TWI806144B - 纖維預浸布的含浸裝置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本揭示內容提供一種纖維預浸布的含浸裝置,包含膜層分離組件、熱壓元件以及熱阻隔元件。熱壓元件設置於膜層分離組件下方。熱阻隔元件設置於膜層分離組件以及熱壓元件之間。本揭示內容還提供纖維預浸布的含浸方法。
Description
本揭示內容是有關於纖維預浸布的含浸裝置及其含浸方法。
纖維布成型,一般分為兩階段,首先為樹脂塗佈階段,也就是將樹脂塗布於離型層上。接著為含浸階段,主要是熱壓合樹脂層與纖維層 (熱壓合前可以先經展紗處理),形成纖維預浸布。纖維預浸布再加工所製成的布料應用範圍廣泛,舉例而言,碳纖維與樹脂結合成的碳纖維預浸布所製備而成的強化複合材料,具有質量輕且優異的強度與模數等特性,廣泛應用於運動、娛樂用品的構造零件、交通運輸工具的結構與內裝部件、或土木建築等。
然而,習知的含浸裝置,為利於步驟連續式執行,樹脂層的發送元件以及將樹脂層與膜層分離的分離元件鄰近熱壓元件 (例如位於熱壓元件上方)。熱壓元件加熱狀態下,產生的熱輻射與熱氣,將導致樹脂層位於發送元件以及分離元件時,便過早遇熱軟化,從而在後續分離膜層時,樹脂沾黏於膜層上,導致含浸效果不佳。
因此,本揭示內容之一態樣是提供一種纖維預浸布的含浸裝置,包含膜層分離組件、熱壓元件在垂直方向上設置於膜層分離組件下方、以及熱阻隔元件在垂直方向上設置於膜層分離組件以及熱壓元件之間。
在一些實施方式中,膜層分離組件包含第一輥輪;膜層收合元件設置於第一輥輪上方;以及第二輥輪在垂直方向上設置於膜層收合元件以及第一輥輪之間,並且第一輥輪朝膜層收合元件的方向、以及第一輥輪朝第二輥輪的方向交會處,呈大於0度的分離角度。
在一些實施方式中,第二輥輪的位置為可調式,經由改變第二輥輪的位置,改變分離角度。
在一些實施方式中,含浸裝置更包含:樹脂膠膜發送元件設置於第一輥輪上方,當垂直投影於第一輥輪所在的水平面時,樹脂膠膜發送元件與膜層收合元件分別位於第一輥輪的相對兩側,其中第一輥輪所在的水平面垂直於垂直方向;以及纖維發送元件設置於膜層分離組件下方。
在一些實施方式中,熱阻隔元件中靠近熱壓元件的表面為熱反射材質。
在一些實施方式中,熱阻隔元件呈弧形形狀。
在一些實施方式中,其中當垂直投影於熱壓元件所在的水平面時,熱阻隔元件的投影重合並大於熱壓元件的投影,其中熱壓元件所在的水平面垂直於垂直方向。
本揭示內容之一態樣是提供一種纖維預浸布的含浸方法,包含:提供含浸裝置包含膜層分離組件、在垂直方向上設置於膜層分離組件下方的熱壓元件、以及在垂直方向上設置於膜層分離組件以及熱壓元件之間的熱阻隔元件;提供樹脂膠膜,其中樹脂膠膜包含離型膜、樹脂層位於離型膜上、以及膜層位於樹脂層上;使用含浸裝置中的膜層分離組件,自樹脂膠膜將膜層與樹脂層分離,獲得樹脂複合結構包含離型膜以及樹脂層;提供纖維層;使用含浸裝置中的熱壓元件,在高於90°C的溫度中,由上至下依序以樹脂複合結構、纖維層以及樹脂複合結構的順序熱壓合,獲得纖維預浸布,其中纖維預浸布中的樹脂層與纖維層直接接觸。
在一些實施方式中,在使用含浸裝置中的熱壓元件的步驟時,同時使用含浸裝置中的膜層分離組件自樹脂膠膜將膜層與樹脂層分離。
在一些實施方式中,在使用含浸裝置中的膜層分離組件,自樹脂膠膜將膜層與樹脂層分離的步驟包含:若當樹脂層的黏性 (tack) 為500公克重至2000公克重時,調整膜層分離組件中膜層以及樹脂層的分離角度為18度至45度之間。
可以理解的是,下述內容提供的不同實施方式或實施例可實施本揭露之標的不同特徵。特定構件與排列的實施例係用以簡化本揭露而非侷限本揭露。當然,這些僅是實施例,並且不旨在限制。舉例來說,以下所述之第一特徵形成於第二特徵上的敘述包含兩者直接接觸,或兩者之間隔有其他額外特徵而非直接接觸。此外,本揭露在複數個實施例中可重複參考數字及/或符號。這樣的重複是為了簡化和清楚,而並不代表所討論的各實施例及/或配置之間的關係。
本說明書中所用之術語一般在本領域以及所使用之上下文中具有通常性的意義。本說明書中所使用的實施例,包括本文中所討論的任何術語的例子僅是說明性的,而不限制本揭示內容或任何示例性術語的範圍和意義。同樣地,本揭示內容不限於本說明書中所提供的一些實施方式。
另外,空間相對用語,如「下」、「上」等,是用以方便描述一元件或特徵與其他元件或特徵在圖式中的相對關係。這些空間相對用語旨在包含除了圖式中所示之方位以外,裝置在使用或操作時的不同方位。裝置可被另外定位(例如旋轉90度或其他方位),而本文所使用的空間相對敘述亦可相對應地進行解釋。
於本文中,除非內文中對於冠詞有所特別限定,否則『一』與『該』可泛指單一個或多個。將進一步理解的是,本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』及相似詞彙,指明其所記載的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件,但不排除其它的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件,與/或其中之群組。
本文參照引用的所有文獻,視同透過引用每篇個別文獻或專利申請書特定且個別併入參考文獻。倘若引用文獻對一術語的定義或用法,與此處對此術語的定義不一致或相反,則適用本文對此術語的定義。
以下列舉數個實施方式以更詳盡闡述本發明之觸碰裝置,然其僅為例示說明之用,並非用以限定本發明,本發明之保護範圍當以後附之申請專利範圍所界定者為準。
請參閱第1圖,第1圖繪示根據本揭示內容之一些實施方式的纖維預浸布的含浸方法100的流程圖,包含步驟S110,提供含浸裝置,包含膜層分離組件、熱壓元件、以及熱阻隔元件位於膜層分離組件以及熱壓元件之間;步驟S120,提供樹脂膠膜;步驟S130,使用含浸裝置中的膜層分離組件,自樹脂膠膜將膜層與樹脂層分離,獲得樹脂複合結構包含離型膜以及樹脂層;步驟S140,提供纖維層;以及步驟S150,使用含浸裝置中的熱壓元件,在高於90℃的溫度中,熱壓合纖維層與樹脂複合結構,獲得纖維預浸布。
在一些實施方式中,可以僅在部分步驟(例如步驟S130以及步驟S150)使用含浸裝置即可,舉例而言,可以以人工方式,或是由其他機台分別提供樹脂膠膜以及纖維層。在一些實施方式中,第1圖所示之含浸方法100中的所有步驟可以僅由單一的纖維預浸布的含浸裝置執行。為易於理解,下文以第2圖之含浸裝置200為例,以具體說明纖維預浸布的含浸方法100的流程,然而,本揭示內容的實施態樣不限於此。
第2圖繪示根據本揭示內容之一些實施方式的纖維預浸布的含浸裝置200執行含浸方法時的側視圖。
如第2圖所示,提供含浸裝置200包含樹脂膠膜發送元件210、膜層分離組件220、纖維發送元件230、熱壓元件240、以及熱阻隔元件250。下文中若無特別
說明,則元件之間「上」、「下」的相對關係,主要是針對Z軸方向(垂直方向)而言。樹脂膠膜發送元件210鄰近膜層分離組件220,例如位於膜層分離組件220中的第一輥輪222上方,當垂直投影於第一輥輪222所在的水平面(X軸上與Z軸垂直的平面)時,樹脂膠膜發送元件210與膜層收合元件224分別位於第一輥輪222的相對兩側。熱壓元件240設置於膜層分離組件220下方。纖維發送元件230設置於膜層分離組件220下方,例如可以在Z軸方向上,位於熱壓元件240中的輥輪R1以及輥輪R2之間。熱阻隔元件250設置於熱壓元件240以及膜層分離組件220之間。
首先,經由樹脂膠膜發送元件210,提供樹脂膠膜M0,其中樹脂膠膜M0包含離型膜L1、樹脂層L2位於離型膜L1上、以及膜層L3位於樹脂層L2上。
在一些實施方式中,膜層L3為透明的薄膜狀結構,用於阻隔樹脂層L2與環境中的懸浮微粒或是其他來源的污染物接觸,保持樹脂層L2表面的潔淨。在一些實施方式中,膜層L3材質可包含例如高分子聚合物(例如塑膠)。
在一些實施方式中,樹脂層L2的材質可以包含熱塑性樹脂(例如環氧樹脂)。在一些實施方式中,樹脂層L2的熔點低於90℃,舉例而言,樹脂層L2的熔點為70℃、80℃、90℃、或前述任意區間中的數值。
接著,使用樹脂膠膜發送元件210,將樹脂膠膜M0沿一特定路徑將樹脂膠膜M0輸送至膜層分離組件220。膜層分離組件220配置以經由特定分離角度A,自樹脂膠膜M0將膜層L3與樹脂層L2分離,從而獲得樹脂複合結構M1,其中樹脂複合結構M1包含離型膜L1以及位於離型膜L1上的樹脂層L2。
在一些實施方式中,膜層分離組件220包含第一輥輪222、膜層收合元件224、以及第二輥輪226。第一輥輪222設置於樹脂膠膜發送元件210下方,配置以接收樹脂膠膜M0。膜層收合元件224設置於第一輥輪222上方,配置以自第一輥輪222收合經分離的膜層L3 (例如將膜層L3以捲式收合)。第二輥輪226在Z軸方向上,設置於膜層收合元件224以及第一輥輪222之間,配置經由第一輥輪222朝膜層收合元件224的方向、以及第一輥輪222朝第二輥輪226的方向交會處所夾之分離角度A (大於0),自樹脂膠膜M0中分離出樹脂層L2以及離型膜L1 (即,樹脂複合結構M1)。
在一些實施方式中,第二輥輪226的位置為可調式,經由改變第二輥輪226的位置,改變分離角度A,例如可以對應樹脂層L2的黏度,在X軸方向或是Z軸方向上,移動第二輥輪226,從而改變分離角度A,實現更好的膜層L3分離效果。
例如請見第3圖,第3圖同樣是根據本揭示內容之一些實施方式的纖維預浸布的含浸裝置200執行含浸方法時的側視圖,與第2圖的差異在於,第3圖中的樹脂層L2的黏度較高,為利於分離樹脂層L2與膜層L3,第二輥輪226的位置沿方向D (Z軸方向)下移,增加分離角度A。
在一些實施方式中,若當樹脂層L2的黏性為500公克重以下時,可以調整膜層L3以及樹脂層L2的分離角度為18度以下。例如當樹脂層L2的黏性為100公克重至500公克重之間時,調整膜層L3以及樹脂層L2的分離角度為13度至18度之間 (例如13度、14度、15度、16度、17度、18度、或前述任意區間中的數值)。
在一些實施方式中,若當樹脂層L2的黏性為500公克重至2000公克重之間時,調整膜層L3以及樹脂層L2的分離角度為18度至45度之間。
舉例而言,若當樹脂層L2的黏性為500公克重至900公克重時,調整膜層L3以及樹脂層L2的分離角度為18度至25度之間 (例如18度、19度、20度、21度、22度、23度、24度、25度或前述任意區間中的數值)。若當樹脂層L2的黏性為900公克重至1300公克重時,調整膜層L3以及樹脂層L2的分離角度為25度至33度之間 (例如25度、26度、27度、28度、29度、30度、31度、32度、33度或前述任意區間中的數值)。若當樹脂層L2的黏性為1300公克重至2000公克重時,調整膜層L3以及樹脂層L2的分離角度為33度至45度之間 (例如33度、34度、35度、36度、37度、38度、39度、40度、41度、42度、43度、44度、45度或前述任意區間中的數值)。若當樹脂層L2的黏性為2000公克重以上時,膜層L3以及樹脂層L2的分離角度為45度。
值得說明的是,若未依據樹脂層L2的黏度調整分離角度A,則若樹脂層L2黏度過高,可能使分離效果不彰,樹脂層L2的樹脂殘留於膜層L3表面;若樹脂層L2黏度過低,將因分離角度A提供分離應力過大,導致膜層L3過早由樹脂膠膜M0分離,而可能造成膜層L3位移、難以有效收合,並且增加樹脂層L2表面的暴露時間,間接提升污染分子沾附於樹脂表面的風險。
請回見第2圖,另一方面,同時經由纖維發送元件230,提供纖維層F至熱壓元件240。在一些實施方式中,纖維層F例如碳纖維或玻璃纖維等。在一些實施方式中,在纖維發送元件230,以及熱壓元件240之間設置有展紗元件260,配置以對纖維層F進行展紗,調整纖維層F中纖維排列以及或是寬度等性能。
接著,使用熱壓元件240接收纖維層F,並且分別自纖維層F的上下兩側(以Z軸方向而言),同時接收兩份樹脂複合結構M1(例如以纖維層F為對稱軸,下側的元件與上側的元件呈對稱分布,此處圖未示)。
接著,在高於90℃的溫度(例如90℃、100℃、110℃、120℃或前述任意區間的數值)中,將兩份樹脂複合結構M1中的樹脂層L2均與纖維層F
的直接接觸,並且由上至下依序以樹脂複合結構M1、纖維層F以及樹脂複合結構M1的順序熱壓合,獲得纖維預浸布C,其中纖維預浸布C中的纖維層F的上表面以及下表面均與樹脂層L2直接接觸。
值得強調的是,含浸裝置200為連續式裝置,在使用熱壓元件240,熱壓合纖維層F與樹脂複合結構M1的同時,同時使用膜層分離組件220自樹脂膠膜M0將膜層L3與樹脂層L2分離。因此,若無設置熱阻隔元件250於熱壓元件240以及膜層分離組件220之間,阻隔熱壓元件240的熱氣,則熱壓元件240即使在低於90℃(例如70℃至85℃)進行熱壓合,在膜層分離組件220分離樹脂膠膜M0時,樹脂可能便會受熱軟化,並於分離時沾黏於膜層L3,造成後續用於熱壓合的樹脂層L2缺損,降低纖維預浸布C的含浸效果。
在一些實施方式中,熱阻隔元件250為隔熱材質,例如多孔材料(例如泡棉或是纖維)或熱反射材料(鋁箔或鎳等)。
在一些實施方式中,熱阻隔元件250可以完全遮蔽熱壓元件240,例如當垂直投影於熱壓元件240所在的水平面(X軸上與Z軸垂直的平面)時,熱阻隔元件250的投影重合並大於熱壓元件240的投影,經由大面積遮蔽熱壓元件240,避免熱氣流至膜層分離組件220以及樹脂膠膜發送元件210,達成較好的熱氣阻隔效果。
在一些實施方式中,熱阻隔元件250可以在靠近熱壓元件240的表面252A使用熱反射材質 (例如金屬 (鋁箔或鎳等)),或是調整熱阻隔元件250的形狀,以提升隔熱效果。
例如請見第4A圖至第4D圖,例示本揭示內容的一些實施方式中的熱阻隔元件250的不同示例。
第4A圖以及第4B圖 (以下請同時參閱第2圖) 的熱阻隔元件250為雙層的層狀結構,在靠近熱壓元件240一側為熱反射層252,另一側則為多孔層254。第4A圖以及第4B圖的差異在於,第4B圖的熱阻隔元件250呈弧形,利用弧形的凹入式形狀設計同時搭配朝向熱壓元件240的熱反射層252設置,將熱氣收斂於熱壓元件240一側,相較於第4A圖的矩形的平板式設計,第4B圖的弧形達成較好的隔熱效果,可以實現在分離膜層L3時,儘管熱壓合溫度提升至110°C,樹脂層L2仍不會過度軟化而殘留於膜層L3的效果。
第4C圖以及第4D圖的熱阻隔元件250與第4A圖以及第4B圖的熱阻隔元件250的差異主要在於,第4C圖以及第4D圖的熱阻隔元件250是使用熱反射層252包覆多孔層254。也就是,第4C圖以及第4D圖的熱阻隔元件250中,熱反射層252暴露於外側表面,同樣可以達到反射熱能的熱氣阻隔效果。另一方面,第4C圖以及第4D圖之間的差異,在於第4C圖為矩形,而第4D圖為弧形,此部分討論可同參第4A圖以及第4B圖的敘述,於此不再贅述。
因此,請回到第2圖,經由調整熱阻隔元件250的位置、遮蔽面積、形狀、材質以及結構設計,可以調控熱阻隔元件250的熱氣阻隔效果,從而在分離膜層L3時,不殘留樹脂於膜層L3的前提下,提升熱壓元件240可容許的熱壓溫度,進而提升樹脂層L2中樹脂種類的選擇彈性,例如可以將熔點較低 (例如低於90°C) 的樹脂納入樹脂層L2的選擇。
在一些實施方式中,可以根據纖維層F的厚度需求,選擇性添加纖維層F的增厚製程,包含提供另一纖維層;移除纖維預浸布C的離型膜L1,獲得待加工纖維預浸布;以及以另一纖維層與樹脂層L2直接接觸的方式,熱壓另一纖維層以及待加工纖維預浸布,獲得增厚纖維預浸布。
本揭示內容之一些實施方式提供纖維預浸布的含浸裝置及其含浸方法,透過熱阻隔元件的設置,避免樹脂膠膜在膜層分離組件時,因接收到熱壓元件的熱氣,而過早軟化,黏附於膜層上,造成樹脂缺損,纖維含浸不良的情形。
雖然本揭示內容已以數個特定實施例揭露如上,但可對前述揭露內容進行各種潤飾、各種更動及替換,而且應可理解的是,在不脫離本揭示內容之精神和範圍內,某些情況將採用本揭示內容實施例之某些特徵但不對應使用其他特徵。因此,本揭示內容的精神和權利要求範圍不應限於以上例示實施例所述。
100:含浸方法
200:含浸裝置
210:樹脂膠膜發送元件
220:膜層分離組件
222:第一輥輪
224:膜層收合元件
226:第二輥輪
230:纖維發送元件
240:熱壓元件
250:熱阻隔元件
252:熱反射層
252A:表面
254:多孔層
260:展紗元件
A:分離角度
C:纖維預浸布
D:方向
F:纖維層
M0:樹脂膠膜
M1:樹脂複合結構
L1:離型膜
L2:樹脂層
L3:膜層
R1、R2:輥輪
S110、S120、S130、S140、S150:步驟
X:X軸
Z:Z軸
為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂,所附圖式之詳細說明如下: 第1圖繪示根據本揭示內容之一些實施方式的纖維預浸布的含浸方法的流程圖。 第2圖繪示本揭示內容之一些實施方式的纖維預浸布的含浸裝置執行含浸方法時的側視圖。 第3圖繪示本揭示內容之一些實施方式的纖維預浸布的含浸裝置執行含浸方法時的側視圖。 第4A圖至第4D圖繪示本揭示內容的一些實施方式中的熱阻隔元件的不同示例。
200:含浸裝置
210:樹脂膠膜發送元件
220:膜層分離組件
222:第一輥輪
224:膜層收合元件
226:第二輥輪
230:纖維發送元件
240:熱壓元件
250:熱阻隔元件
252A:表面
260:展紗元件
A:分離角度
C:纖維預浸布
F:纖維層
M0:樹脂膠膜
M1:樹脂複合結構
L1:離型膜
L2:樹脂層
L3:膜層
R1、R2:輥輪
X:X軸
Z:Z軸
Claims (7)
- 一種纖維預浸布的含浸裝置,包含:一膜層分離組件,包含:一第一輥輪;一膜層收合元件設置於該第一輥輪上方;以及一第二輥輪在一垂直方向上設置於該膜層收合元件以及該第一輥輪之間,並且該第一輥輪朝該膜層收合元件的方向、以及該第一輥輪朝該第二輥輪的方向交會處,呈大於0度的一分離角度;一熱壓元件,在該垂直方向上設置於該膜層分離組件下方;以及一熱阻隔元件,在該垂直方向上設置於該膜層分離組件以及該熱壓元件之間,其中當垂直投影於該熱壓元件所在的水平面時,該熱阻隔元件的投影重合並大於該熱壓元件的投影,其中該熱壓元件所在的水平面垂直於該垂直方向,並且該熱阻隔元件呈一弧形形狀,其中該弧形形狀的凹入式形狀朝向該熱壓元件,用以將該熱壓元件產生的熱氣收斂於該熱壓元件一側,其中當該第一輥輪、該第二輥輪以及該熱阻隔元件垂直投影於該熱阻隔元件所在的水平面時,該第一輥輪的投影部分重合該熱阻隔元件的投影,該第二輥輪的投影與該熱阻隔元件的投影彼此間隔並且分別在一水平方向上位於該第一輥輪的投影的相對兩側。
- 如請求項1所述的含浸裝置,其中該第二輥輪的位置為可調式,經由改變該第二輥輪的位置,改變該分離角度。
- 如請求項1所述的含浸裝置,更包含:一樹脂膠膜發送元件設置於該第一輥輪上方,當垂直投影於該第一輥輪所在的水平面時,該樹脂膠膜發送元件與該膜層收合元件分別位於該第一輥輪的相對兩側,其中該第一輥輪所在的水平面垂直於該垂直方向;以及一纖維發送元件設置於該膜層分離組件下方。
- 如請求項1所述的含浸裝置,其中該熱阻隔元件中靠近該熱壓元件的一表面為一熱反射材質。
- 一種纖維預浸布的含浸方法,包含:提供一含浸裝置包含一膜層分離組件、在一垂直方向上設置於該膜層分離組件下方的一熱壓元件、以及在該垂直方向上設置於該膜層分離組件以及該熱壓元件之間的一熱阻隔元件,其中該膜層分離組件包含:一第一輥輪;一膜層收合元件設置於該第一輥輪上方;以及一第二輥輪在該垂直方向上設置於該膜層收合元件以及該第一輥輪之間,並且該第一輥輪朝該膜層收合元件的方向、以及該第一輥輪朝該第二輥輪的方向交會處,呈大 於0度的一分離角度,其中當該熱阻隔元件垂直投影於該熱壓元件所在的水平面時,該熱阻隔元件的投影重合並大於該熱壓元件的投影,其中該熱壓元件所在的水平面垂直於該垂直方向,並且該熱阻隔元件呈一弧形形狀,其中該弧形形狀的凹入式形狀朝向該熱壓元件,用以將該熱壓元件產生的熱氣收斂於該熱壓元件一側,其中當該第一輥輪、該第二輥輪以及該熱阻隔元件垂直投影於該熱阻隔元件所在的水平面時,該第一輥輪的投影部分重合該熱阻隔元件的投影,該第二輥輪的投影與該熱阻隔元件的投影彼此間隔並且分別在一水平方向上位於該第一輥輪的投影的相對兩側;提供一樹脂膠膜,其中該樹脂膠膜包含一離型膜、一樹脂層位於該離型膜上、以及一膜層位於該樹脂層上;使用該含浸裝置中的該膜層分離組件,自該樹脂膠膜將該膜層與該樹脂層分離,獲得一樹脂複合結構包含該離型膜以及該樹脂層;提供一纖維層;以及使用該含浸裝置中的該熱壓元件,在高於90℃的溫度中,由上至下依序以該樹脂複合結構、該纖維層以及該樹脂複合結構的順序熱壓合,獲得一纖維預浸布,其中該纖維預浸布中的該樹脂層與該纖維層直接接觸。
- 如請求項5所述的含浸方法,其中在使用該 含浸裝置中的該熱壓元件的步驟時,同時使用該含浸裝置中的該膜層分離組件,自該樹脂膠膜將該膜層與該樹脂層分離。
- 如請求項5所述的含浸方法,其中在使用該含浸裝置中的該膜層分離組件,自該樹脂膠膜將該膜層與該樹脂層分離的步驟包含:若當該樹脂層的黏性為500公克重至2000公克重時,調整該膜層分離組件中該膜層以及該樹脂層的分離角度為18度至45度之間。
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