TWI802421B - 複合材料製造設備 - Google Patents
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- B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement
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Abstract
本發明揭露一種複合材料製造設備,包含:原料缸、油壓活塞以及旋轉模具,原料缸具有原料室及位於原料室相對二側之入料口及出料口,原料室可裝填基材及強化相材料;油壓活塞設置於原料缸之入料口側,用以推擠基材及強化相材料朝出料口移動;旋轉模具設置於原料缸之出料口側,包含外模及位於外模內之旋轉流道,外模可旋轉摩擦基材而塑化基材,旋轉流道可分散及混合經塑化之基材與強化相材料形成複合材料。
Description
本發明係關於一種製造設備,且特別關於複合材料的製造設備。
隨著科技發展與環保意識的提升,電工、電子、化工、交通、機械等產業領域所需材料的導電、導熱、機械強度、耐候、製造成本等性質的要求也越來越高。以導電材料為例,銅的導電度高於鋁,但銅的機械強度及高溫抗變形能力較差;再以航空器機殼材料為例,鋁具有低密度、高強度及高延展性,但鋁的抗腐蝕性、抗衝擊能力較差;因此,習知技術通過合金、添加劑、熱處理等方法來製造所需特性的複合材料。
複合材料是指連續相基材(例如:金屬、合金、高分子)與強化相材料(例如:奈米碳管、石墨烯、奈米無機材料)混合煉製而成,其兼具連續相基材與強化相材料的優點。以金屬基複合材料為例,工業上常使用粉末冶金、壓鑄等製造方法,粉末冶金主要是使用機械混拌金屬粉末及粉體強化相材料,再以無壓燒結、真空熱壓燒結、高壓扭轉、熱擠壓、熱軋等方式處理混合材料形成金屬基複合材料。
圖1繪示習知複合材料製造設備的示意圖。如圖1所示,習知複合材料製造設備1製造金屬基複合材料包含下列步驟:粉狀的金屬基材M與強化相材料S分別裝填於二料桶11,12,以抽取機13將金屬基材M與強化相材料S送入加熱裝置14,在加熱裝置14內加熱及攪拌金屬基材M與強化相材料S形成混合材料的漿體P,以噴嘴15將漿體P噴入壓鑄模具16,形成金屬基複合材料C。
然而奈米尺寸的強化相材料與連續相基材的表面性質不同,以致強化相奈米材料難以均勻分散在基材,導致其複合材料無法達到預期的特性。特別是受到極高的關注與研究的石墨烯。由於石墨烯的二維晶體在熱力學性質上的不穩定性,不管是在自由態存在或沉積在基材,石墨烯都不是完全平整,其表面存在微觀三維尺度的皺褶,此皺褶會經由凡得瓦力(Van der waals force)導致石墨烯團聚,而石墨烯與金屬、合金、樹脂等基材之間的濕潤性差,石墨烯更難以在基材中均勻分散。現有複合材料製造設備無法有效解決強化相奈米材料在基材中團聚的問題。
為解決現有技術的種種問題,本發明提供一種複合材料製造設備,包含原料缸、油壓活塞以及旋轉模具,原料缸具有原料室及位於原料室相對二側之入料口及出料口,原料室可裝填基材及強化相材料,其中基材為柱狀,強化相材料為粉狀;油壓活塞設置於原料缸之入料口側,用以推擠基材及強化相材料朝出料口移動;旋轉模具設置於原料缸之出料口側,包含外模及位於外模內之旋轉流道,外模可旋轉摩擦基材而塑化基材,旋轉流道可分散及混合經塑化之基材與強化相材料形成複合材料。
於一實施例,上述基材為金屬、合金或高分子,強化相材料為石墨烯片。
於一實施例,上述外模具有摩擦部、隔熱部及成形部,隔熱部夾置於摩擦部與成形部之間,上述旋轉流道通過摩擦部、隔熱部及成形部,上述旋轉流道之入口位於摩擦部,上述旋轉流道之出口位於成形部,摩擦部可旋轉摩擦上述基材,隔熱部可阻隔摩擦部旋轉摩擦上述基材所產生之熱,成形部可冷卻上述複合材料。
於一實施例,上述摩擦部之表面形成螺旋導溝,螺旋導溝連通上述旋轉流道。
於一實施例,上述旋轉模具進一步包含設置於上述外模內之內模,上述旋轉流道位於上述外模與內模之間。
於一實施例,上述外模之內表面具有內凸耳,上述內模之外表面具有外凸耳,內凸耳及外凸耳交錯設置,當上述外模相對上述內模旋轉時,內凸耳及外凸耳產生剪切力分散及混合經塑化之上述基材與上述強化相材料。
於一實施例,上述外模及上述內模為錐形體,上述旋轉流道與水平方向成15-30°之夾角。
於一實施例,上述內模接觸上述基材之一側為錐狀面,錐狀面上形成螺旋導溝。
於本發明之複合材料製造設備,原料缸的原料室可裝填柱狀的基材及粉狀的強化相材料,油壓活塞可推擠基材及強化相材料朝出料口移動,旋轉模具的外模可旋轉摩擦基材使基材塑化,旋轉模具的旋轉流道分散及混合經
塑化之基材與強化相材料形成複合材料,製造過程不需加熱,強化相材料在基材中均勻分散,所得的複合材料不會相分離,可供各產業後續加工應用。
1:習知複合材料製造設備
11,12:料桶
13:抽取機
14:加熱裝置
15:噴嘴
16:壓鑄模具
M:金屬基材
S:強化相材料
P:漿體
C:複合材料
2,3:複合材料製造設備
20:支撐架
21,31:油壓活塞
22,32:原料缸
23,33:旋轉模具
24:動力單元
211,311:油壓缸
212,312:活塞
221,321:原料缸體
222,322:原料室
223:入料口
224:出料口
231:外模
232,336:旋轉流道
241:馬達齒輪箱
242:滾珠軸承
2311,3313:摩擦部
2312:隔熱部
2313:成形部
2314,3325:螺旋導溝
B:基材
30:控制單元
34:冷卻模具
35:成型模具
300:承載台
3211,3412:螺孔
330:滾動軸承
331:第一外模
332:第一內模
333:變速齒輪
334:耦合齒輪組
335:變頻馬達
341:第二外模
342:第二內模
343:降溫流道
351:成品缸體
352:成品室
3311:轉軸
3312:內凸耳
3321:錐形面
3322,3422:凸條
3323,3511:凹槽
3324:外凸耳
3411,3421:凸塊
G:石墨烯片
圖1為習知複合材料製造設備的示意圖;圖2A為本發明第一實施例之複合材料製造設備之側剖示意圖,圖2B為圖2A所示外模之徑向外觀示意圖;圖3A為應用本發明第二實施例之複合材料製造設備之側剖示意圖,圖3B為圖3A所示油壓活塞之側剖示意圖,圖3C為圖3A所示原料缸之側剖示意圖,圖3D為圖3A所示旋轉模具之側剖示意圖,圖3E為圖3A所示冷卻模具之側剖示意圖,圖3F為圖3A所示成型模具之側視示意圖,圖3G為圖3A中II’段剖視示意圖,圖3H為圖3C所示第一內模的徑向及軸向外觀示意圖;以及圖4A為本發明之一實施例之石墨烯金屬銅複合材料之截面之光學顯微鏡圖,圖4B為本發明之一實施例之石墨烯金屬銅複合材料之截面之電子顯微鏡圖。
以下配合圖式及元件符號對本發明的實施方式做更詳細的說明,俾使熟習本發明所屬技術領域中之通常知識者在研讀本說明書後可據以實施本發明。本文所用術語僅用於闡述特定實施例,而並非旨在限制本發明。除
非上下文中清楚地另外指明,否則本文的用語包含單數及複數形式,用語「及/或」包含相關所列項其中一或多者的任意及所有組合。
固體材料在外力摩擦下,表面會生成尺寸小於20微米的顆粒,持續施力摩擦使固體材料的溫度上升至塑化的臨界溫度Tc(介於固態材料的熔點Tm至熔點Tm的70%,Tc=0.7-0.9Tm),對塑化的固態材料重複降溫及摩擦升溫,同時施加變化的剪切力,可使塑化材料產生觸變性(Thixotropy)。觸變性是指物體受到剪切時黏稠度變小(或變大),停止剪切時黏稠度變大(或變小)的現象,亦即物體的結構可逆變化且具有超塑性(伸長率特別高且不會斷裂)。產生觸變性的材料外觀上呈糊狀漿體(固相體積比最高達80%),內部包含彼此不連結的細小晶體顆粒,持續攪拌觸變性漿體,可防止細小晶體顆粒接觸形成大晶體顆粒,此時若以特定方法將其他適當大小的強化相材料與觸變性漿體混合,可達到均勻分散材料的效果。以金屬材料為例,在無惰性氣體的保護下,塑化溫度低於700℃可製造鉛、錫、鋅、鋁或鋁合金的複合材料;在有惰性氣體的保護下,塑化溫度低於1100℃可製造銅或銅合金的複合材料。本發明利用固體基材的可塑性及觸變性製造基材與強化相材料均勻混合的複合材料。
圖2A為本發明第一實施例之複合材料製造設備之側剖示意圖,圖2B為圖2A所示外模之徑向外觀示意圖。如圖2A及2B所示,複合材料製造設備2包含支撐架20、油壓活塞21、原料缸22、旋轉模具23及動力單元24,油壓活塞21包含油壓缸211及活塞212,原料缸22包含原料缸體221、原料室222及原料室222相對二側的入料口223及出料口224,旋轉模具23包含外模231及位於外模231內的旋轉流道232,動力單元24包含馬達齒輪箱241及滾珠軸承242。原料室222可裝填基材B及強化相材料S,油壓活塞21設置於原料缸22的入料口223側,旋轉
模具23設置於原料缸22的出料口224側。活塞212推擠基材B及強化相材料S朝出料口224移動,動力單元24驅動旋轉模具23,外模231旋轉摩擦基材B而塑化基材B,旋轉流道232可分散及混合經塑化的基材B與強化相材料S料形成複合材料。
基材B為金屬、合金或高分子,其中金屬可選自鉛、錫、鋅、鋁及銅之至少一者,合金例如但不限於鋁合金、銅合金,高分子例如但不限於聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、丙烯酸共聚物(Acrylic copolymers)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醯亞胺(PI)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚醚醚酮(PEEK)、尼龍(Nylon)等。強化相材料為奈米碳管、石墨烯或奈米陶瓷。
於本實施例,旋轉模具23的外模231包含摩擦部2311、隔熱部2312及成形部2313,隔熱部2312夾置於摩擦部2311與成形部2313之間,旋轉模具23的旋轉流道232通過摩擦部2311、隔熱部2312及成形部2313,旋轉流道232的入口位於摩擦部2311,旋轉流道232的出口位於成形部2313,摩擦部2311的表面形成多條螺旋導溝2314,螺旋導溝2314連通旋轉流道232。
使用複合材料製造設備2製造複合材料的流程包含下列步驟:柱狀的基材B的軸向按照預定的強化相材料S重量比挖孔,孔內填入強化相材料S;將基材B與強化相材料S置入原料室222;動力單元24帶動旋轉模具23以高扭力逆時鐘旋轉,摩擦部2311摩擦基材B的表面,使基材B的溫度上升至塑化臨界溫度Tc形成觸變性的塑化基材;活塞212以固定行程推擠塑化基材B及強化相材料S,塑化基材B與強化相材料S分別通過摩擦部2311表面的多條螺旋導溝2314混合進入旋轉流道232形成基材與強化相材料的漿體P,油壓活塞21推擠漿體P逆重力向上移動,同時旋轉流道232的內壁面對漿體P施加旋轉方向的剪切力,使漿體P在扭轉向上移動的過程,強化相材料逐漸在基材內形成螺旋排列,隔熱部2312可
有效阻隔摩擦部2311的高溫傳導至成形部2313,漿體P通過成形部2313逐漸降溫形成複合材料,油壓活塞21將複合材料推擠出旋轉流道232,即可獲得柱狀的複合材料。
圖3A為應用本發明第二實施例之複合材料製造設備之側剖示意圖,圖3B為圖3A所示油壓活塞之側剖示意圖,圖3C為圖3A所示原料缸之側剖示意圖,圖3D為圖3A所示旋轉模具之側剖示意圖,圖3E為圖3A所示冷卻模具之側剖示意圖,圖3F為圖3A所示成型模具之側視示意圖,圖3G為圖3A中II’段剖視示意圖,圖3H為圖3C所示第一內模的徑向及軸向外觀示意圖。如圖3A所示,
如圖3A及3B所示,複合材料製造設備3包含控制單元30、油壓活塞31、原料缸32、旋轉模具33、冷卻模具34及成型模具35,控制單元30連接油壓活塞31、原料缸32、旋轉模具33、冷卻模具34及成型模具35,油壓活塞31、原料缸32、旋轉模具33、冷卻模具34及成型模具35水平設置並以螺栓固定於可移動的承載台300上,油壓活塞31設置於原料缸32的入料口側,旋轉模具33設置於原料缸32的出料口側。控制單元30可輸入及調整設備運作的參數(例如:活塞的推擠壓力、旋轉模具的轉速),油壓活塞31包含油壓缸311及活塞312,油壓缸311可驅動活塞312推擠原料缸32內的原料朝旋轉模具33移動。
如圖3A及3C所示,複合材料製造設備3的原料缸32包含原料缸體321及原料室322,原料缸體321與活塞為圓柱體,原料室322的內徑尺寸對應活塞312的外徑尺寸,原料缸體321選用如鎢、錳、鉬等金屬合金或碳化鎢等陶瓷合金的高熔點高強度材料製成,可承受活塞312推擠而不變形,原料缸體321與旋轉模具33相接的一側形成有4個內縮的螺孔3211,原料室322可容置柱狀的基材B及粉狀的強化相材料S。
如圖3A及3D所示,複合材料製造設備3的旋轉模具33包含第一外模331、第一內模332、變速齒輪333、耦合齒輪組334及變頻馬達335,第一外模331設置於滾動軸承330上且可180°對開合組裝與清理,第一內模332設置於第一外模331內,第一內模332的二側分別連接原料缸32及冷卻模具34,變速齒輪333分別嚙合第一外模331的棘齒(未圖示)與耦合齒輪組334,變速齒輪333、耦合齒輪組334及變頻馬達335分別藉由螺栓固定於承載台300上,變頻馬達335連接耦合齒輪組334,變頻馬達335通過耦合齒輪組334及變速齒輪333帶動第一外模331旋轉。
第一外模331的厚度自原料缸32的一側至冷卻模具34的一側(軸向)呈漏斗狀逐漸增加,第一外模331的徑向二側分別形成開口尺寸較寬的入料口及開口尺寸較小的出料口,第一外模331的入料口的側壁與原料缸體321齊平,第一外模331的出料口的側壁上形成圓形溝,圓形溝內設置轉軸3311,第一外模331前中段(自入料口至中間的範圍)的內表面具有內凸耳3312,第一外模331可沿軸向180°開啟閉合便於組裝與清理,第一內模332朝向原料缸32的一側形成凸出第一外模331入料口的錐形面3321,錐形面3321的周緣具有4個凸條3322,凸條3322上有供螺栓穿過的通孔,第一內模332朝向冷卻模具34一側的垂直面與第一外模331出料口齊平,垂直面上形成凹槽3323,第一內模332前中段(自錐形面至中間的範圍)的內表面具有外凸耳3324;將第一內模332的4個凸條3322對位嵌入原料缸體321的4個螺孔3211,以螺栓鎖固第一內模332與原料缸體321,第一內模332的凹槽3323與冷卻模具34連接,使第一內模332的二側分別固定於原料缸32及冷卻模具34,再將第一外模331的入料口的側壁貼合原料缸體321的側壁,閉合第一外模331,使第一外模331與第一內模332相隔不大於5公分
的間距且第一外模331的內凸耳3312與第一內模332的外凸耳3324交錯排列,即可在第一外模331與第一內模332之間形成與水平方向成15-30°的斜角延伸的旋轉流道336。第一外模331及第一內模332選用如鎢、錳、鉬等金屬合金或碳化鎢等陶瓷合金的高熔點高強度材料製成,可承受摩擦基材時產生的高溫及應力而不變形。
如圖3A及3E所示,複合材料製造設備3的冷卻模具34包含第二外模341及第二內模342,第二外模341的厚度自連接旋轉模具33的一側至連接成型模具35的一側(軸向)逐漸增加,第二外模341的徑向二側分別形成開口尺寸較寬的入料口及開口尺寸較小的出料口,第二外模341入料口的開口尺寸與第一外模331出料口的開口尺寸相同,第二外模341的入料口的側壁形成圓形溝,圓形溝容置轉軸3311,第二外模341的出料口的側壁上形成凸塊3411,凸塊3411可連接成型模具35;第二內模342朝向旋轉模具33的側面形成凸塊3421,凸塊3421可連接第一內模332的凹槽3323;第二外模341與第二內模342的相對二側具有對應的4個螺孔3412及凸條3422,以螺栓鎖固第二外模341與第二內模342,第二外模341內表面與第二內模342的外表面相隔約3公分的間隙形成與水平方向成15-30°的斜角延伸的降溫流道343,以第二外模341的入料口對位貼合第一外模331的出料口,即可連通旋轉流道336與降溫流道343。凸條3422露出降溫流道343的部分加工成圓形,可避免漿體堆積而阻礙其通過降溫流道343。
如圖3A及3F所示,複合材料製造設備3的成型模具35包含成品缸體351及其內的成品室352,成品缸體351選用高熔點高強度材料製成,成品缸體351的軸向可開啟閉合,成品缸體351朝向冷卻模具34的側壁上形成凹槽3511,
凹槽3511可連接第二外模341的凸塊3411,成品室352的內徑尺寸與第二外模341出料口的開口尺寸相同。
於本實施例,基材B可製成單一或複數柱體(圓柱體、角柱體),基材B的外徑及體積小於原料室322的內徑及體積,將基材B置入原料室322,再將強化相材料S填滿原料室322(即填入基材B與原料缸體321之間的空隙)而覆蓋基材B;或製作與原料室322內徑相同的基材B,以鑽孔工具沿基材B的軸向形成一或多個相同孔徑的填料孔,在填料孔內填充強化相材料S;藉由柱狀的基材B作為原料,容易控制及調整複合材料中基材B與強化相材料S的相對重量比。
圖3G為圖3A中II’段剖視示意圖,如圖3A、3D及3G所示,基材S朝向旋轉模具33的一側形成配合第一內模332的錐形面3321與凸條3322形狀的凹槽,將第一內模332的凸條3322鎖入原料缸體321的內縮螺孔3211同時使第一內模332的錐形面3321嵌入基材B的凹槽內,基材B的凹槽周圍露出第一內模332的部分與原料缸體321的側壁垂直面齊平,第一外模331入料口的側壁厚度大於原料缸體321的側壁厚度,從而第一外模331入料口的側壁超出原料缸體321側壁的部分形成摩擦部3313(如圖3D及圖3G虛線所示位置),摩擦部3313可貼合基材B的露出部分與強化相材料S。啟動變頻馬達335帶動第一外模331旋轉,第一外模331的側壁的摩擦部3313旋轉摩擦基材B的露出部分產生的高熱使基材B塑化,活塞312推擠塑化基材B與強化相材料S料進入旋轉流道336。
圖3H為圖3D所示第一內模的錐形面的徑向及軸向外觀示意圖。如圖3A、3D及3H所示,第一內模332的錐形面3321緊貼基材B凹槽表面,錐形面3321上形成多道螺旋導溝3325,螺旋導溝3325的深度不大於5mm。於第一外模331環繞第一內模332旋轉摩擦基材B形成塑化基材,活塞312推擠塑化基材與強
化相材料S沿螺旋導溝3325進入旋轉流道336;於旋轉流道336內,第一外模331的內凸耳3312與第一內模332的外凸耳3324的高度約1至3公分,內凸耳3312與外凸耳3324相對旋轉交錯產生剪切力,不斷摩擦及攪拌塑化基材與強化相材料使塑化基材的析晶及共晶逐漸微細化而產生具有觸變性的漿體,漿體中塑化基材的微細化晶粒彼此不相連接,強化相材料得以分散在塑化基材的晶粒之間且不發生團聚,活塞312的推擠壓力與旋轉流道336的剪切力使強化相材料與塑化基材的晶粒以螺旋方式排列通過旋轉流道336,漿體通過降溫流道343逐漸冷卻成半固態複合材料,螺旋排列且相連的強化相材料逐漸固著於基材的晶粒表面,活塞312的推擠壓力進一步將半固態複合材料擠至成型模具35固化形成柱狀複合材料,複合材料的強化相材料與基材之間不會發生相分離,從而使複合材料具有強化相材料的優異特性。
如上所述,石墨烯是最難均勻分散在基材的強化相材料,以下將以石墨烯片的實施例具體說明本發明之複合材料製造設備,使得熟知習用技術的人士者能更加清楚了解本發明之複合材料製造設備之技術及功效。
實施例1:石墨烯與金屬銅複合材料
使用上述複合材料製造設備2,強化相材料選用石墨烯片(安炬科技股份有限公司生產之多層石墨烯粉體P-ML20,碳含量>99%,比表面積45m2/g,平均厚度約3nm,平均片徑約8mm)0.5wt%,基材選用電解銅(銅純度>99.5%,製成9cm直徑的金屬銅柱)99.5wt%。旋轉模具以200rpm摩擦銅棒至750℃,油壓活塞以50千牛頓(kN)施力每分鐘行進10mm,獲得石墨烯金屬銅複合材料。圖4A為本實施例之石墨烯金屬銅複合材料之截面之光學顯微鏡圖,圖4B為本實施例之石墨烯金屬銅複合材料之截面之電子顯微鏡圖。如圖4A所示,石墨烯金屬銅
複合材料包含金屬銅柱及石墨烯片G,於金屬銅柱的徑向截面可明確看到,石墨烯片形成複數不同半徑的圓形圖案,且如圖4B所示,石墨烯片G與金屬銅之間無相分離現象。值得說明的是,自金屬銅柱的軸向截面可觀察到沿柱狀軸向螺旋排列的多股石墨烯片連線(未圖示),均勻分布的石墨烯連線可產生石墨烯固有的優異性質,使石墨烯金屬銅複合材料具有高於金屬銅的導電性、導熱性及機械強度,可供後續進行鍛造、延壓等製程加工成所需產品(例如:散熱片、線材等)。本實施例之金屬銅與石墨烯金屬銅複合材料的硬度及導電性實測結果如下表1。
實施例2:石墨烯與鋁合金複合材料
使用上述複合材料製造設備3,強化相材料選用石墨烯片(安炬科技股份有限公司生產之多層石墨烯粉體P-ML20,碳含量>99%,比表面積45m2/g,平均厚度約3nm,平均片徑約8mm)0.5wt%,基材選用鋁合金(ASTM 6061,製成9cm直徑的鋁合金棒)99.5wt%。旋轉模具以250rpm摩擦銅棒至550℃,油壓活塞以45千牛頓(kN)施力每分鐘行進15mm,獲得石墨烯鋁合金複合材料。均勻分布的石墨烯片可產生石墨烯固有的優異性質,使石墨烯鋁合金複合材料具有高於鋁合金的導電性、導熱性及機械強度,可供後續進行加工製成所需產品(例
如:電子裝置及航空器的機殼等)。本實施例之鋁合金原料及石墨烯鋁合金複合材料的硬度及導熱率實測結果如下表2。
綜上所述,本發明之複合材料製造設備,原料缸的原料室可裝填柱狀的基材及粉狀的強化相材料,油壓活塞可推擠基材及強化相材料朝出料口移動,旋轉模具的外模可旋轉摩擦基材使基材塑化,旋轉模具的旋轉流道分散及混合經塑化之基材與強化相材料形成複合材料,製造過程不需加熱,強化相材料在基材中均勻分散,所得的複合材料不會相分離,可供各產業後續加工應用。
上述實施例僅例示性說明本發明之原理及其功效,而非用於限制本發明。任何熟習此項專業之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下,對上述實施例進行修飾與改變。因此,舉凡所屬技術領域中具有此項專業知識者,在未脫離本發明所揭示之精神與技術原理下所完成之一切等效修飾或改變,仍應由本發明之申請專利範圍所涵蓋。
2:複合材料製造設備
20:支撐架
21:油壓活塞
22:原料缸
23:旋轉模具
24:動力單元
211:油壓缸
212:活塞
221:原料缸體
222:原料室
223:入料口
224:出料口
231:外模
232:旋轉流道
241:馬達齒輪箱
242:滾珠軸承
2311:摩擦部
2312:隔熱部
2313:成形部
B:基材
S:強化相材料
P:漿體
Claims (8)
- 一種複合材料製造設備,包含: 原料缸,具有原料室及位於該原料室相對二側之入料口及出料口,該原料室可裝填基材及強化相材料,其中該基材為柱狀,該強化相材料為粉狀; 油壓活塞,設置於該原料缸之該入料口側,用以推擠該基材及該強化相材料朝該出料口移動;以及 旋轉模具,設置於該原料缸之該出料口側,包含外模及位於該外模內之旋轉流道,該外模可旋轉摩擦該基材而塑化該基材,該旋轉流道可分散及混合經塑化之該基材與該強化相材料形成複合材料。
- 如請求項1所述複合材料製造設備,其中該基材為金屬、合金或高分子,該強化相材料為石墨烯。
- 如請求項1所述複合材料製造設備,其中該外模具有摩擦部、隔熱部及成形部,該隔熱部夾置於該摩擦部與該成形部之間,該旋轉流道通過該摩擦部、該隔熱部及該成形部,該旋轉流道之入口位於該摩擦部,該旋轉流道之出口位於該成形部,該摩擦部可旋轉摩擦該基材,該隔熱部可阻隔該摩擦部旋轉摩擦該基材所產生之熱,該成形部可冷卻該複合材料。
- 如請求項3所述複合材料製造設備,其中該摩擦部之表面形成螺旋導溝,該螺旋導溝連通該旋轉流道。
- 如請求項1所述複合材料製造設備,其中該旋轉模具進一步包含設置於該外模內之內模,該旋轉流道位於該外模與該內模之間。
- 如請求項5所述複合材料製造設備,其中該外模之內表面具有內凸耳,該內模之外表面具有外凸耳,該內凸耳及該外凸耳交錯設置,當該外模相對該內模旋轉時,該內凸耳及該外凸耳產生剪切力分散及混合經塑化之該基材與該強化相材料。
- 如請求項5所述複合材料製造設備,其中該外模及該內模為錐形體,該旋轉流道與水平方向成15-30°之夾角。
- 如請求項5所述複合材料製造設備,其中該內模接觸該基材之一側為錐狀面,該錐狀面上形成螺旋導溝。
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