TWM613083U

TWM613083U - 一種回收纖維複合材料產物

Info

Publication number: TWM613083U
Application number: TW110200214U
Authority: TW
Inventors: 鄭惟升; 林煒; 柯志穎; 許諺銘; 張修誠; 邱政文
Original assignee: 財團法人塑膠工業技術發展中心
Priority date: 2021-01-07
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2021-06-11

Abstract

一種回收纖維複合材料的產物，其一無機纖維與一熱塑性有機纖維混紡之網布結構或將該網布結構收攏加捻為一紗線結構，其中該無機纖維的長度短於該熱塑性有機纖維的長度，更可能包含一熱塑性有機樹脂粉體分佈於該網布結構或該紗線結構的纖維上或纖維間；本新型成功將無機纖維自纖維複材邊角料或其廢品中導入回收再製系統，透過添加長熱塑有機纖維，使原本難以結合纏繞的回收無機纖維得以成為足以再次加工的產物，不僅能夠製得具有強度高與質輕之成型品外，更能達到回收環保的目的。

Description

一種回收纖維複合材料產物

本新型是有關於將纖維增強塑料或其邊角料進行回收、分離與再製的技術。具體而言，是一種涉及將纖維廢料與回收料再利用並再製為具有一定強度的纖維增強製品以及其特殊的製造方法與過程中產出具有利用價值的產物。

由增強纖維和基質樹脂所複合而成的纖維增強塑膠在機械特性、重量與耐腐蝕性方面相較於純樹脂材料相當具有優勢，廣泛應用於航空飛機、汽車、船舶、風車、運動用具等各種用途的零組件，無疑是現今頗具競爭力的複材選項之一。作為增強纖維，一般常見使用無機纖維，例如碳纖維、玻璃纖維等，其中又以碳纖維能夠大幅度提高複材強度、彈性模量，且輕質性、穩定性佳，廣泛應用在要求高性能的航空、汽車等領域上。

碳纖維複合材料在成型上可以採用許多種成型方式，例如樹脂轉注成型(Resin, Transfer Molding, RTM)，在RTM成型法中，當製造立體形狀的碳纖維複材成型體時，一般是將碳纖維基材切斷為所需的形狀，層合後設置在模具中，並澆灌予樹脂後加熱成型。由於上述碳纖維基材通常被製成具有一定幅寬的連續片材，所以在成型前的裁切中必然會產生多餘的邊角料，目前多半是廢棄無法利用回收。另一方面，碳纖維複材除了成型製程時所產生的邊角料問題外，成型品無法回收再利用對於現今塑膠製品所造成的環境污染問題也是元兇之一。

然而，即便現階段已經有相關技術可將化學穩定性與熱穩定性高的碳纖維與基質樹脂分離，但分離出的碳纖維因為先前的裁切製程已經幾乎無法再利用，且即便再製也會使得碳纖維複材的強度降低，難以真正導入回收再製。

因此，本新型的目的是將碳纖維複材，乃至包含玻璃纖維等無機纖維複材製造工序中產生的邊角料或是成型品回收而來的無法再次加工廢品，重新導入纖維複材製程迴圈中再利用。

為了解決上述課題，本新型所提供的回收纖維複合材料的產物，其第一個概念是包含：一無機纖維與一熱塑性有機纖維混紡之網布結構，該無機纖維的長度短於該熱塑性有機纖維的長度。

其中，該網布結構中的無機纖維間透過該熱塑有機纖維相互交織或交錯為該網布結構。

其中，前述該無機纖維原料為自一般纖維複材中回收而來的碳纖維或玻璃纖維。

較佳地，該熱塑性有機纖維材料包含聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯或聚醯胺纖維。

更佳地，該無機纖維的長度介於10～100mm間。

本新型提供第二個概念是另一種形式的該回收纖維複合材料，其包含一無機纖維與一熱塑性有機纖維加捻之紗線結構，該無機纖維的長度短於該熱塑性有機纖維的長度。

其中，該紗線結構是由一網布結構收攏加捻為該紗線結構。

其中，該紗線結構中的無機纖維間透過該熱塑有機纖維相互交織或交錯為該紗線結構。

其中，該紗線結構中進一步包含一熱塑性塑料粉體的顆粒分佈於該無機纖維與該熱塑性有機纖維上或纖維間。

更佳地，該紗線結構的長度介於10~15mm間，且其樹脂含量介於40~60%間。

其中：該熱塑性塑料粉體的顆粒是利用一流體化床分佈於該紗線結構中，並加熱切段或粒狀。

由上述說明可知，本新型具有以下有益效果與優勢：

1. 本新型成功將無機纖維自纖維複材邊角料或其廢品中導入回收再製系統，透過添加長熱塑有機纖維，使原本難以結合纏繞的回收無機纖維得以成為足以再次加工的產物，不僅能夠製得具有強度高與質輕之成型品外，更能達到回收環保的目的。。

2.本新型所提供的製程可透過無機、有機纖維混紡與加捻過程調整熱塑性樹脂含量比(RC比)，也可進一步依據需求由流體化床沾覆更多的熱塑性樹脂提升整體樹脂含量，製程彈性、產品多樣化，涵蓋自板材、管材與塑料母粒，使得本新型能夠應用的產品面廣泛。

為能詳細瞭解本新型的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如下。

請參考圖1，本新型提供一種回收纖維複合材料的製造方法，其步驟包含：

步驟S1：提供一無機纖維原料，該無機纖維原料長度介於10～100mm間，且該無機纖維原料的每根纖維間分佈狀態為無序雜亂。較佳地，該無機纖維原料為自一般纖維複材中回收而來的碳纖維或玻璃纖維。

步驟S2：將該無機纖維原料與一熱塑性有機纖維材料混紡為一網布；其中，該熱塑性有機纖維材料為長纖維，所謂長纖維的長度指相較於該無機纖維原料的長度為長，更佳的是連續長纖維樣態，該熱塑性有機纖維材料的種類主要是熱塑性樹脂的纖維，包含但不限於聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯或聚醯胺。

步驟S3：將由該無機纖維原料與該熱塑性有機纖維材料混紡之該網布加捻為一紗線；

步驟S4：將該紗線導入一流體化床中使一熱塑性有機塑料粉體沾覆於該紗線表面或纖維間；

步驟S5：加熱沾覆該熱塑性有機塑料粉體之該紗線，使該熱塑性有機塑料粉體固定於該紗線；

步驟S6：將該紗線切為段狀或粒狀成為本新型之回收纖維複合材料。段狀或粒狀之該回收纖維複合材料長度較佳介於10~15mm間，且其樹脂含量(Resin Content, RC%)介於40～60％間。

接著，本新型詳細敘述前述製造方法步驟中所產生具有利用價值之產物，其一為對應上述步驟2中所混紡而成的該網布，請參考圖2所示，接下來該網布將搭配圖說中元件符號10加以清楚敘述。該網布10的結構中包含該無機纖維原料11與該熱塑性有機纖維材料13混紡為網片狀材料，型態類似於不織布或無紡布型態，該無機纖維原料11以原本無序雜亂的排列狀態與長纖維的該熱塑性有機纖維材料13以開棉機、混紡機進行混紡，並形成該網布10。由於該無機纖維原料11，例如碳纖維的原始長度與表面光滑的材質特徵無法單獨將其形成纖維交錯之網布狀態，因此透過添加長纖的該熱塑性有機纖維材料13作為各無機纖維間得以交錯的橋樑，使相對短纖的該無機纖維原料11能夠透過該熱塑性有機纖維材料13較為長纖的優勢達到相互交錯結合並混紡為片狀該網布10的效果。該網布10是由無機與有機纖維所複合而成，單獨該網布10加熱、加壓即可形成例如纖維複合板材的產品與應用，達到將回收無機纖維真正導入回收再製的目的。

另一為前述步驟3中所製之該紗線20，請參考圖3，接著將該網布10以捻紗機加以收攏加捻為紗或線的連續長條形狀狀態。同樣地，該紗線20中混合有該無機纖維原料11與該熱塑性有機纖維材料13，透過相對長纖的該熱塑性有機纖維材料13使原本無法加捻為紗線的該無機纖維原料11得以形成該紗線13的狀態進行後續加工成型的製程。另一方面，該紗線13隨後進入前述步驟4的流體化床沾覆熱塑性有機塑料粉體21，該熱塑性有機塑料粉體21的選用較佳與該熱塑性有機纖維材料13材質相同，有助於提升樹脂的含浸量。

所述的流體化床一較佳實施例包含一容置槽、複數根展紗導桿以及複數個進氣孔，複數根該展紗導桿設置於該容置槽的側邊槽壁，該進氣孔則設置於該容置槽之槽底，該容置槽中盛裝有該熱塑性有機塑料粉體21，該進氣孔一個較佳是將一多孔板，以高於該容置槽槽底但低於該展紗導桿的位置設置，該多孔板上設置有多個該進氣孔，該進氣孔的大小小於該熱塑性有機塑料粉體，使該熱塑性有機塑料粉體21可盛載於該多孔板之上方，該容置槽槽底設有一通氣通道，一氣流自該通氣通道通入後，透過該進氣孔帶動該熱塑性有機塑料粉體21形成如水流滾動般的效果，使經過的該紗線20可均勻沾該熱塑性有機塑料粉體21。過程中，該紗線20因與該展紗導桿間的摩擦，使該紗線20產生表面靜電荷，該靜電荷可使該熱塑性有機塑料粉體21得以吸附於該紗線20之表面，完成佈料之程序。

由前述說明可知，本新型的該紗線20之樹脂含量比(RC比)可以透過步驟2中加捻程序時所參與捻合的該熱塑性有機纖維材料13量調控，亦可透過步驟3利用流體化床沾覆該熱塑性有機塑料粉體21時達到增加樹脂含量比的效果。後續再透過加熱使其中的該熱塑性有機纖維材料13與該熱塑性有機塑料粉體21熔融形成管柱狀的纖維複材。

該段狀或粒狀成為本新型之回收纖維複合材料30其實質意義上是屬於塑料母粒的產品，透過將前述管柱狀的該紗線20切段或切粒後形成可供後續加工並含有增強無機纖維的塑料母粒。

以上所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申請專利範圍內。

S1~S6:製造步驟 10:網布 11:無機纖維原料 13:熱塑性有機纖維材料 20:紗線 21:熱塑性有機塑料粉體

圖1為本新型製造方法流程圖。圖2為本新型為本新型該網布示意圖。圖3為本新型為該紗線示意圖。

10:網布

11:無機纖維原料

13:熱塑性有機纖維材料

Claims

一種回收纖維複合材料產物，其係為片狀一網布結構，其中，該網布結構中包含一無機纖維與一熱塑性有機纖維相互交織或交錯；以及該無機纖維的長度短於該熱塑性有機纖維的長度。
如請求項1所述之回收纖維複合材料產物，其中：該網布結構中的該無機纖維與該熱塑有機纖維相互混紡。
如請求項1或2所述之回收纖維複合材料產物，該無機纖維原料為回收的碳纖維或玻璃纖維。
如請求項1或2所述之回收纖維複合材料產物，該熱塑性有機纖維材料包含聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯或聚醯胺纖維。
如請求項3所述之回收纖維複合材料產物，該熱塑性有機纖維材料包含聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯或聚醯胺纖維。
如請求項1或2所述之回收纖維複合材料產物，該無機纖維的長度介於10~100mm間。
如請求項3所述之回收纖維複合材料產物，該無機纖維的長度介於10~100mm間。
如請求項4所述之回收纖維複合材料產物，該無機纖維的長度介於10~100mm間。
一種回收纖維複合材料產物，其係為長型一紗線結構，該長型紗線結構中包含一無機纖維與一熱塑性有機纖維相互交織或交錯；以及該無機纖維的長度短於該熱塑性有機纖維的長度。
如請求項9所述之回收纖維複合材料產物，其中：該紗線結構是由一網布結構收攏加捻為該紗線結構。
如請求項9或10所述之回收纖維複合材料產物，其中：該紗線結構中的該無機纖維與該熱塑有機纖維相互混紡。
如請求項9或10所述之回收纖維複合材料產物，該紗線結構中進一步包含一熱塑性塑料粉體的顆粒分佈於該無機纖維與該熱塑性有機纖維上或纖維間。
如請求項11所述之回收纖維複合材料產物，該紗線結構中進一步包含一熱塑性塑料粉體的顆粒分佈於該無機纖維與該熱塑性有機纖維上或纖維間。
如請求項9或10所述之回收纖維複合材料產物，該紗線結構的長度介於10~15mm間，且其樹脂含量介於40~60%間。
如請求項11所述之回收纖維複合材料產物，該紗線結構的長度界10~15mm間，且其樹脂含量介於40~60%間。
如請求項12所述之回收纖維複合材料產物，該紗線結構的長度界10~15mm間，且其樹脂含量介於40~60%間。
如請求項9或10所述之回收纖維複合材料產物，其中：該無機纖維原料為自一般纖維複材中回收而來的碳纖維或玻璃纖維；以及該熱塑性有機纖維材料包含聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯或聚醯胺纖維。
如請求項11所述之回收纖維複合材料產物，其中：該無機纖維原料為自一般纖維複材中回收而來的碳纖維或玻璃纖維；以及該熱塑性有機纖維材料包含聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯或聚醯胺纖維。
如請求項12所述之回收纖維複合材料產物，其中：該無機纖維原料為自一般纖維複材中回收而來的碳纖維或玻璃纖維；以及該熱塑性有機纖維材料包含聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯或聚醯胺纖維。
如請求項14所述之回收纖維複合材料產物，其中：該無機纖維原料為自一般纖維複材中回收而來的碳纖維或玻璃纖維；以及該熱塑性有機纖維材料包含聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯或聚醯胺纖維。
如請求項12所述之回收纖維複合材料產物，其中：該熱塑性塑料粉體的顆粒是利用一流體化床分佈於該紗線結構中，並加熱切段或粒狀。
如請求項14所述之回收纖維複合材料產物，其中：該熱塑性塑料粉體的顆粒是利用一流體化床分佈於該紗線結構中，並加熱切段或粒狀。