熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)方法及其設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱塑性復(fù)合材料，尤其涉及一種熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)方法及其設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂復(fù)合材料(composite materials)是指兩種或兩種以上不同材質(zhì)以適當(dāng)方式加以結(jié)合的新材料，而此復(fù)合材料具有比單一材質(zhì)更為優(yōu)秀的性能。一般來說，復(fù)合材料是由基體與增強材所組成，其中增強材是復(fù)合材料中主要的承力部分，尤其是關(guān)于彎曲、拉伸與沖擊等機械性能等的力學(xué)承受來源，而基體則是將增強材黏合成一整體，構(gòu)成復(fù)合材整體形狀以及并扮演應(yīng)力傳導(dǎo)的作用。因此，基體的熔融含浸程度以及與增強材間的接著強度，即深切影響最終復(fù)合材料的機械特性。
[0003]在一般以熱塑性樹脂作為基體的復(fù)合材的制造過程中，請參見圖1，增強材11 (例如，玻璃纖維)與基體12 (例如，樹脂)首先經(jīng)由進料滾輪10輸送進入加熱含浸固化成型裝置20中，已知加熱含浸固化成型裝置20包括一加熱單元21、一加壓滾輪22與一冷卻單元23，其分別透過單一輸送帶24，對欲進行加工的復(fù)合材原料作用。加熱單元21進行加熱與初步加壓，使樹脂熔融含浸在纖維中，之后再藉由加壓滾輪22進一步以較高壓力壓合，最后再以冷卻單元23降低溫度，使該復(fù)合材得以固化成型。
[0004]如前所述，基體的熔融含浸程度以及與增強材間的接著強度影響材料性能甚巨，然而在前述制備方法中，由于加壓帶24通常為彈性軟質(zhì)，硬度不高，因此僅能通過加壓滾輪22接續(xù)進行幾乎為線狀的較高壓壓合過程，因此同時加壓的面積小，而有著均勻度與一致性不足，無法達(dá)到壓合使材料間緊密接合的缺點，亦即使固化定型效果受局限，進而影響其機械強度與質(zhì)量。
[0005]為改善此種缺失，現(xiàn)有技術(shù)曾利用單一熱板于上或/及下對前述層疊后的增強材與基體，依序整體進行加熱、加壓與冷卻過程，使基體在熔融含浸于增強材后，得進一步藉由熱板全表面的加壓，達(dá)到均勻一致的加壓效果。然而，利用此種方式必須執(zhí)行各個加熱、加壓與冷卻步驟，然后再重復(fù)進行下一復(fù)合材的制作，制程時間相當(dāng)長，無法大量生產(chǎn)。此夕卜，為縮短制程時間長的缺點，雖可以調(diào)整冷卻時間與速度，卻也使得復(fù)合材板材容易因應(yīng)力產(chǎn)生翹曲，造成不良率高，而具有使成本增加的嚴(yán)重缺失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠連續(xù)生產(chǎn)熱塑性復(fù)合材料的方法，使熱塑性復(fù)合材料的生產(chǎn)在達(dá)到一定質(zhì)量要求時,仍能夠透過連續(xù)生產(chǎn)方式來完成。
[0007]本發(fā)明的又一目的在于提供一種能夠縮短制程時間，而能夠達(dá)成量產(chǎn)效能的熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)方法。
[0008]本發(fā)明的再一目的在于提供一種改善已知制造過程中為縮短制程時間，對溫度條件變化過大所產(chǎn)生因應(yīng)力而造成變形翹曲的熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)方法。
[0009]本發(fā)明的另一目的在于提供一種能夠藉由個別固化組件對熱塑性復(fù)合材料原料進行區(qū)間加壓固化，使能達(dá)成加壓均勻，并進一步使基體的含浸效果更佳，層間接著強度更高的熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)方法。
[0010]為了達(dá)成前述目的，本發(fā)明將提供一種熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)方法，其步驟包括:分別提供一加熱組件、一固化組件與一冷卻組件；將熱塑性復(fù)合材料的原料輸送進入該加熱組件中；加熱、加壓該原料；將該加熱、加壓后的原料輸送進入該固化組件中；進行區(qū)間加壓固化；將該區(qū)間加壓固化后的原料輸送進入該冷卻組件中；以及進行冷卻。
[0011]在一實施例中，該固化組件可包括一第一加壓帶，用以進行區(qū)間加壓固化。
[0012]在另一實施例中，所述的第一加壓帶，或其表面披覆的材質(zhì)，其楊氏系數(shù)可為0.01 ?400GPa，較佳為 75 ?230GPa。
[0013]在另一實施例中，所述的第一加壓帶可包括鍍鈦鋼、金屬合金例如不銹鋼、塑鋼或相類的材質(zhì)，但并不以前述為限。
[0014]在一實施例中，該區(qū)間加壓固化的長度區(qū)間可為20cm?2m。
[0015]在另一實施例中，所述的區(qū)間加壓固化的壓力范圍可在I?25kg/cm2之間。
[0016]在一實施例中，本發(fā)明提供另一種熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)方法，其步驟包括:分別提供一加熱組件與一固化冷卻組件；將熱塑性復(fù)合材料的原料輸送進入該加熱組件中；加熱、加壓該原料；將該加熱、加壓后的原料輸送進入該固化冷卻組件中；以及進行區(qū)間加壓固化,并冷卻。
[0017]在一實施例中，該固化組件可包括一第二加壓帶，用以進行區(qū)間加壓固化。
[0018]在另一實施例中，所述的第二加壓帶，或其表面披覆的材質(zhì)，其楊氏系數(shù)可為0.01 ?400GPa，較佳為 75 ?230GPa。
[0019]在另一實施例中，所述的第二加壓帶可包括鍍鈦鋼、金屬合金例如不銹鋼、塑鋼或相類的材質(zhì)，但并不以前述為限。
[0020]在一實施例中，該區(qū)間加壓固化的長度區(qū)間可為20cm?2m。
[0021]在另一實施例中，所述的區(qū)間加壓固化的壓力范圍可在I?25kg/cm2之間。
[0022]本發(fā)明的另一目的在于提供一種能夠縮短制程時間，并改善已知制造過程中為縮短制程時間，對溫度條件變化過大所產(chǎn)生因應(yīng)力而造成變形翹曲的熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備。
[0023]本發(fā)明的又一目的在于提供一種能夠藉由個別固化組件對熱塑性復(fù)合材料原料進行區(qū)間加壓固化，使達(dá)成加壓均勻，并進一步使基體的含浸效果更佳，層間接著強度更高的熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備。
[0024]為了達(dá)成前述目的，本發(fā)明將提供一種熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，其包括:一加熱組件，設(shè)有一加熱單元，用以將熱塑性復(fù)合材料的原料加熱、加壓；一固化組件，該固化組件包括一第一加壓帶，用以將加熱、加壓后的原料進行區(qū)間加壓固化，該第一加壓帶或其表面披覆的材質(zhì)并具有75?400GPa的楊氏系數(shù)；以及一冷卻組件，設(shè)有一冷卻單元，用以將區(qū)間加壓固化后的原料進行冷卻。
[0025]在一實施例中，本發(fā)明提供的種熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，亦可包括:一加熱組件，設(shè)有一加熱單元，用以將熱塑性復(fù)合材料的原料加熱、加壓；以及一固化冷卻組件，該固化冷卻組件包括一第二加壓帶，用以將加熱、加壓后的原料進行區(qū)間加壓固化，該第二加壓帶或其表面披覆的材質(zhì)并具有75?400GPa的楊氏系數(shù)，以及一冷卻單元，用以將區(qū)間加壓固化后的原料進行冷卻。
[0026]藉由本發(fā)明實施例，固化組件或固化冷卻組件的區(qū)間加壓固化，可使基材與增強材含浸更加完全，并能均勻緊密壓合，進而使層間接著強度大幅提升。一方面不但能提升復(fù)合材料最終的機械性能與質(zhì)量，另一方面又能降低成本并具量產(chǎn)的效能。
[0027]以下將配合圖式進一步說明本發(fā)明的實施方式，下述所列舉的實施例用以闡明本發(fā)明，并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視后附的申請專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0028]圖1為已知熱塑性復(fù)合材料的生產(chǎn)設(shè)備的示意圖；
[0029]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)方法的流程圖；
[0030]圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)裝置的示意圖；
[0031]圖4為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)裝置的示意圖；
[0032]圖5為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)方法的流程圖；以及
[0033]圖6為根據(jù)本發(fā)明再一實施例的熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)裝置的示意圖。
[0034]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0035]10 進料滾輪
[0036]11 增強材
[0037]12 基體
[0038]20 加熱含浸固化成型裝置
[0039]21 加熱單元
[0040]22 加壓滾輪
[0041]23 冷卻單元
[0042]24 輸送帶
[0043]30 加熱組件
[0044]31 加熱單元
[0045]32 第一輸送滾輪
[0046]33 第一輸送帶
[0047]40 固化組件
[0048]41 第二輸送滾輪
[0049]42 第一加壓滾輪
[0050]43 第一加壓帶
[0051]50 冷卻組件
[0052]51 冷卻單元
[0053]52 第三輸送滾輪
[0054]53 第三輸送帶
[0055]60 固化冷卻組件
[0056]61第四輸送滾輪
[0057]62第二加壓滾輪
[0058]63第二加壓帶
[0059]64冷卻單元
[0060]70卷收滾輪
[0061]SlO分別提供一加熱組件、一固化組件與一冷卻組件
[0062]Sll分別提供一加熱組件與一固化冷卻組件
[0063]S20將熱塑性復(fù)合材料的原料輸送進入該加熱組件中
[0064]S21將熱塑性復(fù)合材料的原料輸送進入該加熱組件中
[0065]S30加熱、加壓該原料
[0066]S31加熱、加壓該原料
[0067]S40將該原料輸送進入該固化組件中
[0068]S41將該原料輸送進入該固化冷卻組件中
[0069]S50進行區(qū)間加壓固化
[0070]S51進行區(qū)間加壓固化，并冷卻
[0071]S60將該原料輸送進入該冷卻組件中
[0072]S70進行冷卻
[0073]S80卷收
[0074]S81 切割
【具體實施方式】
[0075]請同時參閱圖2與圖3，該二圖分別為根據(jù)本發(fā)明實施例的熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)方法的流程圖與設(shè)備示意圖。根據(jù)本發(fā)明實施例的熱塑性復(fù)合材料的連續(xù)生產(chǎn)方法包括，首先分別提供一加熱組件30、一固化組件40與一冷卻組件50 (步驟S10);然后進行步驟S20，將熱塑性復(fù)合材料的原料輸送進入加熱組件30中；于該加熱組件30中加熱、力口壓該原料(步驟S30);然后進行步驟S40，將加熱、加壓后的原料進一步輸送進入固化組件40中；之后進行步驟S50的區(qū)間加壓固化，將熱塑性復(fù)合材料定型；最后則將該區(qū)間加壓固化后的原料輸送進入冷卻組件50中(步驟S60)，進行步驟S70，冷卻熱塑性復(fù)合材料。制備完成后的成品可依據(jù)需求，進行步驟S80，利用卷收滾輪70進行卷收，或是進行步驟S81，利用切割器(圖中未示)將復(fù)合材料依所需的尺寸加以切割。
[0076]關(guān)于加熱組件30、固化組件40與冷卻組件50，于本實施例中為個別具獨立功能的組件。加熱組件30可包括一加熱單元31、多個第一輸送滾輪32以及裝設(shè)在所述第一輸送滾輪32上