TWM583452U - 具抗刮疏水效果的碳纖維結構 - Google Patents
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Abstract
一種具抗刮疏水效果的碳纖維結構，其包含一碳纖維層；以及一抗刮疏水層，該抗刮疏水層層疊於該碳纖維層至少局部表面，其中：該抗刮疏水層係用大氣常壓低溫電漿沈積於該碳纖維層之表面；本新型利用大氣常壓低溫電漿進行表面處理與鍍製，使得沈積之抗刮疏水層得以牢固地附著於物體表面，不易被刮除或損壞，且運用大氣常壓低溫電漿之鍍層技術，可大幅降低製造成本，再透過控制抗刮疏水層之化學鍵結成分，使其材料間產生緊密的有機化學鍵結，使得其具有可撓曲特性，不易因為彎曲或彎折而產生龜裂或裂痕，適用於需要可撓曲特性之產品，增加本新型的應用範疇。
Description
一種碳纖維結構，特別是一種具抗刮疏水效果的碳纖維結構。
為了使產品更為耐用與延長使用壽命，業者會在產品表面鍍製能抗刮耐磨的鍍層，例如廚房用具為了達到不沾、避免金屬生鏽或是在反覆使用的過程中造成物體表面刮損等目的，通常會在物體表面塗製不沾、防鏽或防刮塗層。
目前已發展出利用電漿產生鍍層的技術，多數採用低氣壓真空鍍膜製程，但所製得鍍膜之抗刮疏水性普遍不佳，且低氣壓電漿製造成本較高，而抽真空產生低氣壓狀態則極為費時。
再者，前述低氣壓真空鍍膜製程之鍍膜不僅抗刮疏水性不佳外，並較不具備可撓曲特性，彎折後容易出現龜裂或裂痕，多數僅能使用於玻璃或金屬等不具備撓曲性之硬質基板，應用性相對不足，因此有必要發展出另一種鍍層結構來改善前揭既有技術之缺陷。
為了解決目前低氣壓真空鍍膜製程與鍍製層抗刮疏水性不佳以及不具備可撓曲特性的缺點，本新型提供一種具抗刮疏水效果的碳纖維結構，其包含一碳纖維層；以及一抗刮疏水層，該抗刮疏水層層疊於該碳纖維層至少局部表面，其中：該抗刮疏水層係用大氣常壓低溫電漿沈積於該碳纖維板片之表面。
其中，該碳纖維層係為電子產品之外殼。
其中，該電子產品包含手機、平板或電腦。
較佳地，該抗刮疏水層包含有機含氟之氣體或液體及/或一有機含碳矽烷之氣體或液體。
較佳地，該有機含氟之氣體或液體包含有機含氟氣態單體或溶液態單體。
較佳地，該有機含碳矽烷之氣體或液體進一步包含氧為有機含碳矽氧烷之氣體或液體。
較佳地，該溶液態單體為氟素溶劑及全氟聚醚矽化合物所形成之溶液。
較佳地，該有機含碳矽烷之氣體或液體包含四甲基二矽氧烷氣體、液體或溶液態單體。
藉由上述說明可知，本新型具備以下優點：
1. 本新型利用大氣常壓低溫電漿進行表面處理與鍍製，使得沈積之抗刮疏水層得以牢固地附著於物體表面，不易被刮除或損壞，且本新型運用大氣常壓低溫電漿之鍍層技術，可大幅降低製造成本，因此克服習知技術之缺失。
2. 本新型透過控制抗刮疏水層之化學成分，使其沈積時可產生緊密的有機化學鍵結，使得該抗刮疏水層具有可撓曲特性，不易因為彎折或彎曲產生龜裂或裂痕，特別適用於需要可撓曲特性之產品，例如碳纖維板片材所製之3C電子產品外殼，增加本新型的應用範疇。
請參考圖1，本新型提供一種具抗刮疏水效果的碳纖維結構，其包含一碳纖維層M；以及一抗刮疏水層L，該抗刮疏水層L層疊於該碳纖維層M至少局部表面。
而本新型該抗刮疏水層L鍍製於該碳纖維層M的表面方法，較佳是利用大氣常壓低溫電漿鍍製方法，其步驟包含：
電漿預處理：將一碳纖維層M以大氣常壓低溫電漿(Atmospheric pressure cold plasma)進行表面預處理。預處理使用之該電漿係以通入0.11-10 MPa壓縮空氣、電漿頭至該物體表面距離為0.1-10 cm、該物體表面相對於該電漿頭之移動速度為≧0.01cm/s、工作時間為≧1 s、功率為5-5000 watts、頻率為5-5000 kHz進行。
抗刮疏水層沈積：將大氣常壓低溫電漿預處理後的該碳纖維層M，同樣以大氣常壓低溫電漿形式將一抗刮疏水層L沈積於該碳纖維層M表面。本新型所提供之沈積方法較佳係首先通入一壓縮(高壓)空氣於一電漿頭中，透過該電漿頭之該壓縮空氣經常壓電漿源產生電漿噴流(plasma jet)，並同時通入一有機含氟之氣體或液體(較佳係溶液態)及/或一有機含碳矽烷之氣體或液體，使該抗刮疏水層L形成於該碳纖維層M。該壓縮空氣較佳去除其空氣中所含濕度後再通入該電漿頭中能避免濕度水氣與後續沈積之單體或氣體產生反應而影響沈積效果。
大氣常壓低溫電漿後處理：將沈積有抗刮疏水層L之該碳纖維層M利用大氣常壓低溫電漿進行後處理。該後加工處理包含通入0.11-10 MPa之該壓縮空氣、電漿頭至該物體表面距離為0.1-10 cm、該物體表面相對於該電漿頭之移動速度為≧0.01 cm/s、工作時間為≧ 1 s、功率為5-5000 watts、頻率為5-5000 kHz。此大氣常壓低溫電漿後處理亦可改用烤箱烘烤後處理處置，烤箱烘烤之參數包含溫度≧50
oC 下以及時間≧0.5分鐘。
其中，本新型該抗刮疏水層L的材質除了前述的有機含碳矽烷之氣體或液體，亦可進一步包含氧成為有機含碳矽氧烷之氣體或液體，一較佳實施例可例如四甲基二矽氧烷(tetramethyldisiloxane, TMDSO)；而該有機含氟之氣體或液體較佳可以是有機含氟氣態單體或溶液態單體(F-containing liquid solution)，例如氟素溶劑及全氟聚醚矽化合物所形成之溶液；本新型可單將有機含碳矽烷之氣體作為該抗刮疏水層L沈積於該碳纖維層M，亦可同時將有機含氟之氣體或液體及有機含碳矽烷之氣體或液體一起沈積於該碳纖維層M，可達到更佳的疏水性。
本新型於大氣常壓低溫預處理之步驟以及沉積抗刮疏水層之步驟使用之電漿處理溫度係以大氣常壓低溫製程，在維持沉積抗刮疏水層高附著度，不易脫落或刮除的功效外，亦相對節省能源。另外，本新型所形成之該抗刮疏水層L因產生化學鍵結成分，具有可撓曲的特性，能隨著該碳纖維層M的彎曲或撓折不產生龜裂或裂痕，特別適用於具有可撓曲特性的碳纖維板片材，可應用於3C電子產品，例如圖2a與2b的手機或電腦外殼之鍍層，或是圖2c之碳纖維加熱墊體。
請參考表1，其為本新型就沈積抗刮疏水層L與後處理步驟提供數個實施例，此些實施例僅為本新型較佳數據之呈現，並非用以限定本新型僅包含該些實施例，上述所指之數據範圍皆已經實驗證明其確效性。
表1。
| 實施例 | 項目 | 數值 | |
| 1 | 沈 積 抗 刮 疏 水 層 步 驟 | 壓縮空氣 (Air gases for creating plasma jet) | 0.11-10 MPa |
| 四甲基二矽氧烷 (TMDSO) | 10-400 sccm | ||
| 工作距離 (Substrate distance from the nozzle of the plasma jet) | 0.1-10 cm | ||
| 物體相對於電漿頭之移動速度 (Substrate speed) | ≧0.01cm/s | ||
| 物體曝露電漿噴流下之時間 (Exposed duration in the plasma jet) | ≧ 1 s | ||
| 功率 (Power) | 5-5000 watts | ||
| 頻率 (Frequency) | 5-5000 kHz | ||
| 後 處 理 步 驟 | 壓縮空氣 (Air gases for creating plasma jet) | 0.11-10 MPa | |
| 工作距離 (Substrate distance from the nozzle of the plasma jet) | 0.1-10 cm | ||
| 物體表面速度 (Substrate speed) | ≧0.01 cm/s | ||
| 物體曝露電漿噴流下之時間 (Exposed duration in the plasma jet) | ≧ 1 s | ||
| 功率 (Power) | 5-5000 watts | ||
| 頻率 (Frequency) | 5-5000 kHz | ||
| 2 | 沈 積 抗 刮 疏 水 層 步 驟 | 壓縮空氣 (Air gases for creating plasma jet) | 0.11-10 MPa |
| 四甲基二矽氧烷 (TMDSO) | 10-400 sccm | ||
| 溶液態之單體 (氟素溶劑及全氟聚醚矽化合物) | 0.01- 1.0 cm 3/s | ||
| 工作距離 (Substrate distance from the nozzle of the plasma jet) | 0.1-10 cm | ||
| 物體相對於電漿頭之移動速度 (Substrate speed) | ≧0.01cm/s | ||
| 物體曝露電漿噴流下之時間 (Exposed duration in the plasma jet) | ≧ 1 s | ||
| 功率 (Power) | 5-5000 watts | ||
| 頻率 (Frequency) | 5-5000 kHz | ||
| 後 處理 步 驟 | 烤箱烘烤 | ≧50 oC 下 ≧0.5 minutes |
取本新型三種沈積抗刮疏水層L之實施例，並對應測試其表面硬度(Surface hardness)、抗刮強度(Scratch resistance)以及疏水性(Hydrophobic surface)如表2。自表2測試結果可知，本新型的抗刮疏水層具有優異的表面硬度與抗刮強度，表面硬度達到4H以上的優異表現，且表面能測試數據證實本新型具有疏水特性。
表2。
| 測試項目 | 數值 |
| 表面硬度 (Surface hardness)/ 鉛筆測試 (Pencil test) | ≧4H |
| 抗刮強度 (Scratch resistance) / 可耐100g荷重下100次循環之#0000鋼絲絨抗刮測試 | ≧100 cycles |
| 疏水性 (Hydrophobic surface) / 去離子水接觸角 (Deionized-water contact angle) | ≧ 90 o |
上述僅為本新型的較佳實施例而已，並非用以限定本新型主張的權利範圍，凡其它未脫離本新型所揭示的精神所完成的等效改變或修飾，均應包括在本新型的主張範圍內。
M‧‧‧碳纖維層
L‧‧‧抗刮疏水層
L‧‧‧抗刮疏水層
圖1為本新型抗刮疏水層鍍製於碳纖維板片表面示意圖。
圖2a、圖2b、圖2c為本新型應用於3C電子產品與碳纖維加熱墊體之較佳實施例示意圖。
圖2a、圖2b、圖2c為本新型應用於3C電子產品與碳纖維加熱墊體之較佳實施例示意圖。
Claims (8)
- 一種具抗刮疏水效果的碳纖維結構，其包含相互層疊之：
一碳纖維層；
一抗刮疏水層，該抗刮疏水層層疊於該碳纖維層至少局部表面；其中：
該抗刮疏水層係用大氣常壓低溫電漿沈積於該碳纖維層之表面。 - 如申請專利範圍第1項之具抗刮疏水效果的碳纖維結構，該碳纖維層係為電子產品之外殼。
- 如申請專利範圍第2項之具抗刮疏水效果的碳纖維結構，該電子產品包含手機、平板或電腦。
- 如申請專利範圍第1或2項之具抗刮疏水效果的碳纖維結構，該抗刮疏水層包含有機含氟之氣體或液體及/或一有機含碳矽烷之氣體或液體。
- 如申請專利範圍第4項之具抗刮疏水效果的碳纖維結構，該有機含碳矽烷之氣體或液體進一步包含氧為有機含碳矽氧烷之氣體或液體。
- 如申請專利範圍第4項之具抗刮疏水效果的碳纖維結構，該有機含氟之氣體或液體包含有機含氟氣態單體或溶液態單體。
- 如申請專利範圍第4項之具抗刮疏水效果的碳纖維結構，該溶液態單體為氟素溶劑及全氟聚醚矽化合物所形成之溶液。
- 如申請專利範圍第4項之具抗刮疏水效果的碳纖維結構，該有機含碳矽烷之氣體或液體包含四甲基二矽氧烷氣體、液體或溶液態單體。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW108207932U TWM583452U (zh) | 2019-06-21 | 2019-06-21 | 具抗刮疏水效果的碳纖維結構 |
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| TWM583452U true TWM583452U (zh) | 2019-09-11 |
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