TWI519415B - 纖維殼體之成型方法 - Google Patents

Description

纖維殼體之成型方法

本發明係有關一種纖維殼體之成型方法，尤指一種能快速成型、大量製造、能使成型後的纖維殼體具有平整的表面及足夠的強度，且能有效減重與降低成本者。

一般纖維複合材料主要是以纖維作為補強材，使原本剛性或強度不高之塑膠，大幅改善其物性。由於此種纖維複合材料具有質輕、強度佳、耐潮、抗腐蝕等特性，在建材、電子、電器、日用品等各種結構中皆已被廣泛的使用。其中，將預浸熱塑性塑脂或熱固性塑脂的編織纖維布加熱、加壓之後，即可形成各式各樣的纖維複合材料。而玻璃纖維或碳纖維之類的各種纖維所編織出之纖維紋路，除了可以有效增加強度之外，亦可呈現特殊之表面質感與紋路，以做為具有編織纖維紋路之殼體使用。

上述編織纖維布主要是由纖維編織交錯而成，在成型過程中，對於多片重疊且尚未硬化的的編織纖維布而言，當沒有足夠的樹脂滲入各纖維布的各纖維之間的間隙內時，由於各纖維之間的整體間隙空間太大，亦即單位體積內的孔隙率過高，縱然予以加溫、加壓以使硬化，仍會有表面孔洞太多或強度不足的問題。而為了讓表面平整美觀，即必須進一步針對孔洞或不平坦之處以樹脂土加以填補、再加以磨平、噴漆。另，為了讓纖維殼體具有足夠的強度，在成型過程中，則需要利用抽真空或直接 加壓之方式讓樹脂因受壓而慢慢滲入重疊的各個纖維布之中。如此一來，要成型一個纖維殼體的時間，目前約需要10~90分鐘，其整體成型時間太久，且進一步加工的時間亦長，無法符合大量且快速製造之需求。

基於上述原因，台灣公告第I327959號之「具編織纖維紋路 殼體之製造方法」提出了一個解決方案，其製造方法主要包括下列步驟：(1)提供一編織纖維布含浸樹脂材；(2)於該編織纖維布含浸樹脂材上下表面分別覆蓋以一熱塑性聚胺基甲酸酯(Thermoplastic polyurethane，TPU)薄膜；(3)置於一平板模具內進行熱壓，形成一塑膠殼體板材；(4)於該塑膠殼體板材上下表面分別以一接著劑黏接以一選自聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、丙烯腈-丁二烯丙烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile butadiene-styrene，ABS)或聚丙烯(polypropylene，PP)之薄膜；(5)置於該平板模具內進行加壓，形成一加工殼體板材；(6)將該加工殼體板材裁切成預定形狀尺寸；以及(7)入模二次加工成型，形成預定構形之殼體成品。而台灣公開第201304959號之「熱可塑碳纖維板材之製作及加工方法」則提出了另一個解決方案，主要先取至少一為可撓性材質之第一介質體，例如：碳纖維、不織布或金屬線材，再取至少一為熱塑性塑膠材質之第二介質體，將該第一介質體及該第二介質體相互結合成一片體，將該片體經由熱壓合成一預定型狀之板體，或再進行二次加工形成另一預定形狀之二次複合介質體。

在上述各種纖維殼體的成型過程中，主要是將預浸熱塑性 (thermoplastic type)樹脂的纖維布與熱塑性薄膜以一次加工成型或二次加工成型之方式製成。惟，上述成型之方式皆相當的繁複，能節省作業之時 間有限；且將熱塑性樹脂一次加工或再次加工之後的產品通常需要較大的厚度，才能產生足夠的強度。如此一來，即會讓纖維殼體的整體厚度增加，同時增加重量，而不利於各種需要輕、薄、短小的產品要求。

有鑑於此，為了提供一種有別於習用技術之成型方法，並改善上述之缺點，發明人積多年的經驗及不斷的研發改進，遂有本發明之產生。

本發明之一目的在提供一種能快速成型，以達到大量製造需求的纖維殼體之成型方法。

本發明之一目的在提供一種能在成型之後，不但能讓產品的表面平整美觀、能確保產品強度，且能有效減重的纖維殼體之成型方法。

為達上述之目的，本發明所設之一種纖維殼體之成型方法係包括下列步驟：a.提供至少一片已硬化之熱可塑纖維板及至少一片包含樹脂之纖維層，熱可塑纖維板係為至少一層纖維片預浸熱塑性樹脂之後，經加熱、加壓以使熱塑性樹脂硬化後而成型之平板；以及b.加熱熱可塑纖維板與纖維層，將上、下層疊之熱可塑纖維板與纖維層置放於一模具內，以加壓熱可塑纖維板與纖維層使成型為一立體纖維殼體，並使熱可塑纖維板形成為立體纖維殼體之外層，使纖維層形成為立體纖維殼體之內層。

實施時，本發明更包括一熱可塑纖維板成型步驟，係在複數個纖維片上預浸熱塑性樹脂，將該等纖維片上下分隔，再加熱、加壓使熱塑性樹脂硬化，以成型複數個上下獨立且已硬化之纖維板。

實施時，該纖維層係為至少一層預浸樹脂之纖維片。其中， 該纖維層係為至少一層預浸熱固性樹脂之纖維片；該纖維層亦可為至少一層預浸熱塑性樹脂之纖維片。

實施時，本發明更包括一黏著步驟，係以一黏著層塗佈於熱可塑纖維板與纖維層之間，而纖維層係為至少一層預浸熱塑性樹脂且已硬化之纖維片。

實施時，該熱可塑纖維板之孔隙率係在15%以下。

實施時，該熱可塑纖維板之厚度係在1mm以下。

為進一步了解本發明，以下舉較佳之實施例，配合圖式、圖號，將本發明之具體構成內容及其所達成的功效詳細說明如下。

1‧‧‧熱可塑纖維板

2‧‧‧隔板

3‧‧‧纖維層

4‧‧‧模具

5‧‧‧黏著層

6‧‧‧纖維殼體

第1圖係為本發明之較佳實施例之步驟流程圖。

第2圖係為本發明在成型複數個熱可塑纖維板時之立體外觀示意圖。

第3、4圖係為本發明之熱可塑纖維板與纖維層上、下層疊以成型為纖維殼體時之剖面示意圖。

本發明係為一種纖維殼體之成型方法。其中，該纖維殼體係界定為非平板狀，亦即，可以在成型之後形成一容置空間，例如：該纖維殼體包括一長方形底板及至少二個由底板之周緣向下延伸之側板，以供做為3C產品之外殼或行旅箱使用；該纖維殼體亦可以在成型之後彎曲為弧形或其他非平板之造型，例如：該纖維殼體具有弧形曲面，以做為引擎蓋鈑金件之類的車輛元件或運動滑板之類的運動器材使用。

請參閱第1圖所示，其為本創作纖維殼體之成型方法之較佳實施例，係包括下列步驟：a.提供至少一片已硬化之熱可塑纖維板及至少一片包含樹脂之纖維層，熱可塑纖維板係為至少一層纖維片預浸熱塑性樹脂之後，經加熱、加壓以使熱塑性樹脂硬化後而成型之平板；以及b.加熱熱可塑纖維板與纖維層，將上、下層疊之熱可塑纖維板與纖維層置放於一模具內，以加壓熱可塑纖維板與纖維層使成型為一立體纖維殼體，並使熱可塑纖維板形成為立體纖維殼體之外層，使纖維層形成為立體纖維殼體之內層。

其中，步驟a之前更包括一熱可塑纖維板成型步驟，係如第2圖所示，在複數個纖維片上預浸熱塑性樹脂，將該等纖維片以隔板2上下分隔，再加熱、加壓使熱塑性樹脂硬化，冷卻後以成型複數個上下獨立且已硬化之纖維板1。實施時，該等隔板2亦可分別以隔離膜或離型紙取代。上述熱可塑纖維板1係為纖維片預浸熱塑性樹脂之後，經加熱、加壓以使可二次加工變形之熱塑性樹脂硬化後而成。該纖維片係為複數條玻璃纖維，或為複數條碳纖維、石英纖維、尼龍纖維、棉紗纖維或克維拉纖維等人造纖維混編或單向纖維組合而成。

上述各個熱可塑纖維板1硬化之後，任一片熱可塑纖維板1之厚度較佳係在1mm以下；熱可塑纖維板1之孔隙率係在15%以下，該孔隙率界定為：在一單位體積中，各纖維之間的間隙空間佔該單位體積之比率。其中，將熱可塑纖維板1成型為薄板，一方面可以讓熱塑性樹脂輕易的滲入纖維片的各纖維之間，以節省成型薄板的時間，而由於其硬化後之熱可塑 纖維板1較薄，加熱時可以很快變形，彎曲時較不易斷裂或分層，且經加壓之後可快速成型；另一方面，熱塑性樹脂可以輕易的滲入纖維片的各纖維之間，以將纖維板1之孔隙率控制在15%以下，而由於孔隙率小，則其單片熱可塑纖維板1之表面孔洞較少、外觀佳。

該纖維層3係為至少一層預浸樹脂之纖維片，該樹脂較佳係 不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、乙烯酯樹脂、酚醛樹脂、聚安基甲酸脂、馬來醯亞胺樹脂或氰酸酯樹脂之類的熱固性樹脂，使纖維層3在硬化成型之後，具有較薄之厚度，且具有足夠之單位強度；實施時，該樹脂亦可為熱塑性樹脂。

如第3圖所示，步驟b係取用二片形狀大小相同之熱可塑纖維 板1及纖維層3，實施時，熱可塑纖維板1及纖維層3之形狀大小亦可不同。該模具4係為一具有凸出模塊之公模，實施時，該模具4亦可為一具有模穴之母模；當模具4為公模時，熱可塑纖維板層1疊於纖維層3之上方，而當模具4為母模時，熱可塑纖維板1層疊於纖維層3之下方。而其加壓方式係以機械方式直接加壓，或以高壓氣體加壓成形。該已硬化之熱可塑纖維板1及預浸樹脂之纖維層3層疊並放置於模具4上，再予以加熱、加壓時，利用纖維層3上的樹脂，即可在加熱後，讓熱可塑纖維板1及纖維層3相互黏結。

如第4圖所示，步驟b中更可包括一黏著步驟，其中，該纖維 層3係為至少一層預浸熱塑性樹脂且已硬化之纖維片，而在熱可塑纖維板1與纖維層3之間塗佈一層黏膠，該黏膠做為黏著層5。當已硬化之熱可塑纖維板1及纖維層3以黏著層5相互黏貼，並放置於模具4上，再予以加熱、加壓時，由於黏著層5並未立即硬化，而已硬化之熱可塑纖維板1係呈平面薄板 之形狀，尚有變形之空間，因此，即可使熱可塑纖維板1及纖維層3在變形過程中，讓熱可塑纖維板1及纖維層3相對滑動，以成型為一立體纖維殼體6。實施時，該熱可塑纖維板1及纖維層3亦可先行預熱，再置入模具4內予以加壓成型。

因此，本發明具有以下之優點：

1、本發明所使用的熱可塑纖維板可先以堆疊之後再平壓的方式一次成型很多片，如此一來，即可在一次成型的過程中，取得多量且已硬化的熱可塑纖維板，而利用已硬化的熱可塑纖維板與纖維層上、下層疊之後，再予以加溫加壓成型，其成型的時間約在數分鐘之內即可完成，因此，使用本發明之方法，能將原先模壓成型製程的時間大幅縮短，以達到大量製造之需求，並降低生產成本。

2、本發明所使用的熱可塑纖維板較薄具有可撓之特性，在加熱、加壓時可很快的變形，模壓成型時不易破裂，且由於纖維層可為纖維及熱固性樹脂硬化而成，亦具有相當之強度，因此，在熱可塑纖維板及纖維層加熱、加壓黏合之後，不但能有效達到防護之效果、確保產品的強度、且能有效減輕重量以符合使用者攜帶及操作方便上之需求。

綜上所述，依上文所揭示之內容，本發明確可達到預期之目的，提供一種不僅可快速成型、大量製造、可使成型後之表面平整、具有足夠的強度、且能有效減重之纖維殼體之成型方法，極具產業上利用之價值，爰依法提出發明專利申請。

第1圖係為步驟流程圖

Claims (7)

1. 一種纖維殼體之成型方法，包括：a.提供至少一片已硬化之熱可塑纖維板及至少一片包含樹脂之纖維層，其中，該熱可塑纖維板係為至少一層纖維片預浸熱塑性樹脂之後，經加熱、加壓以使熱塑性樹脂硬化後而成型之平板，該熱可塑纖維板成型步驟，係在複數個纖維片上預浸熱塑性樹脂，將該等纖維片上下分隔，再加熱、加壓使熱塑性樹脂硬化，以成型複數個上下獨立且已硬化之纖維板；以及b.加熱該熱可塑纖維板與該纖維層，將上、下層疊之熱可塑纖維板與纖維層置放於一模具內，以加壓該熱可塑纖維板與該纖維層使成型為一立體纖維殼體，並使該熱可塑纖維板形成為立體纖維殼體之外層，使該纖維層形成為立體纖維殼體之內層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之纖維殼體之成型方法，其中，該纖維層係為至少一層預浸樹脂之纖維片。
3. 如申請專利範圍第2項所述之纖維殼體之成型方法，其中，該纖維層係為至少一層預浸熱固性樹脂之纖維片。
4. 如申請專利範圍第2項所述之纖維殼體之成型方法，其中，該纖維層係為至少一層預浸熱塑性樹脂之纖維片。
5. 如申請專利範圍第4項所述之纖維殼體之成型方法，其更包括一黏著步驟，係以一黏著層塗佈於該熱可塑纖維板與該纖維層之間，而該纖維層係為至少一層預浸熱塑性樹脂且已硬化之纖維片。
6. 如申請專利範圍第1項所述之纖維殼體之成型方法，其中，該熱可塑纖維 板之孔隙率係在15%以下。
7. 如申請專利範圍第1項所述之纖維殼體之成型方法，其中，該熱可塑纖維板之厚度係在1mm以下。