TWI772153B - 碳纖維複合板材的模具 - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種碳纖維複合板材的模具。此模具包含頂模具、底模具、框體模具與止擋模具。框體模具設置於頂模具與底模具之間，且止擋模具設置於頂模具與框體模具之間。框體模具定義出圍繞空間，其中頂模具之第一凸出部與底模具之第二凸出部凸伸至此圍繞空間中。止擋模具抵靠頂模具與框體模具。藉由替換止擋模具，此模具可便利地製得相應厚度之碳纖維複合板材，而適用於各種應用範疇。

Description

碳纖維複合板材的模具

本發明係有關一種模具，特別是提供一種可便利地製得多種厚度規格之碳纖維複合板材的模具。

為了滿足各種應用之要求，材料科學之研究係蓬勃發展。然而，隨著應用之極致發展，材料性質之要求亦越趨嚴苛。據此，摻混多種材料，以結合各材料特性之複合材料係極力地被發展。其中，由於碳纖維材料具有質輕與良好之機械性質(如強度與模數等)，故常用來作為複合材料之補強材。

複合材料一般係利用模壓成型來製作，其中基於尺寸精準度之要求，所使用之模具較佳為金屬模具。隨著應用端之要求(如載重、支撐及/或推引等應用需求)變化，研發階段之組件的構型設計常須頻繁改變。然而，金屬模具之製備須耗費大量之經費與時間成本，故在尚未確認所設計之構型是否可滿足需求前，研發人員不敢貿然製備所需之模具，而影響研發。

有鑑於此，亟須提供一種碳纖維複合板材的模具， 以改進習知模具無法適用以製作不同尺寸規格之碳纖維複合板材的缺陷。

因此，本發明之一態樣是在提供一種碳纖維複合板材的模具，其藉由設置止擋模具，以適用於可製作各種厚度規格之碳纖維複合板材。

根據本發明之一態樣，提出一種碳纖維複合板材的模具。此模具係用以製作碳纖維複合板材，且此模具包含頂模具、底模具、框體模具與複數個止擋模具。頂模具具有凸緣與第一凸出部，而底模具具有第二凸出部。框體模具係設置於頂模具與底模具之間，且框體模具定義出圍繞空間，其中第一凸出部與第二凸出部係凸伸至此圍繞空間中，且第一凸出部之表面及第二凸出部之表面貼合框體模具的內壁。此些止擋模具係設置於頂模具與框體模具之間，其中止擋模具抵靠凸緣與框體模具之頂表面。前述之頂模具、底模具與框體模具定義出模壓空間，且此模壓空間係配置以容納至少一碳纖維預浸材料。

依據本發明之一些實施例，前述第一凸出部之凸伸距離與第二凸出部之凸伸距離的總和係等於框體模具之高度。

依據本發明之一些實施例，前述之止擋模具係等高的。

依據本發明之一些實施例，前述止擋模具之高度係 小於第一凸出部之凸伸距離。

依據本發明之一些實施例，前述之框體模具具有一流道，且框體模具之內壁設有至少一引流口，其中此流道連通該至少一引流口。

依據本發明之一些實施例，以前述框體模具之底面為基準，流道係低於每一個引流口。

依據本發明之一些實施例，前述框體模具之外壁設有至少一排液口，且流道連通每一個排液口。

依據本發明之一些實施例，前述碳纖維複合板材之樹脂含量係小於至少一碳纖維預浸材料的總樹脂含量，且碳纖維複合板材之樹脂流出率係大於0%且小於或等於5%。

依據本發明之一些實施例，前述之框體模具為方框。

依據本發明之一些實施例，前述碳纖維複合板材之尺寸精準度的誤差係小於4%，且基於碳纖維複合板材的體積為100體積百分比，碳纖維複合板材之纖維含量為53體積百分比至63體積百分比。

應用本發明之碳纖維複合板材的模具，其設置止擋模具於頂模具與框體模具之間，而可使所製得碳纖維複合板材之厚度相應於止擋模具之高度，故可符合後端應用之規格要求。其次，框體模具可具有流道，而可容納熱壓製程時被擠出之多餘樹脂材料，進而有助於碳纖維與樹脂基材之結合性，因此提升所製得碳纖維複合板材之物理性質 與機械強度。其中，藉由流道之設置，多餘樹脂材料之擠出不會影響碳纖維之順向性，而可維持碳纖維對於樹脂基材之補強效果，故所製得之碳纖維複合板材具有良好之性質。據此，本發明之模具可有效地減少模具開發費用、縮短模具開發時程，且可加快研發速度。

100:模具

110:頂模具

110a:凸緣

111:凸出部

120:框體模具

120a:頂表面

120b:底表面

120c:圍繞空間

121:內壁

123:引流口

125、127:流道

130:底模具

130a:凸緣

131:凸出部

140:止擋模具

A-A':剖切線

H₁、H₃:凸伸距離

H₂、H₄:高度

T:厚度

為了對本發明之實施例及其優點有更完整之理解，現請參照以下之說明並配合相應之圖式。必須強調的是，各種特徵並非依比例描繪且僅係為了圖解目的。相關圖式內容說明如下。

圖1A係繪示依照本發明之一些實施例之碳纖維複合板材的模具之立體示意圖。

圖1B係繪示依照本發明之一些實施例之碳纖維複合板材的模具之爆炸示意圖。

圖1C係繪示沿著圖1A之剖切線A-A'剖切之碳纖維複合板材的模具之剖視示意圖。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的創作概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

請同時參照圖1A至圖1C，其中圖1A係繪示依 照本發明之一些實施例之碳纖維複合板材的模具之立體示意圖，圖1B係繪示依照本發明之一些實施例之碳纖維複合板材的模具之爆炸示意圖，且圖1C係繪示沿著圖1A之剖切線A-A'剖切之碳纖維複合板材的模具之剖視示意圖。本發明之模具100包含頂模具110、底模具130、框體模具120與複數個止擋模具140。

頂模具110具有凸緣110a與第一凸出部111，且底模具130具有凸緣130a與第二凸出部131。本發明所稱之頂模具110與底模具130僅係為了清楚描述才加以區別，但兩者實質未有顯著差異，在一些實施例中，兩者可互相替換設置。頂模具110之第一凸出部111具有凸伸距離H₁，其中所述之凸伸距離H₁係由凸緣110a之底面起算。相同地，底模具130之第二凸出部131具有凸伸距離H₃。

框體模具120係設置於頂模具110與底模具130之間，且框體模具120係由多個框條所組成，其中此些框條可定義出框體模具120之圍繞空間120c。於本發明中，頂模具110與底模具130之第一凸出部111與第二凸出部131可凸伸至圍繞空間120c中，且第一凸出部111與第二凸出部131之側表面均貼合框體模具120之內壁121。框體模具120具有高度H₂，且前述凸伸距離H₁與凸伸距離H₃之總和係相等於框體模具120之高度H₂。

請參照圖1C。框體模具120之內部可具有流道125，且內壁121可設有至少一引流口123，其中引流口 123可藉由流道127連接流道125。在一些實施例中，基於模具100之製程條件，流道127之形式不以圖1C所繪示之構型為限，其僅須連接引流口123與流道125即可。為達到較佳之引流效果，流道125係沿著框體模具120之框條設置，且每個框條中之流道125係彼此連接。其次，當底模具130之第二凸出部131凸伸至圍繞空間120c時，引流口123之高度係不低於第二凸出部131之頂表面(即引流口123之側表面不遮擋引流口123)。另外，以框體模具120之底表面120b作為基準，流道125係不高於每一個引流口123，且流道125較佳係低於引流口123。

雖然本發明之圖式未繪出，惟在一些實施例中，框體模具120之外壁可選擇性地設有至少一排液口，且相同於引流口123，排液口分別係藉由如流道127之結合流道來連接流道125，以將液體由模具100排出。其中，排液口係不高於流道125。較佳地，排液口係低於流道125，以具有較佳之排液效果。

請參照圖1A至圖1C。止擋模具140係設置於頂模具110與框體模具120之間，且於熱壓製程時，每一個止擋模具140係抵靠頂模具110之凸緣110a與框體模具120之頂表面120a。據此，當進行熱壓製程時，由於止擋模具140之止擋，第一凸出部111之底表面與第二凸出部131之頂表面係相隔一距離，且可理解的，此距離即為止擋模具140之高度H₄。在一些實施例中，此些止擋模具140係等高的，以確保熱壓時，所施加之下壓力可均勻地 被止擋模具140承受。在其他實施例中，依據框體模具120之構型的不同，模具100可僅具有二個止擋模具140。在此些實施例中，此二個止擋模具140較佳係分別設置於框體模具120之位於相對側的框條上。舉例而言，對於方型之框體模具120，此二個止擋模具140分別設置於相對之二框條上，而非相鄰之二框條上。然而，本發明不以此為限，在一些實施例中，依據壓力之差異、框體模具120之設計，及/或其他條件之差異，此二個止擋模具140亦可設置於相鄰之框條上。

藉由止擋模具140之設置，頂模具110之第一凸出部111、底模具130之第二凸出部131與框體模具120可定義出模壓空間，且此模壓空間可用以容納至少一碳纖維預浸材料(如碳纖維預浸布)。

請參照圖1A與圖1B。雖然所繪示之止擋模具140之長度係相等於框體模具120之長度，惟本發明不以此為限，在一些實施例中，止擋模具140之長度與寬度沒有特別之限制，其僅須可達成前述之止擋效果，且不影響第一凸出部111與第二凸出部131之移動即可。

請參照圖1C。在一些應用例中，當利用本發明之模具100來製作碳纖維複合板材時，框體模具120係先與底模具130結合，並設置堆疊體於底模具130之第二凸出部131的頂表面上。其中，堆疊體係依序鋪設鐵氟龍布、多層之碳纖維預浸布與另一鐵氟龍布所形成。

可預期的，為放置此些原料，框體模具120應具 有至少相應於堆疊體之尺寸規格的構型。當設置堆疊體後，設置止擋模具140於框體模具120之頂表面120a上，並設置頂模具110，以使頂模具110之第一凸出部111凸伸至框體模具120之圍繞空間中。於前述設置止擋模具140之階段時，基於所設定之碳纖維複合板材的高度規格，止擋模具140可具有相應之高度H₄。其中，為避免第一凸出部111無法凸伸至框體模具120之圍繞空間中，止擋模具140之高度H₄須小於第一凸出部111之凸伸距離H₁。前述多層之碳纖維預浸布的厚度係大於碳纖維複合板材所設定之厚度規格。在一些具體例中，頂模具110、框體模具120、底模具130與止擋模具140可例如由金屬材料、樹脂材料、石膏材料、其他適當之材料，或上述材料之任意混合所製成。其中，頂模具110、框體模具120、底模具130與止擋模具140分別可使用相同或不同之材料所製成。

然後，加熱模具100，並施加壓力於頂模具110之頂表面，以進行熱壓製程。其中，藉著壓力之施加，頂模具110逐漸朝向底模具130下降，直至頂模具110之凸緣110a抵靠止擋模具140，而使得被壓縮之此些預浸布的厚度T(即所製得碳纖維複合板材之厚度)相等於止擋模具140之高度H₄。於熱壓製程之期間，藉由高溫熱能之施加，預浸布中之樹脂材料係呈熔融態，故隨著頂模具110之下降，此些預浸布之間距係逐漸減少，而使得多餘之熔融樹脂係由預浸布之間被擠出。所擠出之熔融樹脂將 經由引流口123依序流入流道127與流道125。

由於多餘之樹脂可被擠出，故藉由熱壓製程，碳纖維複合板材中之氣孔缺陷可有效地被消除，而可提升碳纖維與樹脂基材的結合性質。其次，於熱壓製程中，碳纖維之順向性不會被影響，而可完整地表現出碳纖維複合板材之物理性質與機械強度。可理解的，所製得之碳纖維複合板材的樹脂含量係小於全部碳纖維預浸材料的總樹脂含量，且依據樹脂流出量(即總樹脂含量與樹脂含量之差值)和總樹脂含量的比值，可算得碳纖維複合板材的樹脂流出率。在一些具體例中，樹脂流出率可大於0%且小於或等於5%。當樹脂流出率為此範圍時，所製得之碳纖維複合板材可具有較佳之機械性質。

於進行熱壓製程後，進行脫模製程，即可製得碳纖維複合板材。在一些實施例中，為避免樹脂材料黏附於模具100之內壁，而降低脫模製程之效率，且降低所製得碳纖維複合板材之品質，於設置前述之堆疊體前，模具100的內壁可塗覆離型劑。在一些具體例中，離型劑可例如但不限於水性離型劑、溶劑型離型劑、噴霧型離型劑、矽類離型劑、氟系離型劑、其他適當之離型劑，或上述離型劑之任意混合。

在一些應用例中，於所製得之碳纖維複合板材中，基於碳纖維複合板材的體積為100體積百分比，纖維之體積含量為53體積百分比至63體積百分比。其次，藉由止擋模具之設置，本發明所製得碳纖維複合板材之尺寸精準 度(accuracy)的誤差可控制在4%以內。據此，本發明之模具可適用於製作各種厚度之碳纖維複合板材，且所製得之碳纖維複合板材具有良好之性質。

實施例

首先，塗覆離型劑於頂模具、框體模具與下模具之表面上，並放置於70℃之烘箱中。經加熱30分鐘後，配置底模具與框體模具，並依序放入鐵氟龍布、含有多層碳纖維預浸布之堆疊體與另一鐵氟龍布至模壓空間中。然後，配置高度為1公釐之止擋模具與頂模具，以進行熱壓製程，其中熱壓溫度設定為150℃。進行熱壓製程30分鐘後，進行脫模製程，即可製得實施例之碳纖維複合板材。其中，實施例之碳纖維複合板材具有53體積百分比至63體積百分比之碳纖維，且其厚度為0.96公釐至1.04公釐。

依據前述之說明可知，藉由替換不同高度之止擋模具，本發明之模具可製得各種規格之碳纖維複合板材，而可滿足各種應用需求。其次，藉由框體模具中之流道，碳纖維預浸布中多餘之樹脂材料於熱壓製程時可被排出，而增進碳纖維與樹脂基材之結合性，進而提升所製得碳纖維複合板材之物理性質與機械強度。於本發明之模具中，多餘樹脂材料之排出不會影響碳纖維之順向性，而可維持碳纖維對於樹脂基材之補強效果，進而使所製得之碳纖維複合板材具有良好之特性。另外，本發明之模具可製得具有良好尺寸精準度之碳纖維複合板材，而可滿足後端應用之要求。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此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。

100:模具

110:頂模具

110a:凸緣

111:凸出部

120:框體模具

120a:頂表面

120b:底表面

121:內壁

123:引流口

125、127:流道

130:底模具

131:凸出部

140:止擋模具

H₁、H₃:凸伸距離

H₂、H₄:高度

T:厚度

Claims (9)

1. 一種碳纖維複合板材的模具，配置以製作該碳纖維複合板材，其中該模具包含：一頂模具，具有一凸緣與一第一凸出部；一底模具，具有一第二凸出部；一框體模具，設於該頂模具與該底模具之間，該框體模具定義出一圍繞空間，該第一凸出部與該第二凸出部係凸伸至該圍繞空間中，且該第一凸出部之一表面及該第二凸出部之一表面貼合該框體模具之一內壁，其中該第一凸出部之一凸伸距離與該第二凸出部之一凸伸距離的總和等於該框體模具之一高度；以及複數個止擋模具，設於該頂模具與該框體模具之間，其中該些止擋模具抵靠該凸緣與該框體模具之一頂表面，而該些止擋模具具有一高度，該高度相等於該碳纖維複合板材之一厚度，且其中該頂模具、該底模具與該框體模具定義出一模壓空間，且該模壓空間係配置以容納至少一碳纖維預浸材料。
2. 如請求項1所述之碳纖維複合板材的模具，其中該些止擋模具係等高的。
3. 如請求項2所述之碳纖維複合板材的模具，其中該些止擋模具之一高度係小於該第一凸出部之一凸伸距離。
4. 如請求項1所述之碳纖維複合板材的模具，其中該框體模具具有一流道，該框體模具之該內壁設有至少一引流口，且該流道連通該至少一引流口。
5. 如請求項4所述之碳纖維複合板材的模具，其中以該框體模具之一底面為基準，該流道係低於每一該至少一引流口。
6. 如請求項5所述之碳纖維複合板材的模具，其中該框體模具之該外壁設有至少一排液口，且該流道連通每一該至少一排液口。
7. 如請求項4所述之碳纖維複合板材的模具，其中該碳纖維複合板材之一樹脂含量係小於該至少一碳纖維預浸材料之一總樹脂含量，且該碳纖維複合板材之一樹脂流出率係大於0%且小於或等於5%。
8. 如請求項1所述之碳纖維複合板材的模具，其中該框體模具為一方框。
9. 如請求項1所述之碳纖維複合板材的模具，其中該碳纖維複合板材之一尺寸精準度的一誤差小於4%，且基於該碳纖維複合板材的體積為100體積百分比，該碳 纖維複合板材之一纖維含量為53體積百分比至63體積百分比。

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