TWI586540B - 用於提高複合材料的浸漬性的功能性膜及利用上述膜的複合材料的製備方法 - Google Patents

用於提高複合材料的浸漬性的功能性膜及利用上述膜的複合材料的製備方法 Download PDF

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Description

用於提高複合材料的浸漬性的功能性膜及利用上述膜的複 合材料的製備方法
本發明揭示一種複合材料形成用膜及利用上述膜的複合材料的製備方法，更進一步地，揭示一種能夠利用形成有低黏度樹脂層的承載膜來提高浸漬性的複合材料形成用膜及利用上述膜的複合材料的製備方法。
汽車用後樑(back beam)、引擎蓋(bonnet)及頂蓋(roof)等會使用複合材料。上述複合材料由兩種以上材料結合而成，而被稱為增強相(reinforcing phase)的一種材料具有纖維、板及粒子的形態，並且是由被稱為基體相(matrix phase)的材料覆蓋的結構。增強材料應具有高強度及高剛性的特性，且纖維的長度應滿足規定長度以上。連續纖維相比於長纖維增強熱塑性塑膠(LET，Long Fiber-reinforced Thermoplastics)或玻璃纖維增強型熱塑性塑膠(GMT，Glass Mat Reinforced Thermoplastics)等類似的5~50mm長度規格的長纖維增強塑膠，在機械強度、剛性及衝擊性能方面非常 良好。
現今，為了將複合材料的機械特性表現到極大化，製備連續纖維和熱塑性塑膠膜的層壓結構之複合材料。但是，因上述連續纖維和熱塑性塑膠膜之間的介面親和力減弱而無法得到滿意的浸漬性，因此，存在無法達到最大物性值的問題。
本發明用於解決上述的問題，本發明的目的在於，提供複合材料形成用膜，上述複合材料形成用功能性膜代替現有的熱塑性塑膠膜，利用在某一面形成低黏度樹脂層的承載膜。
此外，本發明的另一目的在於，提供複合材料的製備方法，上述複合材料的製備方法利用上述複合材料形成用膜，在連續纖維和可塑性塑膠材料之間製備具有良好的浸漬性的複合材料。
用於達成上述目的之本發明一實施例的複合材料形成用膜，其特徵在於，包括：連續纖維層；承載膜，附著於上述連續纖維層的某一面，並在與上述連續纖維層相附著的一面形成低黏度樹脂層。
此外，用於達成上述另一目的之本發明一實施例的複合材料之製備方法，其特徵在於，包括以下步驟：步驟(a)，在承載膜的某一面形成低黏度樹脂層，並且在上述低黏度樹脂層上附著連續纖維層，用以製備複合材料形成用 膜；步驟(b)，將上述低黏度樹脂層浸漬於上述連續纖維層的內部，用以形成樹脂浸漬剝離纖維層；以及步驟(c)，對上述承載膜和上述樹脂浸漬連續纖維層進行壓制。
本發明的複合材料形成用膜附著有形成於承載膜之某一面的低黏度樹脂層和連續纖維層，因此，能夠提供具有浸漬性和機械性能良好的複合材料。
此外，本發明的複合材料的製備方法利用上述複合材料形成用膜，用以製備複合材料，從而具有能夠提供浸漬性和機械性能良好的複合材料的效果。
1‧‧‧承載膜
2、2’‧‧‧低黏度樹脂層
3‧‧‧連續纖維層
4‧‧‧樹脂浸漬連續纖維層
10、10’、20‧‧‧複合材料形成用膜
第1圖係根據本發明之一實施例的複合材料形成用膜10的剖面圖。
第2圖係本發明之另一實施例的複合材料形成用膜10’的剖面圖。
第3圖係本發明之低黏度樹脂層浸漬於連續纖維層的內部的複合材料形成用膜20的形態的剖面圖。
第4圖係本發明之複合材料a的浸漬性和現有複合材料b的浸漬性的剖面圖。
本發明的優點、特徵以及達成上述優點和特徵的方法只要參考與圖示及其詳細描述的多個實施例將會變得明確。但本發明並不侷限 於以下揭示的實施例，而是會以相互不同的多種形態實現，本實施例僅為使本發明的揭示更為完整，並為了向本發明所屬技術領域中具有通常知識者完整地告知發明的範疇而提供，本發明僅根據申請專利範圍的範疇進行定義。說明書全文中相同的圖示符號指稱相同的結構。
以下，參考圖示對本發明的複合材料形成用膜及利用上述膜的複合材料的製備方法進行說明如下。
複合材料形成用膜
第1圖簡要表示本發明一實施例的複合材料形成用膜10的截面。
參考第1圖，本發明的複合材料形成用膜10包括承載膜1和形成於上述承載膜的某一面的低黏度樹脂層2及連續纖維層3。
通常，上述連續纖維層3只要是使用於由連續纖維強化塑膠形成的複合材料，就沒有特別的限制，但為了提高化學結合力，較佳地，可包含選自包含玻璃纖維、碳纖維、玄武岩纖維及芳綸纖維的有機纖維及無機纖維中的一種以上。並且，上述連續纖維的直徑越小越好，但較佳為10~20μm。連續纖維層的纖維束考慮到纖維的寬幅化層面及成本層面，其線密度較佳為600~2400tex。
另外，上述承載膜1只要是高分子材料的熱塑性膜，就沒有特別的限定，較佳地，可包含選自聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET，polyethylene terephthalate)、聚苯硫醚(PPS，polyphenylene sulfide)、聚醚醚酮(PEEK，polyetheretherketone)、聚乳酸(PLA，polylactic acid)及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS，acrylonitrile butadiene styrene copolymer)的一種以上。
上述承載膜1的某一面形成有低黏度樹脂層2。上述低黏度樹脂層2形成於與連續纖維層3相附著的一面。組成上述低黏度樹脂層2的物質只要不是以膜狀固化狀態的而是具有流動性的低黏度性樹脂，就沒有特別的限定。較佳地，可包含與上述承載膜1具有相容性的單體及低聚物中的一種以上的物質。例如，可使用與上述承載膜1相同的物質，當承載膜1為如聚醯胺等類似的極性物質的情況下，較佳地，低黏度樹脂層2由極性物質組成，當承載膜為無極性物質時，較佳地，上述低黏度樹脂層亦由無極性物質組成。
在本發明中，上述低黏度樹脂層2不包含高分子物質，並且能由預聚物狀態的物質組成。例如，上述低黏度樹脂層2能夠由透過UV或熱進行交聯的預聚物或二液型的預聚物(例如，氨基甲酸乙酯預聚物和固化劑等)組成，較佳地，具體使用包含選自聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乳酸及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一種以上物質之預聚物。
現有的複合材料形成用膜是附著熱塑性塑膠膜和連續纖維層，並在高溫、高壓條件下進行壓制而成。同時，在製備上述複合材料時，由於很多纖維暴露於連續纖維層的表面，致使熱塑性膜的表面和介面的親和力變差，因此，存在熱塑性膜無法充分浸漬於連續纖維層的內部的問題。
不同的是，本發明的複合材料形成用膜具有如下結構：在承載膜1的某一面形成低黏度樹脂層2，並附著有上述低黏度樹脂層2和連續纖維層2。即，上述連續纖維層並不直接附著於熱塑性塑膠膜等類似的承載 膜，而是透過上述低黏度樹脂層2附著，因此，介面親和力相對良好。
本發明的複合材料形成用膜能夠透過上述所述的技術特徵來形成浸漬性良好的複合材料。
第2圖簡要表示本發明另一實施例的複合材料形成用膜10’的剖面。
參考第2圖，就本發明的複合材料形成用膜10’而言，承載膜1形成於連續纖維層3的雙面，尤其，低黏度樹脂層2、2’分別由其他種類的物質形成。即，就本發明的複合材料形成用膜而言，兩種低黏度樹脂層附著於連續纖維層的一面或雙面，由此可形成具有更加良好之強度及性質的複合材料。
第3圖是表示低黏度樹脂層浸漬於連續纖維層的內部的複合材料形成用膜20的形態的剖面圖。
上述低黏度樹脂層能夠透過熱或UV光浸漬於上述連續纖維層的內部，由此形成樹脂浸漬連續纖維層4。
在本發明的複合材料形成用膜中，使低黏度樹脂層一次性地浸漬於連續纖維層的內部後，最後可透過壓制過程來形成浸漬性良好的複合材料。
第4圖是表示本發明的複合材料a的浸漬性和現有複合材料b的浸漬性的剖面圖。參考第4圖，就本發明的複合材料a而言，熱塑性塑膠樹脂均勻地浸漬於連續纖維層的內部，而現有的複合材料b具有熱塑性塑膠樹脂未浸漬於連續纖維層的內部。
複合材料的製備方法
本發明的複合材料的製備方法包括以下步驟：步驟(a)，製備複合材料形成用膜；步驟(b)，形成樹脂浸漬連續纖維層；以及步驟(c)，壓制承載膜和樹脂浸漬連續纖維層。
首先，在上述步驟(a)中，在承載膜的某一面形成低黏度樹脂層，並在上述低黏度樹脂層上附著連續纖維層，來製備複合材料形成用膜。較佳地，上述承載膜可使用包含選自聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乳酸及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一種以上。
上述低黏度樹脂層只要不是以膜狀固化的狀態而是具有流動性的低黏度性樹脂，就沒有特別的限定。較佳地，可包含與上述承載膜具有良好相容性的單體及低聚物中的一種以上的物質。例如，上述低黏度樹脂層可使用與上述承載膜相同的物質，當承載膜為如聚醯胺等類似的極性物質的情況下，較佳地，低黏度樹脂層由極性物質組成，並且，當承載膜為無極性物質時，較佳地，上述低黏度樹脂層亦由無極性物質組成。
在本發明中，上述低黏度樹脂層不包含高分子物質，可由預聚物狀態的物質組成。例如，上述低黏度樹脂層可由透過UV或熱進行交聯的預聚物或二液型的預聚物(例如，氨基甲酸乙酯預聚物和固化劑等)組成，較佳地，具體使用包含選自聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乳酸及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一種以上物質的預聚物。
在此，形成上述低黏度樹脂層的方法並沒有特別的限制，例如，能夠以製備低黏度樹脂並將上述低黏度樹脂塗覆在承載膜的某一面 以形成低黏度樹脂層。
並且，製備兩個上述承載膜，並在上述承載膜形成分別由不同種類的物質組成的低黏度樹脂層後，附著於連續纖維層的雙面。
並且，在步驟(b)中，將上述低黏度樹脂層浸漬於上述連續纖維層的內部，來形成樹脂浸漬連續纖維層。在此，也能以加熱上述複合材料形成用膜或者照射UV光的方式將上述低黏度樹脂層浸漬於連續纖維層的內部。具體來說，能夠在50~100℃的溫度條件下形成樹脂浸漬連續纖維層，還能以照射UV光來形成樹脂浸漬連續纖維層，上述UV光具有適合於組成低黏度樹脂層之樹脂的物性的能量。上述溫度條件在小於50℃的情況下，會存在上述低黏度樹脂未充分浸漬於上述纖維層浸漬的問題，上述溫度條件在大於100℃的情況下，亦會因低黏度樹脂的柔軟性過度而在製備上存在問題。
最後，在步驟(c)中，壓制上述承載膜和上述樹脂浸漬連續纖維層，製備複合材料。
此外，可利用加壓壓制機等執行上述壓制，較佳地，可在100~380℃的溫度條件下進行壓制。
透過上述的一系列製備過程，可製備浸漬性和機械性質良好的複合材料。
以下，根據實施例及比較例更加詳細地說明本發明，但本發明並不侷限於以下實施例。
複合材料的製備
實施例1
製備具有17μm的平均直徑及2400tex的纖維束的玻璃纖維層。並且，製備將聚丙烯作為主要成分的兩個承載膜後，在各個承載膜的一面形成將單體及低聚物狀態的丙烯作為主要成分的低黏度樹脂層。
之後，在上述玻璃纖維層的雙面附著上述低黏度樹脂層，來製備複合材料形成用膜之後，施加80℃的熱，將上述低黏度樹脂層浸漬於上述連續纖維層的內部。並且，在200℃的溫度條件下，利用加壓壓制機，對上述膜進行壓制，來製備實施例的複合材料。
實施例2
以與實施例1的複合材料相同的方式製備，具體來說，形成將聚酯類氨基甲酸乙酯預聚物和固化劑(六亞甲基二異氰酸酯)作為主要成分的低黏度樹脂層。
比較例
製備具有17μm的平均直徑及2400tex的纖維束的玻璃纖維層，並製備以聚丙烯作為主要成分的兩個塑膠膜。
之後，在上述玻璃纖維層的雙面附著上述塑膠膜，並在200℃的溫度條件下利用加壓壓制機進行壓制，來製備比較例的複合材料。
評估
對透過上述實施例和比較例來製備的複合材料進行了評估機械性質的實驗。
評估機械性質的實驗透過測定和比較拉伸強度及彎曲強度的方式執行。根據各個材料的拉伸強度及彎曲強度的測定值，區分為機械性質良好的材料和一般材料。各個實施例及比較例的拉伸強度透過ASTM D3039來測定，彎曲強度透過ASTMD790來測定。
查看上述表1，能夠得到實施例1、實施例2相較於比較例，機械性質更良好的結果。
即，由於本發明的實施例1、實施例2具有低黏度樹脂層，因此，複合材料的樹脂浸漬性與比較例相比，更加良好。因此，透過實驗能夠確認，上述實施例與比較例相比，機械性質更為良好。
雖然本發明以已實施例揭露如上，其然並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧承載膜
2‧‧‧低黏度樹脂層
3‧‧‧連續纖維層
10‧‧‧複合材料形

Claims (9)

  1. 一種複合材料形成用膜，其特徵在於，包括：連續纖維層；以及承載膜(carrier film)，附著於所述連續纖維層的某一面，並在與所述連續纖維層相附著的一面形成低黏度樹脂層；其中所述連續纖維層的線密度為600~2400tex；其中所述承載膜附著於該連續纖維層的雙面，各個承載膜具有的低黏度樹脂層由各個其他物質形成；其中所述各個其他物質為包含選自聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET，polyethylene terephthalate)、聚苯硫醚(PPS，polyphenylene sulfide)、聚醚醚酮(PEEK，polyetheretherketone)、聚乳酸(PLA，polylactic acid)及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS，acrylonitrile butadiene styrene copolymer)的一種以上物質的預聚物。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的複合材料形成用膜，其特徵在於，所述低黏度樹脂層由樹脂組合物組成，該樹脂組合物包含與所述承載膜具有相容性的單體及低聚物中的一種以上。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的複合材料形成用膜，其特徵在於，所述低黏度樹脂層透過熱或UV光浸漬於該連續纖維層的內部。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的複合材料形成用膜，其特徵在於，所述連續纖維層包含選自包含玻璃纖維、碳纖維、玄武岩纖維及芳綸纖維的有機纖維及無機纖維中的一種以上。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的複合材料形成用膜，其特徵在於，所述承載膜包含選自聚丙烯(polypropylene)、聚乙烯(polyethylene)、聚醯胺(polyamide)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET，polyethylene terephthalate)、聚苯硫醚(PPS，polyphenylene sulfide)、聚醚醚酮(PEEK，polyetheretherketone)、聚乳酸(PLA，polylactic acid)及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS，acrylonitrile butadiene styrene copolymer)中的一種以上。
  6. 一種複合材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟：步驟(a)，在承載膜的某一面形成低黏度樹脂層，並在所述黏度樹脂層上附著連續纖維層，來製備複合材料形成用膜；步驟(b)，將該低黏度樹脂層浸漬於所述連續纖維層的內部，來形成樹脂浸漬玻璃纖維層；以及步驟(c)，對該承載膜和該樹脂浸漬連續纖維層進行壓制；其中所述連續纖維層的線密度為600~2400tex； 其中所述承載膜附著於該連續纖維層的雙面，各個承載膜具有的低黏度樹脂層由各個其他物質形成；其中所述各個其他物質為包含選自聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET，polyethylene terephthalate)、聚苯硫醚(PPS，polyphenylene sulfide)、聚醚醚酮(PEEK，polyetheretherketone)、聚乳酸(PLA，polylactic acid)及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS，acrylonitrile butadiene styrene copolymer)的一種以上物質的預聚物。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述的複合材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟(b)中，在50~100℃的溫度條件下形成樹脂浸漬連續纖維層。
  8. 根據申請專利範圍第6項所述的複合材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟(b)中，透過照射UV光，來形成樹脂浸漬連續纖維層。
  9. 根據申請專利範圍第6項所述的複合材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟(c)中，在100~380℃的溫度條件下進行壓制。
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