TWI741772B - 熱可塑可熔性內模具的材料、內模具及中空部件之製造方法 - Google Patents

熱可塑可熔性內模具的材料、內模具及中空部件之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明關於一種熱可塑可熔性內模具的材料，包括：一高結晶高分子材料及一潤滑材料，該高結晶高分子材料與該潤滑材料相互混合。本發明另關於一種內模具，其係由前述該熱可塑可熔性內模具的材料所製造而成。本發明再關於一種中空部件之製造方法，其係前述內模具之製造方法，其包括下列步驟：提供該內模具；以一部件材料包覆該內模具；將包覆有該部件材料之該內模具進行加熱處理並使該部件材料成型；以一預定溫度加熱一包覆有已成型之該部件材料之該內模具，而使該內模具熔融脫離已成型之該部件材料而形成該中空部件。

Description

熱可塑可熔性內模具的材料、內模具及中空部件之製造方法
本發明係有關於一種熱可塑可熔性內模具的材料、內模具及中空部件之製造方法。
一般而言，中空的複合材料部件是很常使用於各大產業中，如腳踏車、運動器材甚至於汽車零部件，然而中空件的製造一般是使用吹袋工藝進行生產，但相對的其性能及重量的品質就不是太高，整體重量比較重，而且比強度較低；由於複合材料產業技術日趨成熟，對於節能及產品性能的要求逐漸提高，輕量化的極致表現也逐漸是複材發展的一大趨勢，尤其是航太跟高階腳踏車產業，對於輕量化的要求更是嚴苛，於是高品質輕量化的複材中空件是市場所急於需求的；一般而言，這種高階中空件於成型時通常需要內模具作為內部的支撐物，當複材成型後再內模具去除，傳統的內模具材料主要是石膏、木材、金屬或發泡材…等，用於簡單構型跟有大開口的部件還可以用，但用於形狀比較複雜的構件時，會不容易將內模具取出，需要花費大量的人力跟成本，或是直接將內模具留著，這會導致成本大幅上升或對於輕量化並沒有幫助。於 是在高階市場便朝著可溶性內模具發展，而最早的可溶模具是1943年L.MARGOT在瑞士專利中報道的，是全部用無機鹽(K2CO3)熔化後灌注而成的可溶性內模具。隨後，世界各國特別是日本對該法進行了廣泛的研究，並把這一類的可溶性內模具推廣到氯化物、矽酸鹽、碳酸鹽、硼酸鹽與磷酸鹽等體系。後期在蠟模製作中也使用到尿素芯模、聚乙二醇芯模、聚乙烯醇芯模…等這麼多，但其中都會有一些缺陷導致市場無法大量使用，如材料價格偏高，內模具不易製造，無機鹽類芯模因為容易吸水，導致保存不易或是在溼度較高的區域無法使用，有機聚合物的芯膜溶散時間太久，不易量產，耐熱性不夠，後加工工藝不易使用…等，導致整體複材製造成本大幅上升，所以目前這個用法目前僅適用於高單價的航太工業。
因此，有必要提供一種新穎且具有進步性之熱可塑可熔性內模具的材料、內模具及中空部件之製造方法，以解決上述之問題。
本發明之主要目的在於提供一種熱可塑可熔性內模具的材料、內模具及中空部件之製造方法，其高溫流動性佳、利於快速成形、具有無毒、不刺激皮膚、受熱分解時不會釋放有害毒氣、具環保可回收再利用的特性，易於製造。
為達成上述目的，本發明提供一種熱可塑可熔性內模具的材料，包括：一高結晶高分子材料及一潤滑材料，該高結晶高分子材料與該潤滑材料相互混合。
為達成上述目的，本發明另提供一種內模具，其係藉由前述之熱可塑可熔性內模具的材料所製造而成。
為達成上述目的，本發明再提供一種中空部件之製造方法，其係使用如前述之內模具之製造方法，其包括下列步驟：提供該內模具；以一部件材料包覆該內模具；將包覆有該部件材料之該內模具進行加熱處理並使該部件材料成型；及以一預定溫度加熱包覆有已成型之該部件材料之該內模具，而使該內模具熔融脫離已成型之該部件材料而形成該中空部件。
S1~S4:步驟
1:熱可塑可熔性內模具的材料
2:高結晶高分子材料
3:潤滑材料
4:中空部件
41:部件材料
5:機能性填料
6:造粒機
7:射出機
8:內模具
9:金屬外模具
90:置具
圖1為本發明一較佳實施例之內模具立體圖。
圖2為本發明一較佳實施例之混煉造粒示意圖。
圖3為本發明一較佳實施例之射出成型示意圖。
圖4至圖6為本發明一較佳實施例之製造一中空部件步驟示意圖。
圖7為本發明一較佳實施例之製造一中空部件流程圖。
以下僅以實施例說明本發明可能之實施態樣，然並非用以限制本發明所欲保護之範疇，合先敘明。
請參考圖1至圖7，其顯示本發明之一較佳實施例，本發明之熱可塑可熔性內模具的材料1，其包括一高結晶高分子材料2及一潤滑材料3。
該高結晶高分子材料2與該潤滑材料3相互混合，該熱可塑可熔性內模具的材料1可於一預定溫度下熔融，該預定溫度大於100.00度。該高結晶高分子材料2包括聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚縮醛(Polyoxymethylene，POM)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚乳酸(Polylactic Acid，PLA)至少其中一者；該高結晶高分子材料2為易結晶的高分子材料。該潤滑材料3包括脂肪酸、酯類、金屬皂類、硬酯酸、硬酯酸鋅、石蠟、烴類、醯胺類至少其中一者。該高結晶高分子材料2的高溫流動性佳，故以該熱可塑可熔性內模具的材料1製成的成品(如一內模具8)的高溫流動性佳係透過該高結晶高分子材料2決定脫模的溫度，該潤滑材料3係用以決定脫模的效率，以提升該高結晶高分子材料2的流動性，故以該熱可塑可熔性內模具的材料1製成的成品透過該高結晶高分子材料2的改質提供高溫流動性佳的特性而可於特定高溫(該預定溫度)下熔融脫離如一包覆該內模具8的中空部件4而不殘膠(即在該預定溫度下黏度可以大幅下降)、利於快速成形、具有無毒、不刺激皮膚、受熱分解時不會釋放有害毒氣、具環保可回收再利用的特性，易於製造，整個生產過程環保，不傷害員工健康，對於生態環境友善，並有利於工業上大量製造使用。
該高結晶高分子材料2之重量百分比範圍為0.20wt%至99.80wt%，該潤滑材料3之重量百分比範圍為0.20wt%至99.8wt%，以使該熱可塑可熔性內模具的材料1的高溫流動性佳。該潤滑材料2可為粉體或顆粒狀，較佳地，該潤滑材料2為顆粒狀，如此一來，該潤滑材料3與同樣呈顆粒狀的該高結晶高分子材料2在攪拌時得以均勻混合較易加工，當該潤滑材料2為顆粒狀時，該高結晶高 分子材料2的重量百分比範圍為20.00wt%至80.00wt%，該潤滑材料3的重量百分比範圍為20.00wt%至80.00wt。該熱可塑可熔性內模具的材料1熔融溫度大於100.00度。
更佳地，該高結晶高分子材料2是聚丙烯、聚乙烯或上述組合，該潤滑材料3為石蠟、醯胺類或上述組合，該高結晶高分子材料2的重量百分比範圍為20.00wt%至80.00wt%，該潤滑材料3的重量百分比範圍為20.00wt%至80.00wt%，如此該高結晶分子材料2與該潤滑材料3具有較好的配性(極性搭配佳)，進而提升該潤滑材料3的使用量(例如該潤滑材料3的使用量可提升至大於60.00wt%)以減少該高結晶高分子材料2的使用量，該潤滑材料3可均勻的分布於該高結晶高分子材料2中，以使該熱可塑可熔性內模具的材料1的相容性更佳、提高高溫流動性，並可縮短以其製造的該內模具8脫模溶出的時間。
該熱可塑可熔性內模具的材料1另包括一機能性填料5，該機能性填料5包括石英粉、導熱粉、發泡劑、補強纖維、氧化鋁、滑石粉、過氧化物至少其中一者，可依據所需功能添加所需的該機能性填料5使該熱可塑可熔性內模具的材料1具特定功能。
該熱可塑可熔性內模具的材料1係為複數熱可塑可熔性顆粒，該複數可塑可溶性顆粒係將該高結晶高分子材料2及該潤滑材料3混合經一造粒機6混煉造粒而成，利於熔融該熱可塑可熔性內模具的材料1並得以一射出機7中射出成型一內模具8。
本發明之該內模具8，其係前述之該熱可塑可熔性內模具的材料1所製造而成。較佳地，該內模具8係以經加熱熔融後之該熱可塑可熔性內模具的材料1射出成形而成，該內模具8可供一部件材料41包覆，該內模具8之熔點低於 該部件材料41之熔點，該內模具8經加熱熔融而脫離由該部件材料41成型之該中空部件4。藉此，該內模具8利於大量製造而提高生產效率、降低成本且精準度高。再者，該內模具8具有射出工藝的高精密度及表面光滑，使以其製造之該中空部件4具有光滑表面。
請一併參考圖7，本發明之中空部件4之製造方法，其係使用前述之該內模具8之製造方法，其包括下列步驟：步驟S1：提供該內模具8；步驟S2：以該部件材料41包覆該內模具8；步驟S3：將包覆有該部件材料41之該內模具8進行加熱處理並使該部件材料41成型；步驟S4：以該預定溫度(如前述之該預定溫度大於100.00度，較佳係大於170.00度)加熱包覆有已成型之該部件材料41之該內模具8，而使該內模具8熔融脫離已成型之該部件材料41(如圖5)而形成該中空部件4(如圖6)；利於製造該中空部件4，且該潤滑材料3以增加高溫流動性功能以令該熱可塑可熔性內模具的材料1於該預定高溫下黏度可以大幅下降，得以縮短該內模具8熔融脫離該中空部件4(複材成品)的時間，進而減少該中空部件4的製程時間。值得一提的是，即使該中空部件4的設計結構複雜、異形或細小易利於製造及可有效填充。此外，該內模具8熔融流出脫離該中空部件4的材料亦可經造粒製程再回收利用。
為了能詳細了解本發明的技術特徵以及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，進一步提供較佳實施例，詳細說明如下：
[實施例一]：
步驟1：秤取一定量聚丙烯(該高結晶高分子材料2)1.00公斤，搭配蠟(該潤滑材料3)50克進行混合伴料，於一雙螺桿進行加熱混練造粒，溫度設定是170度/175度/180度/185度/185度/180度/175度，成品粒子經過乾燥後之該複數熱 可塑可熔性顆粒，於該射出機7中進行加熱熔融後射出，溫度設定180度/190度/200度/205度，進行曲柄的內模具8元件射出。
步驟2：將此曲柄的內模具8依照結構設計的疊層進行碳纖維(該部件材料41)預浸料包覆，完成包覆後將之放入相對應的金屬外模具9中進行高溫成型，首先加溫至120度，持溫30分鐘；接著加溫至150度，持溫1小時進行固化；再冷卻以成型該部件材料41。
步驟3：該內模具8冷卻後，將成型好的複材部件(該部件材料41)由該金屬外模具9取出，在成型之該部件材料41(曲柄)的兩側鑽一3mm(公釐)的小孔，放到適當的置具90再放入烘箱內，將溫度設定在180度進行該內模具8的加熱熔融脫離，1小時後，待該內模具8熔融流出該部件材料41後，即可得到該中空部件4(如中空複材件、中空曲柄)。
[實施例二]：
步驟1：取一定量聚丙烯(該高結晶高分子材料2)1.00公斤，搭配蠟(該潤滑材料3)50.00克，石英粉(SILIVER BOND 904，即該機能性填料)200克進行混合伴料，於該雙螺桿進行加熱混練造粒，溫度設定是170度/175度/180度/185度/185度/180度/175度，成品粒子經過乾燥後之該複數熱可塑可熔性顆粒，於射出機7中加熱熔融，溫度設定180度/190度/200度/205度，進行該內模具8射出。
步驟2：將此該內模具8依照結構設計進行橡膠生膠的排列，該內模具8完成生膠(該部件材料41)包覆後將之放入相對應的該金屬外模具9中進行高溫熱壓成型，先加溫至130度，持溫30分鐘；再加溫至170度，持溫1小時進行橡膠硫化；接著冷卻。
步驟3：該內模具8冷卻後，將包覆有已成型之該部件材料41之該內模具8取出，放到適當的置具90再放入烘箱內，將溫度設定在200.00度進行該內模具8的加熱熔融脫離，1小時後，待該內模具8熔融流出後，即可得到中空的橡膠部件(即該中空部件4)。
綜上，本發明之熱可塑可熔性內模具的材料、內模具及中空部件之製造方法，該熱可塑可熔性內模具的材料的高溫流動性佳而可於特定高溫下脫離該中空部件而不殘膠、利於快速成形、具有無毒、不刺激皮膚、受熱分解時不會釋放有害毒氣、具環保可回收再利用的特性，易於製造，整個生產過程環保，不傷害員工健康，對於生態環境友善，並有利於工業上大量製造使用。
8:內模具

Claims (10)

  1. 一種熱可塑可熔性內模具的材料，包括：一高結晶高分子材料及一潤滑材料，該高結晶高分子材料與該潤滑材料相互混合；其中，該潤滑材料可均勻的分布於該高結晶高分子材料中。
  2. 如請求項1所述的熱可塑可熔性內模具的材料，其中該高結晶高分子材料包括聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚縮醛(Polyoxymethylene，POM)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚乳酸(Polylactic Acid，PLA)至少其中一者；該潤滑材料包括脂肪酸、酯類、金屬皂類、硬酯酸、硬酯酸鋅、石蠟、烴類、醯胺類至少其中一者。
  3. 如請求項2所述的熱可塑可熔性內模具的材料，其中該高結晶高分子材料為聚丙烯、聚乙烯或上述組合，該潤滑材料為石蠟、醯胺類或上述組合；其中，該熱可塑可熔性內模具的材料熔融溫度大於100.00度。
  4. 如請求項1所述的熱可塑可熔性內模具的材料，其中該高結晶高分子材料之重量百分比範圍為0.20wt%至99.80wt%，該潤滑材料之重量百分比範圍為0.20wt%至99.80wt%。
  5. 如請求項1所述的熱可塑可熔性內模具的材料，其中該高結晶高分子材料之重量百分比範圍為20.00wt%至80.00wt%，該潤滑材料之重量百分比範圍為20.00wt%至80.00wt%。
  6. 如請求項1所述的熱可塑可熔性內模具的材料，另包括一機能性填料，該機能性填料包括石英粉、導熱粉、發泡劑、補強纖維、氧化鋁、滑石粉、過氧化物至少其中一者。
  7. 如請求項3所述的熱可塑可熔性內模具的材料，其中該潤滑材料為顆粒狀；該高結晶高分子材料之重量百分比範圍為20.00wt%至80.00wt%，該潤滑材料之重量百分比範圍為20.00wt%至80.00wt%；該熱可塑可熔性內模具的材料，另包括一機能性填料；該機能性填料包括石英粉、導熱粉、發泡劑、補強纖維、氧化鋁、滑石粉、過氧化物至少其中一者；該熱可塑可熔性內模具的材料可於一預定溫度下加熱而熔融；該預定溫度大於100.00度；該熱可塑可熔性內模具的材料係為複數熱可塑可熔性顆粒，該複數可塑可溶性顆粒係將該高結晶高分子材料及該潤滑材料經混煉造粒而成。
  8. 一種內模具，其係藉由如請求項1至7其中任一項之熱可塑可熔性內模具的材料所製造而成。
  9. 如請求項8所述的內模具，其係以經加熱熔融後之該熱可塑可熔性內模具的材料射出成形而成，該內模具可供一部件材料包覆，該內模具之熔點低於該部件材料之熔點。
  10. 一種中空部件之製造方法，其係使用如請求項8之內模具之製造方法，其包括下列步驟：提供該內模具；以一部件材料包覆該內模具；將包覆有該部件材料之該內模具進行加熱處理並使該部件材料成型；及以一預定溫度加熱包覆有已成型之該部件材料之該內模具，而使該內模具熔融脫離已成型之該部件材料而形成該中空部件；其中該內模具之熔點低於該部件材料之熔點。
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