TWI580576B - 異材質層疊複合材料及其製品 - Google Patents

Description

異材質層疊複合材料及其製品

一種複合材料，特別是一種異材質相互疊層之複合材料。

目前行李箱製造業以硬殼類的行李箱為主要發展趨勢，硬殼行李箱主要可分為塑膠材質或金屬材質兩種，由於塑膠或金屬可加工成為特殊形狀或外型，且塑膠或金屬材質相對於布類等軟質材質的行李箱擁有高強度、耐久性及防水性等特質，深受消費者喜愛。

塑膠材質的硬殼行李箱，又大致可分為傳統式塑膠板或是複合塑膠板等，以單層或是多層板材形式疊層後壓板塑型，塑膠板或是複合塑膠板材雖價格低廉，但結構強度不佳，往往耐不住強烈的撞擊，相當容易破裂。

為了改善前述塑膠板強度不足的缺點，繼而發展出以塑膠條或是塑膠纖維編織而成的多層編織塑膠板材或複合編織塑膠板材，雖然編織結構相對前述塑膠板材具有較佳的結構強度，但多層編織塑膠板材的材料、生產、加工、人力成本高，且熱塑工藝困難，很容易產生纖維斷裂或錯位、成型後於彎折處易出現皺折，花紋無法連續，多層編織塑膠板材使熱塑深度受限等問題，導致目前以多層編織塑膠板材所製造的行李箱單價高昂，無法普及。

金屬材質的硬殼行李箱，除了金屬材料價格高、多層疊合後的重量非常重的缺點外，無法以車縫工藝生產行李箱以免除昂貴的熱壓模具生產成本，且受外力衝擊後外型無法自行回彈恢復形狀進而需要回廠送修等，皆是金屬材質難以克服的問題。

為了解決目前塑膠或金屬硬殼行李箱在生產製造上，若要增加結構強度卻導致成本增加，或是欲降低成本卻又犧牲結構強度因而材料選用受到限制等種種問題，本發明提供一種異材質層疊複合材料，其依序包含一第一層構造、一中心基板及一第二層構造，其中：該第一層構造為一編織纖維層、一金屬層、一塑膠層或其組合；該中心基板為一熱塑性塑膠板；該第二層構造包含一編織纖維層與一塑膠層或一編織纖維層與一針織不織布；該第一層構造與該第二層構造中的該編織纖維層分別以一膠層與該中心基板連接；以及該第一層構造與該第二層構造之間的機械強度差值小於20%。

其中，該中心基板的厚度為0.2~3.0mm；該編織纖維層或該針織不織布層的厚度為0.2mm~0.5mm；該塑膠層的厚度為0.05~0.15mm；以及該金屬層的厚度為0.1～0.5mm。

其中，該中心基板的材質包含聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、尼龍、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯；該編織纖維層的材質包含聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、碳纖維、玻璃纖維、克維拉纖維、尼龍纖維或天然纖維；該塑膠層的材質包含聚丙烯、尼龍、聚氨酯、熱塑性聚氨酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、Surlyn塑膠、Pebox塑膠、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯；該金屬層的材質包含鋁、鎂鋁合金、不鏽鋼、銅、鍍鉻銅或鈦合金；以及該膠層的材質包含共聚烯烴類、共聚醯胺類、共聚酯類、熱塑性聚氨酯類、聚烯烴類、聚醯胺類、環氧樹脂類或聚酯類膠體。

其中，該膠層滲入於該編織纖維層的纖維中，佔該編織纖維層的體積三分之一至二分之一。

其中，該針織不織布的部分纖維勾繞或纏繞於該編織纖維層的部分纖維中。

其中，該第一層構造之該塑膠層表面有一熱昇華或印刷之文字或圖案。

本發明進一步提供一種行李箱外殼、溜冰鞋鞋面與護具，其係用前述的異材質層疊複合材料所製成。

藉由上述說明可知，本發明有以下之優點：

1. 本發明透過熱塑性塑膠材質的中心基板，作為異材質層疊複合材料的主要結構填充層以及支撐層，以解決先前技術的塑膠板結構強度不佳與耐不住強烈撞擊缺點；本發明的該中心基板材料選用多變化，可利用不同材質的板材來調整所需要的結構強度、剛性與耐衝擊特性，且該中心基板不為編織的結構，厚度可任意調整，相對於既有皆為編織層的多層編織塑膠板材材料與加工成本更低、熱塑工藝較為簡單，更具備市場競爭力。

2.由於本發明的第一層構造與第二層構造機械強度相近的因素，後續加工成型時不容易產生纖維斷裂、錯位、彎折處產生皺折或是花紋無法連續的問題，且本發明的編織纖維層相對於具有同樣厚度或強度的既有多層編織塑膠板材少，熱塑深度較不易受影響。

3.本發明利用金屬材質作為最外層並疊合中心基板與編織纖維層所得的金屬異材質疊層複合材料，該中心基板可作為整體複合材料的支撐層與填充層，該編織纖維層亦可提供良好的剛性與強度，使得本發明金屬複合材料相對於既有金屬 疊板材不僅整體剛性與結構強度更佳優異外，還可達到重量減輕的效果。舉例而言，鋁金屬的比重為2.7g/cm ³，以1mm厚度的鋁板而言，每平方公尺的面積就會產生2700g的重量，然而，本案的金屬異材質層疊複合材料，可利用0.2mm厚度的鋁板搭配0.8mm的纖維編織層與中心基板，以同樣1mm的厚度下，本發明每平方公尺面積的重量僅1400g，可減輕近一半的重量，並且保持結構強度、剛性與耐衝擊性不減。

且進一步地，該編織纖維層、該中心基板可改善既有技術的金屬材質硬殼行李箱受外力衝擊後外型無法自行回彈恢復形狀進而需要回廠送修的缺點，本發明的金屬異材質層疊複合材料可運用車縫工藝加工，製造的工藝更彈性。

4.本發明的編織纖維層可依據用途選用不同纖維材質、顏色、圖案與編織方法，同時達到美觀與增加整體異材質層疊複合材料的結構強度與剛性的效果。該編織纖維層具有高比表面積，透過膠水/膠膜與壓合製程即可容易地與其他異材質相互黏合與接著。

5.本發明是以編織纖維層、塑膠中心基板或金屬等各種不同材料層疊複合而得，透過塑膠與金屬間的不同材質以及編織材與板材間的不同結構加以相互複合，達到調控成品的外觀、樣式、厚度、剛性與結構強度的效果，材料、結構強度的調整彈性高。

6.該編織纖維層可使本發明不需透過熱壓模具加工成型，而可利用車縫技術直接形成立體形狀，例如行李箱外殼、提包等，免除昂貴的熱壓模具生產成本，且本發明遭受外力撞擊而產生內凹缺陷時，該中心基板與該編織纖維層可讓本發明自行回彈與恢復原本塑型形狀的效果，改善既有金屬行李箱無法自行回復形狀而需要送回原廠修理的問題。

請參考圖1，本發明第一較佳實施例之異材質層疊複合材料10a包含依序層疊之一第一層構造13a、一中心基板11a及一第二層構造15a，該第一層構造13a、該第二層構造15a與該中心基板11a之間分別設有一膠層A用以相互黏著。

其中，本實施例的該第一層構造13a是由一編織纖維層131a與一塑膠層132a疊合所形成，該編織纖維層131a除了可提供異材質層疊複合材料10a擁有編織紋路的外觀外，編織的結構相對一般塑膠板具有更好、更優異的結構強度。本實施例的該編織纖維層131a厚度較佳為0.2mm~0.5mm，該編織纖維層131a的材質不限定，可以由聚乙烯纖維(Polyethylene, PE)、聚丙烯纖維(Polypropylene, PP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate, PET, 簡稱聚酯)、碳纖維、玻璃纖維、克維拉纖維、尼龍纖維(Nylon)、天然纖維(Natural fiber)等材質所編織而成。

該塑膠層132a披覆於該編織纖維層131a表面，可作為該編織纖維層131a的保護層或是提供亮面的質感；更進一步地，可於該塑膠層132a表面運用熱昇華或印刷的方式加以裝飾文字或圖案。本實施例的該塑膠層132a厚度較佳介於0.05~0.15mm，該編織纖維層131a與該塑膠層132a之間亦可以該膠層A相互黏著，該塑膠層132a的材質可以是聚丙烯(Polypropylene, PP)、尼龍(Nylon)、聚氨酯(Polyurethane, PU)、熱塑性聚氨酯(Thermoplastic Urethane, TPU)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate, PET, 簡稱聚酯)、Surlyn®塑膠(商品名)或Pebox®塑膠(商品名)、聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate, PMMA)所形成的塑膠膜。

該第二層構造15a與該第一層構造13a同樣係以一編織纖維層151a與一塑膠層152a疊合，且該編織纖維層151a與該塑膠層152a之間亦可設有該膠層A以相互黏著，該編織纖維層151a與該塑膠層152a之材質種類與前述該編織纖維層131a與該塑膠層132a相同。

該中心基板11a是本發明的主要技術特徵之一，其夾置於該第一層構造13a與該第二層構造15a之間，可提供該異材質層疊複合材料10a的整體複合結構填充、支撐，增加總體結構強度的功用；該中心基板11a相對於皆以纖維織布疊合而成的既有多層編織塑膠板具備成本更低的優勢。本發明該中心基板11a較佳是選用熱塑性塑膠，除了具有熱可塑加工特性外，也具有良好的回收性，厚度介於0.2~5.0mm，材質包含聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate, PET, 簡稱聚酯)、聚丙烯(Polypropylene, PP)、聚乙烯(Polyethylene, PE)、尼龍(Nylon)、聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate, PMMA)。

本實施例之該第一層構造13a與該第二層構造15a是以該編織纖維層131a、151a與該中心基板11a相互黏著，而黏著使用之該膠層A材質依據黏著介面材質的不同，包含共聚烯烴類、共聚醯胺類、共聚酯類或熱塑性聚氨酯類黏著膠體。

該膠體A主要以透明的膠水或膠膜的方式施於各層之間，其材質的選擇是以接著相同或近似特性的材料為依據，例如當該編織纖維層131a的材質為聚乙烯纖維，該中心基板11a的材質為聚乙烯塑膠板時，該膠體A則可選擇對聚乙烯纖維與聚乙烯塑膠板具有相容性之共聚烯烴類膠體，可達到良好的黏貼、接著效果。

為了使該異材質層疊複合材料10a的整體複合結構，以該中心基板11a為中心，兩側黏合的該第一層構造13a與該第二層構造15a應力達到平衡或降低；較佳地，該第一層構造13a與該第二層構造15a之間的機械物性 (Compressive Strength)或強度差值介於0～20%之間可稱為平衡。所謂的機械強度至少包含抗彎折強度、抗張強度與抗衝擊強度等機械強度參數；當該第一層構造13a與該第二層構造15a之間的應力相同或相近時，可以減少後續加工成型可能會產生裡層翹曲、脫層、紋路壓縮等問題，而使該第一層構造13a與該第二層構造15a達到應力平衡的方法可以透過各層材質選擇、厚度大小或是編織纖維層的丹數(Denier, 或稱丹或丹尼數)調整。

該第一層構造13a與該第二層構造15a以該中心基板11a為中心，達到應力平衡的例子，除了該第一層構造13a與該第二層構造15a的各層選擇相同材質、厚度的材料外，若要使用不同材質、厚度的材料相互搭配時，可例如該第一層構造13a選擇1100丹、厚度為0.2mm的該編織纖維層131a與厚度為0.1mm的該塑膠層132a，該第二層構造15a則可對應選擇900～1300丹、厚度為0.2mm～0.5mm的該編織纖維層151a與厚度為0.05～0.15mm的該塑膠層132a，此時該中心基板11a兩側的該第一層構造13a與該第二層構造15a之機械強度可達平衡，使熱壓後的該異材質層疊複合材料10a平整、無翹曲或皺折。

本實施例的該編織纖維層131a、151a與該膠層A之間，可進一步以半含浸的狀態結合，所謂的半含浸是指該膠層A滲入或含浸於該編織纖維層131a、151a的局部纖維中，達到佔該編織纖維層131a、151a的體積約三分之一至二分之一，但另一側的該編織纖維層131a、151a表面未有該膠層A透出或僅有少量透出。而達到半含浸的實施方法，可以是該纖維編織層131a、151a與該膠層A相互疊合後，調控該膠層A的厚度或體積小於該纖維編織層131a、151a；熱壓時，藉由調整熱壓參數，相對少量的該膠層A僅滲透或含浸至該纖維編織層131a、151a的局部，不超出或僅極少量透出其另一側表面，以保持異材質層疊複合材料表面的乾淨，無膠水或膠體外露的情形。

本發明第一較佳實施例中該第一層構造11a與該第二層構造13a，除了前述是以該編織纖維層131a、151a與該塑膠層132a、152a的搭配外，請參考圖2a～2d，在該第一層構造131a與該第二層構造151a兩個達到應力平衡的前提下，該第一層構造131a亦可以僅為該編織纖維層131a(如圖2a與圖2c)或該塑膠層132a(如圖2b與圖2d)與該中心基板11a黏著，該第二層構造則可單純僅為該編織纖維層152a(如圖2c與圖2d)與該中心基板11a黏著，於此不限定。

請參考圖2e，本發明第二較佳實施例與前述第一較佳實施例基本上相同，差異在於將該第二層構造13a中該塑膠層132a以一纖維不織布153a取代，該纖維不織布153a係以針扎方式將該纖維不織布153a的局部纖維與該編織纖維層131a的局部纖維相互勾繞固定，而此時該纖維不織布153與該編織纖維層131a之間可選擇性地施用該膠層A。

請參考圖3，本發明第三較佳實施例的異材質層疊複合材料10b，其層疊結構與前述第一、第二實施例相同，係以一第一層構造13b、一中心基板11b及一第二層構造15b依序層疊形成，各層之間以一膠層B相互黏貼結合，而本實施例與前述第一、第二實施例的差異是在於該第一層構造13b是金屬材質的薄片/板層，且厚度介於0.1～0.5mm之間。

該第一層構造13b的材質包含鋁、鎂鋁合金、不鏽鋼、銅、鍍鉻銅或鈦合金；該第二層構造15b是一編織纖維層131b，材質包含碳纖維(Carbon Fiber)、玻璃纖維(Glass Fiber)、克維拉纖維(Kevlar Fiber)、聚酯纖維(Polyester Fiber)、尼龍纖維(Nylon Fiber)或天然纖維(Natural Fiber)；而該中心基板11b是熱塑性塑膠板，材質包含聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate, PET, 簡稱聚酯)、聚丙烯(Polypropylene, PP)、聚乙烯(Polyethylene, PE)、尼龍(Nylon)、聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate, PMMA)。

由於本實施例的該第一層構造13b為金屬材質，其與塑膠材質的該中心基板11b不為相容性材料，故兩者之間黏著所使用的該膠層B較佳係使用聚烯烴類、聚醯胺類、聚酯類膠體，可達到較佳的黏著效果。而該第二層構造15b與該中心基板11b之間所使用的該膠層B，除了同樣可用前述的聚烯烴類、聚醯胺類、聚酯類的材質外，亦可與上述實施例1使用相同的共聚烯烴類、共聚醯胺類、共聚酯類或熱塑性聚氨酯類黏著膠體，同樣具有良好的接著效能。

為了達到本實施例金屬材質的該第一層構造13b與塑膠或天然纖維材質該第二層構造15b之間的應力平衡，以該中心基板11b為中心，當該第一層構造13b為0.2mm的薄鋁板時，該第二層構造15b可選擇1300～1800丹、厚度介於0.2～0.5mm之間的編織纖維層，可達到該中心基板11b兩側的機械強度應力平衡，使熱壓後的該異材質層疊複合材料10b平整、無翹曲或皺折。

本發明前述各實施例的製造方法，較佳是將各層相互堆疊後，依照所選用的各層材料與各層厚度設定熱壓參數，再將層疊材料送入設定溫度為50℃的熱壓台，立即加熱到設定的溫度，溫度範圍為150~178℃，壓力範圍為14~20kg/cm ²，並持溫3~6分鐘後，立即將熱壓台降溫到50℃，再取出成品。

而在應用方面，本發明之異材質複合版材可廣泛應用於各種領域之產品，例如行李箱外殼、護具、溜冰鞋、冰刀鞋、筆記型電腦外殼等。

上述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明主張的權利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示的精神所完成的等效改變或修飾，均應包括在本發明的主張範圍內。

10 a、10b‧‧‧異材質層疊複合材料

11a、11b‧‧‧中心基板

13a、13b‧‧‧第一層構造

15a、15b‧‧‧第二層構造

131a、151a、131b‧‧‧編織纖維層

132a、152a‧‧‧塑膠層

153a‧‧‧纖維不織布

20‧‧‧行李箱外殼

A 、B‧‧‧膠層

圖1為本發明第一較佳實施例之層狀構造示意圖。 圖2a～2d為本發明第一較佳實施例之剖面示意圖。 圖2e為本發明第二較佳實施例之剖面示意圖。 圖3為本發明第三較佳實施例之層狀構造示意圖。

10a‧‧‧異材質層疊複合材料

11a‧‧‧中心基板

131a、151a‧‧‧編織纖維層

132a、152a‧‧‧塑膠層

A‧‧‧膠層

Claims (9)

1. 一種異材質層疊複合材料，其依序包含一第一層構造、一中心基板及一第二層構造，其中：該第一層構造為一編織纖維層、一金屬層、一塑膠層或其組合；該中心基板為一熱塑性塑膠板；該第二層構造包含一編織纖維層與一塑膠層或一編織纖維層與一針織不織布；該第一層構造與該中心基板之間、該第二層構造中的該編織纖維層與該中心基板之間分別以一膠層相互連接；以及該第一層構造與該第二層構造之間的機械強度差值小於20%。
2. 如申請專利範圍第1項之異材質層疊複合材料，其中：該中心基板的厚度為0.2~3.0mm；該編織纖維層或該針織不織布層的厚度為0.2mm~0.5mm；該塑膠層的厚度為0.05~0.15mm；以及該金屬層的厚度為0.1~0.5mm。
3. 如申請專利範圍第1或2項之異材質層疊複合材料，其中：該中心基板的材質包含聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、尼龍、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯；該編織纖維層的材質包含聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維、碳纖維、玻璃纖維、克維拉纖維、尼龍纖維或天然纖維；該塑膠層的材質包含聚丙烯、尼龍、聚氨酯、熱塑性聚氨酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、Surlyn塑膠、Pebox塑膠、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯；該金屬層的材質包含鋁、鎂鋁合金、不鏽鋼、銅、鍍鉻銅或鈦合金；以及 該膠層的材質包含共聚烯烴類、共聚醯胺類、共聚酯類、熱塑性聚氨酯類、聚烯烴類、聚醯胺類、環氧樹脂類或聚酯類膠體。
4. 如申請專利範圍第1或2項之異材質層疊複合材料，該膠層滲入於該編織纖維層的纖維中，佔該編織纖維層的體積三分之一至二分之一。
5. 如申請專利範圍第1或2項之異材質層疊複合材料，該針織不織布的部分纖維勾繞或纏繞於該編織纖維層的部分纖維中。
6. 如申請專利範圍第1項之異材質疊層複合材料，該第一層構造之該塑膠層表面有一熱昇華或印刷之文字或圖案。
7. 一種行李箱外殼，其係用申請專利範圍第1~6項之異材質層疊複合材料所製成。
8. 一種溜冰鞋鞋面，其係用申請專利範圍第1~6項之異材質層疊複合材料所製成。
9. 一種護具，其係用申請專利範圍第1~6項之異材質層疊複合材料所製成。