖維補強材的漸壓式樹脂轉注成型裝置及方法。

纖維與樹脂製成的纖維複合材料因具有質輕以及高機械強度的特性，因此纖維複合材料廣受各產業的愛用。常見之纖維複合材料製程，大致有噴塗法、手積法及樹脂轉注成型法等數種，惟噴塗法與手積法以人工操作為主，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。樹脂轉注成型法雖適用自動化製程，但對纖維含量高的大型成品，樹脂注入纖維材時間仍是太長，若需進入加熱爐硬化則需大型高溫爐，設備成本偏高。

一般的樹脂轉注成型法，它的成型過程是先將裁切好的纖維材預置於模具內部，然後注入樹脂，待樹脂完成滲入纖維材後，再加熱模具，使樹脂受熱起化學作用硬化得到產品。如中華民國專利公告第583068號「樹脂真空吸入加壓成型方法」之專利案，是利用模具內部的負壓引樹脂注入纖維材，並使用彈性橡膠同時壓縮纖維材並加 熱，使樹脂與該纖維材料結合成一體，然而該成型法引入樹脂時間仍太久，主要是因為引入樹脂同時，纖維材已被彈性橡膠薄膜裝置壓縮，導致纖維材內可供樹脂流動孔隙大幅減少，因此，仍有改進之空間。

因此，本發明之目的，即在提供一種可加速樹脂灌注速度，並縮短加工成型時間的漸壓式樹脂轉注成型裝置及方法。

於是，本發明漸壓式樹脂轉注成型裝置，適用於將樹脂轉注灌入一多孔隙的補強材內，並包含一模具單元、一彈性膜單元、一樹脂注入單元，及一氣壓控制單元。該模具單元包括一具有一開口朝上且用以容置該補強材之容槽的下模具，及一疊蓋封閉該容槽的上模具，該下模具還具有一連通於該容槽的注入孔與一抽吸孔。該彈性膜單元是封閉該容槽開口地安裝於該上模具與該下模具間，且該彈性膜單元與該上模具配合界定出多個彼此相間隔且間隔位於該容槽上方的壓迫空間。該樹脂注入單元是連接於該注入孔，並可經由該注入孔將樹脂轉注灌入該容槽內的該補強材中。該氣壓控制單元是連通下模具的抽吸孔，可驅使容槽變成真空。氣壓控制單元也連通安裝於該等壓迫空間，且能夠各別控制該等壓迫空間內的氣壓，而迫使該彈性膜單元界定出該等壓迫空間的部位在容槽真空狀態下分別往該容槽彈性擴張變形，進而分別局部擠壓該補強材。

於是，本發明漸壓式樹脂轉注成型方法，適用於將樹脂轉注灌入一多孔隙的補強材內，該漸壓式樹脂轉注成型方法包含下列步驟：(a)將該補強材置放於一模具單元的一容槽內；(b)以一可被驅動往該容槽彈性擴張變形之彈性膜單元封閉該容槽，並使該彈性膜單元與該模具單元相配合界定出多個彼此間隔且間隔位於該容槽上方之壓迫空間；(c)將樹脂灌注入該容槽內，而逐漸填注於該補強材中；及(d)分別控制該等壓迫空間內的氣壓，迫使該彈性膜單元界定出該等壓迫空間的部位分別往該容槽彈性擴張變形，並分別局部擠壓該補強材。

本發明之功效：透過該模具單元與該彈性膜單元所構成之該等壓迫空間結構設計，以及驅使該彈性膜單元分段壓縮該補強材的漸壓式樹脂轉注成型方法設計，可透過分段擠壓該補強材的方式，加速樹脂於該補強材內之流動速度，有助於縮短加工時間，是一種創新的漸壓式樹脂轉注成型裝置與方法。

3‧‧‧模具單元

31‧‧‧下模具

310‧‧‧容槽

311‧‧‧注入孔

312‧‧‧抽吸孔

32‧‧‧上模具

321‧‧‧第一通孔

322‧‧‧第二通孔

323‧‧‧凹槽

324‧‧‧傾斜槽緣

33‧‧‧分隔塊

331‧‧‧上斜邊

34‧‧‧鎖接件

4‧‧‧彈性膜單元

41‧‧‧上層薄膜

410‧‧‧壓迫空間

411‧‧‧安裝膜部

412‧‧‧活動膜部

42‧‧‧下層薄膜

420‧‧‧輔壓空間

5‧‧‧樹脂注入單元

6‧‧‧氣壓控制單元

61~67‧‧‧開關閥

68‧‧‧大氣通道

69‧‧‧真空幫浦

900‧‧‧補強材

901‧‧‧樹脂

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明漸壓式樹脂轉注成型裝置之一第一較佳實施例的架構示意圖；圖2是該第一較佳實施例之一模具單元與一彈性膜單元的側視剖面圖，並說明一補強材容置於一容槽中，且尚未灌注樹脂時的情況； 圖3是該第一較佳實施例之該模具單元與該彈性膜單元之局部立體分解圖；圖4是該較佳實施例之一上層薄膜安裝於一上模具時的步驟示意圖；圖5是本發明漸壓式樹脂轉注成型方法的步驟流程圖；圖6是類似圖2之視圖，並說明樹脂開始灌注於該容槽內，且一補強材尚未被擠壓的情況；圖7是類似圖6之視圖，說明一活動膜部往下擠壓該補強材的情況；圖8是類似圖7之視圖，說明另一活動膜部往下擠壓該補強材的情況；圖9是類似圖8之視圖，說明一下層薄膜往下擠壓整平該補強材的情況；及圖10是本發明漸壓式樹脂轉注成型裝置之一第二較佳實施例的模具單元與彈性膜單元的側視剖面圖，並說明多個活動膜部往下擠壓該補強材的情況。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

如圖1、9所示，本發明漸壓式樹脂轉注成型裝置之第一較佳實施例，適用於在真空或接近真空之負壓狀態下，將樹脂901快速地轉注灌入一補強材900內，以加工製成樹脂補強材成品。該補強材900是由疏鬆之纖維材 料製成，其內部含有許多可供填注樹脂901的孔隙。該漸壓式樹脂轉注成型裝置包含：一模具單元3、一彈性膜單元4、一樹脂注入單元5，及一氣壓控制單元6。

如圖2、3、4所示，該模具單元3為左右延伸狀，並包括一個下模具31、一個上模具32、兩個分隔塊33，及多個鎖接件34。該下模具31具有一開口朝上並用以容置該補強材900的容槽310，及分別連通於該容槽310的一注入孔311與一抽吸孔312，該注入孔311是連通於該容槽310的左端，該抽吸孔312是連通於該容槽310的右端。

該上模具32頂面穿設有二左右間隔且上下貫穿之第一通孔321，及一上下貫穿且間隔位於該等第一通孔321右側而鄰近該抽吸孔312的第二通孔322，該上模具32底面凹設有兩個前後延伸且左右間隔而斷面呈梯形的凹槽323，該等凹槽323是分別介於兩第一通孔321間，及右側第一通孔321與第二通孔322間，每一凹槽323具有一傾斜面向右下方的傾斜槽緣324。該等分隔塊33的斷面形狀分別與該等凹槽323相對應，而都呈梯形，可被該等鎖接件34鎖固限位於凹槽323內，且分別具有一斜上面向各別之凹槽323的該傾斜槽緣324的上斜邊331。

該彈性膜單元4是氣密蓋封該容槽310開口地安裝固定於該下模具31與該上模具32間，包括一安裝固定於該上模具32下方的上層薄膜41，及一安裝於該下模具31頂側而蓋封該容槽310開口且位於該上層薄膜41與上模具32下方的下層薄膜42。該上層薄膜41及該下層薄膜42 皆是以可彈性變形材料製成，例如橡膠或矽膠等。

該上層薄膜41具有二個分別用以固定於該等凹槽323內的摺疊狀安裝膜部411，及二個可分別往下彈性擴張變形的活動膜部412。該上層薄膜41安裝於該上模具32時，是先將該上層薄膜41之左側活動膜部412左側邊緣部位先黏固於該是上模具32左側部位，然後，將緊鄰該活動膜部412之安裝膜部411置入左側凹槽323中，再將分隔塊33往上塞入該凹槽323中，並以鎖接件34將該分隔塊33鎖固於該上模具32，而將該安裝膜部411夾固於該傾斜槽緣324與該上斜邊331間。接著，再將該上層薄膜41之另一活動膜部412繞過該分隔塊33下方後，將另一安裝膜部411置入右側凹槽323中，並以另外一分隔塊33及鎖接件34將該另一安裝膜部411鎖固定位於該右側凹槽323中，便完成該上層膜部41之安裝。此時，該等活動膜部412會分別與該上模具32相配合界定出二左右間隔，且分別連通於該等第一通孔321的壓迫空間410。

該下層薄膜42是位於該上層薄膜41下方，而完全封閉該容槽310開口，並與該上模具32及該上層薄膜41相配合界定出一間隔位於該等壓迫空間410下方的輔壓空間420，且該輔壓空間420是與該第二通孔322連通。

如圖1、6所示，該樹脂注入單元5是連通組接於該下模具31的該注入孔311，可經由該注入孔311將樹脂901轉注灌入該容槽310。

該氣壓控制單元6是連接於該模具單元3，包括 七個開關閥61~67、一個與大氣連通之大氣通道68，及一真空幫浦69。該等開關閥61~67是分別可啟閉地連接至該等第一通孔321、該第二通孔322、該抽吸孔312、該大氣通道68，及該樹脂注入單元5與該注入孔311間。該真空幫浦69可配合該等開關閥61~66的啟閉，來對該等壓迫空間410、該輔壓空間420及該容槽310抽氣，而使該等壓迫空間410、該輔壓空間420及該容槽310呈真空或接近真空之負壓狀態，以及使該等壓迫空間410與該輔壓空間420注入氣體，而驅使該上層薄膜41與該下層薄膜42分別朝該容槽310彈性擴張變形，並壓迫該補強材900；以及透過控制該開關閥67的啟閉，來控制該樹脂注入單元5是否將樹脂輸出至該容槽310。

在本實施例中，該氣壓控制單元6是由多個開關閥61~67、該大氣通道68與真空幫浦69組成，但實施時，用以控制該容槽310、該等壓迫空間410與該輔壓空間420內之氣壓的設備眾多，所以實施時不以上述類型為限。

以下即針對本發明漸壓式樹脂轉注成型方法進行說明，該漸壓式樹脂轉注成型方法包含以下步驟。

如圖1、2、5所示，步驟一：設置補強材900。將該補強材900置放於該模具單元3的該容槽310內。需注意的是，該補強材900在疏鬆狀態的厚度不應大於該容槽310的高度，否則縮短樹脂901注入時間的效果會不明顯。

步驟二：以彈性膜單元4封閉該容槽310。在將 該補強材900置入該容槽310後，將該彈性膜單元4之該下層薄膜42左右邊緣部位分別黏固於該下模具31左右側頂面，而封閉該容槽310，再將已安裝該上層薄膜41之該上模具32安裝固定於該下模具31上。上模具32與下模具31二者可用C形夾或螺栓等裝置鎖固，前述鎖固用裝置未顯示於圖中，且實施時不以上述類型為限。

步驟三：抽氣產生負壓狀態。驅使該容槽310、該等壓迫空間410及該輔壓空間420皆達到真空或接近真空之負壓狀態。在本實施例中，是驅使該等開關閥61~63、65開啟，並關閉該開關閥64、66、67，再以該真空幫浦69對該等壓迫空間410及該輔壓空間420持續抽氣，而達到所需之負壓狀態，然後，再開啟開關閥64，利用該真空幫浦69對該容槽310抽氣，以達到所需之負壓狀態。

如圖1、5、6所示，步驟四：注入樹脂901。開啟該開關閥67，驅使該樹脂注入單元5從該注入孔311將樹脂901轉注入該容槽310內，而充填於該補強材900中。

具體來說，由於該真空幫浦69會持續對該容槽310進行抽氣，而使該容槽310持續保持在負壓狀態，所以當該樹脂注入單元5開始將樹脂901注入該容槽310時，會利用此負壓狀態所產生的負壓吸力，快速將樹脂901吸入該容槽310中，且進入該容槽310內之樹脂901會受此負壓吸力的持續作用，而往該抽吸孔312方向流動，並逐漸填注於該補強材900內。實施時，可依據該補強材900 的密度與成型後的體積，預先設定好所需的樹脂901量，並在預定量的樹脂901完全灌入容槽310後，關閉該開關閥67以停止灌注。

步驟五：分段擠壓該補強材900。利用該氣壓控制單元6控制該等壓迫空間410與該輔壓空間420內的氣壓，以使該彈性膜單元4由左往右分段彈性擴張擠壓該補強材900。

如圖1、5、7所示，在本步驟中，是先關閉該等開關閥61、62、63、65，而停止對該等壓迫空間410與該輔壓空間420抽氣，並在該容槽310維持在負壓狀態的情況下，先開啟該等開關閥61、66，使左側第一個壓迫空間410與大氣通道68接通。此時，因為該壓迫空間410與該容槽310都是呈負壓狀態，所以大氣氣體會灌注入該壓迫空間410，並驅使界定出該壓迫空間410的活動膜部412往下朝該容槽310彈性擴張變形，而相對往下局部擠壓該補強材900左側區段，將該補強材900擠壓至特定厚度，於此同時，會將被擠壓之補強材900區段中的樹脂901往右擠向尚未被擠壓之疏鬆區段。

如圖1、7、8所示，接著，在前述活動膜部412持續擠壓該補強材900，且該容槽310是呈負壓狀態的情況下，開啟該開關閥62，驅使另一壓迫空間410與大氣通道68接通，使大氣氣體貫注入該另一壓迫空間410，而迫使該另一活動膜部412往下朝該容槽310彈性擴張變形，並往下局部擠壓該補強材900，將下方補強材900區段壓縮至 特定厚度，同時將被擠壓之該補強材900區段內的樹脂901往右擠向尚未被擠壓的疏鬆區段。

如圖1、8、9所示，最後，再開啟該開關閥63，使該輔壓空間420與大氣通道68接通，使大氣氣體貫注入該輔壓空間420，而驅使該下層薄膜42往下彈性擴張變形，並往下擠壓整個補強材900，而將整個補強材900壓縮至特定厚度，同時將整個補強材900頂面整平，且將該補強材900中之樹脂901往該抽吸孔312方向擠壓流動，而灌注填滿整個補強材900孔隙。最後，關閉該開關閥64，使該補強材900維持在此壓縮狀態，直至灌注之樹脂901硬化定型。

透過由左往右逐漸擠壓該補強材900的設計，可先利用原本呈疏鬆狀的補強材900左側區段吸收該注入孔311注入之全部樹脂901，然後，再透過由左往右依序驅動該等活動膜部412往下局部壓縮該補強材900區段的方式，驅使樹脂901往尚未被擠壓的疏鬆部位流動，因疏鬆部位之纖維結構較鬆散，所以樹脂901可以很容易地流動滲入，而能夠加速整體充填的速度，因此，一方面可將該補強材900壓縮成型，另一方面可縮短加工時間。此外，利用該彈性膜單元4將該上模具32與樹脂901隔離開來的設計，可避免上模具32於加工時接觸到樹脂901，所以加工後無須清理該上模具32。

必須說明的是，在本實施例中，是藉由兩個壓迫空間410與一個輔壓空間420，並配合該容槽310之負壓 與外界一大氣壓間的壓力差，來進行三段式壓縮該補強材900，但實施時不以此為限，可根據使用需求增加壓迫空間410數量，而採用更多段壓縮加工方式。

再者，本實施例僅利用該等壓迫空間410與該輔壓空間420連通於大氣後之大氣壓力，及該容槽310間之壓力差設計，就足以驅動該等活動膜部412與該下層薄膜42往下擠壓該補強材900，但實施時，用以驅動該等活動膜部412與該下層薄膜42氣體壓力不以利用外界大氣壓力為限，也可將該等壓迫空間410與該輔壓空間420分別連通於其它氣壓控制設備，可藉此更精準地調整控制分別灌注於該等壓迫空間410與該輔壓空間420之氣體壓力，而可用以調整控制該等活動膜部412與該下層薄膜42彈性變形量，而可調整控制該補強材900被擠壓厚度。

此外，該等活動膜部412因非連續平面，所以兩活動膜部412間隙處易出現皺褶突起形狀，但可透過該下層薄膜42的設置，將該皺褶突起部位整平，而可避免該補強材900出現皺摺突起。

再者，本實施例是根據質量不滅定律來進行樹脂901灌注，藉由被壓縮前之補強材900內部孔隙體積與被擠壓後之內部孔隙體積變化，以及該補強材900的剛性，來決定一開始要先注入該疏鬆狀補強材900內之樹脂901量，並配合該上層薄膜41與該下層薄膜42在一大氣壓下的彈性變形擠壓力道，來控制該補強材900被擠壓後的厚度。但實施時，也可直接於該容槽310內注滿樹脂901，然 後再驅使該彈性膜單元4進行補強材900的分段壓縮成型，其缺點是會注入太多樹脂901，注入樹脂901也較長，但同樣可達到本發明之目的。

如圖10所示，本發明漸壓式樹脂轉注成型裝置的第二較佳實施例與該第一較佳實施例的差異在於：該彈性膜單元4僅包括該上層薄膜41。

在本實施例中，該上層薄膜41是完全蓋封該容槽310開口，而相對增設一個與該第二通孔322連通之壓迫空間410，也就是總共有三個壓迫空間410，同樣可達到分段漸壓該補強材900之目的，雖然被壓縮後之該補強材900頂面介於兩相鄰活動膜部412間會有縐摺突起，但可透過其它加工程序將其處理掉，不影響補強材900之壓縮成型與樹脂901的灌注，同樣具有加速成型時間的效果。

綜上所述，本發明透過該模具單元3與該彈性膜單元4所構成之該等壓迫空間410與該輔壓空間420的結構設計，以及驅使該彈性膜單元4分段壓縮該補強材900的漸壓式樹脂轉注成型方法設計，可透過分段擠壓該補強材900的方式，在分段壓縮成型補強材900的過程中，同時加速灌注於該補強材900內之樹脂901的流動，有助於縮短加工時間，是一種創新的漸壓式樹脂轉注成型裝置與方法，故確實能達成本發明之目的。

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，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書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。

3‧‧‧模具單元

31‧‧‧下模具

310‧‧‧容槽

311‧‧‧注入孔

312‧‧‧抽吸孔

32‧‧‧上模具

321‧‧‧第一通孔

322‧‧‧第二通孔

323‧‧‧凹槽

324‧‧‧傾斜槽緣

33‧‧‧分隔塊

331‧‧‧上斜邊

34‧‧‧鎖接件

4‧‧‧彈性膜單元

41‧‧‧上層薄膜

410‧‧‧壓迫空間

411‧‧‧安裝膜部

412‧‧‧活動膜部

42‧‧‧下層薄膜

420‧‧‧輔壓空間

900‧‧‧補強材

Claims (10)

1. 一種漸壓式樹脂轉注成型裝置，適用於將樹脂轉注灌入一多孔隙的補強材內，並包含：一模具單元，包括一具有一開口朝上且用以容置該補強材之容槽的下模具，及一疊蓋封閉該容槽的上模具，該下模具還具有一連通於該容槽的注入孔；一彈性膜單元，封閉該容槽開口地安裝於該上模具與該下模具間，且該彈性膜單元與該上模具配合界定出多個彼此相間隔且間隔位於該容槽上方的壓迫空間；一樹脂注入單元，連接於該注入孔，並可經由該注入孔將樹脂轉注灌入該容槽內的該補強材中；及一氣壓控制單元，連通安裝於該等壓迫空間，且能夠各別控制該等壓迫空間內的氣壓，而迫使該彈性膜單元界定出該等壓迫空間的部位分別往該容槽彈性擴張變形，進而分別局部擠壓該補強材。
2. 如請求項1所述的漸壓式樹脂轉注成型裝置，其中，該彈性膜單元包括一安裝於該上模具下方的上層薄膜，該上層薄膜具有多個分別固定於該上模具的安裝膜部，及多個分別用以界定出該等壓迫空間的活動膜部，且該等活動膜部可被驅動而分別往該容槽彈性擴張變形並局部擠壓該補強材。
3. 如請求項2所述的漸壓式樹脂轉注成型裝置，其中，該彈性膜單元還包括一設置於該上層薄膜下方，且可被該等活動膜部分別往下彈性擠推而局部擴張變形的下層 薄膜，且該下層薄膜與該上模具及該上層薄膜相配合界定出一間隔位於該等壓迫空間下方之輔壓空間，該氣壓控制單元還連通於該輔壓空間，並可控制該輔壓空間之氣壓，而驅使該下層薄膜往該容槽彈性擴張變形，並擠壓整平該補強材頂面。
4. 如請求項3所述的漸壓式樹脂轉注成型裝置，其中，該上層薄膜是局部覆蓋該上模具底面地設置於該上模具下方，該下層薄膜是覆蓋該上層薄膜地固定於該上層薄膜與該上模具下方，該上模具具有多個上下貫穿且分別連通該等壓迫空間的第一通孔，及一上下貫穿連通於該輔壓空間的第二通孔，該氣壓控制單元是連通安裝於該等第一通孔與該第二通孔。
5. 如請求項2所述的漸壓式樹脂轉注成型裝置，其中，該上模具底面凹設有多個相間隔之凹槽，該上層薄膜之該等安裝膜部是分別嵌裝於該等凹槽中，該模具單元還包括多個分別安裝固定於該等凹槽中，且分別與該上模具相配合夾固該等安裝膜部的分隔塊。
6. 如請求項5所述的漸壓式樹脂轉注成型裝置，其中，該等凹槽與該等分隔塊之斷面是呈相配合之梯形，每一凹槽具有一傾斜朝下面向各別之分隔塊的傾斜槽緣，每一分隔塊具有一傾斜朝上面向各別之凹槽的該傾斜槽緣之上斜邊，每一安裝膜部是被氣密夾擠固定於該傾斜槽緣與該上斜邊間。
7. 如請求項1、2、3或4所述的漸壓式樹脂轉注成型裝置 ，其中，該氣壓控制裝置還連通安裝於該容槽，並可抽取該容槽內之氣體，而使該容槽呈負壓狀態。
8. 一種漸壓式樹脂轉注成型方法，適用於將樹脂轉注灌入一多孔隙的補強材內，該漸壓式樹脂轉注成型方法包含下列步驟：(a)將該補強材置放於一模具單元的一容槽內；(b)以一可被驅動往該容槽彈性擴張變形之彈性膜單元封閉該容槽，並使該彈性膜單元與該模具單元相配合界定出多個彼此間隔且間隔位於該容槽上方之壓迫空間；(c)將樹脂灌注入該容槽內，而逐漸填注於該補強材中；及(d)分別控制該等壓迫空間內的氣壓，迫使該彈性膜單元界定出該等壓迫空間的部位分別往該容槽彈性擴張變形，並分別局部擠壓該補強材。
9. 如請求項8所述的漸壓式樹脂轉注成型方法，其中，該步驟(b)之該彈性膜單元具有一與該模具單元相配合界定出該等壓迫空間的上層薄膜，及一疊置於該上層薄膜下方的下層薄膜，且該下層薄膜與該上層薄膜及該模具單元相配合界定出一間隔位於該等壓迫空間下方的輔壓空間，該步驟(d)包括以下子步驟：(d1)先驅使該上層薄膜分別界定出該等壓迫空間的部位往該容槽彈性擴張變形，而分別帶動該下層薄膜往該容槽局部彈性擴張變形並局部擠壓該補強材，及(d2)控制該輔壓 空間的氣壓，驅使該下層薄膜往下朝該容槽彈性擴張變形，並擠壓整平該補強材頂面。
10. 如請求項8或9所述的漸壓式樹脂轉注成型方法，還包含一位於步驟(c)之前的步驟(c1)驅使該容槽與該等壓迫空間皆呈負壓狀態，而步驟(c)是在該容槽呈負壓狀態情況下，將樹脂灌注入該容槽內。