TWI382925B - Fabrication method of composite material with pattern appearance - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種複合材料工件製造方法，特別是指一種具花紋外觀的複合材料工件製造方法。
目前複合材料工件，特別是預浸複合材料(如預浸碳纖維材料)工件應用的範圍相當廣泛，如筆記型電腦外殼、自行車架及高爾夫球桿頭等都可見到此等複合材料工件的蹤跡。
參閱圖1、圖2，目前關於複合材料工件，特別是預浸複合材料(預浸碳纖維材料)工件的製作成型過程，包含一積層疊合步驟101、一熱壓成型步驟102，及一脫模步驟103。
首先以該積層疊合步驟101積層堆疊多數內含樹脂112的可塑型複合材料片111成一待成型複合材料基材11。
接著進行該熱壓成型步驟102，將該待成型複合材料基材11置於一模具12中進行熱壓，使該待成型複合材料基材11硬化成型，製得一複合材料工件1。
最後進行該脫模步驟103，將製得的該複合材料工件1自該模具12取出，得到該複合材料工件1。
然而，目前製程的主要缺點在於積層堆疊該等內含樹脂112的可塑型複合材料片111時，不可避免地會在該等複合材料片111間夾藏氣體，雖然可藉由在樹脂112沿分模線或流道排流出該模具12外的過程中將位於該待成型複合材料基材111內的氣體帶離，但是由於部份樹脂112在排流出該模具12外的過程中常會黏著於流道內而堵塞流道，使得帶離的氣體仍屬有限，因此未能排出的氣體會在該成型的複合材料工件1上產生多數氣泡與針孔，而必須額外進行填補修飾、研磨該複合材料工件1表面上的缺陷。
另外，由於市面上產品除了本身的實用性外，亦須考量其視覺上的效果與美觀，因此通常會於該複合材料工件1上噴塗塗料使其具有預定的花紋或顏色，如此不但會增加額外的製造成本，同時也易造成污染。
因此，如何設計新的複合材料工件製造方法以提升複合材料工件的良率並降低製造成本，仍有待業界集思廣益。
因此，本發明之目的，即在提供一種步驟簡單且成本低廉的具花紋外觀的複合材料工件製造方法。
於是，本發明一種具花紋外觀的複合材料工件製造方法，包含一積層疊合步驟、一熱壓成型步驟，及一脫模步驟。
首先進行該積層疊合步驟，積層堆疊多數內含樹脂的可塑型複合材料片成一待成型複合材料基材。
然後進行該熱壓成型步驟，將該待成型複合材料基材置於一模具中進行熱壓，使該待成型複合材料基材內含的部分樹脂與該待成型複合材料基材表面部分區域相連結而形成預定花紋，且同時使該待成型複合材料基材硬化成型，製得該具花紋外觀的複合材料工件。
最後進行該脫模步驟，將製得的該具花紋外觀的複合材料工件自該模具取出，得到該具花紋外觀的複合材料工件。
本發明之功效在於：開發一種新的且具花紋外觀的複合材料工件製造方法，藉由熱壓使複合材料基材內含的部分樹脂於複合材料基材表面形成預定花紋，不但可藉成型的花紋強化工件強度，且不需噴塗塗料便可使複合材料基材外觀具花紋，大幅改善目前複合材料工件的製造過程。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之四個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖3，本發明一種具花紋外觀的複合材料工件製造方法的一第一較佳實施例，包含一積層疊合步驟21、一紋路形成步驟22、一熱壓成型步驟23，及一脫模步驟24。
同時參閱圖3、圖4，首先進行該積層疊合步驟21，以積層堆疊的方式將內含樹脂312的多數可塑型複合材料片311(即業界所稱之預浸複合材料)加以堆疊後，得到一待成型複合材料基材31。
同時參閱圖3、圖5及圖6，接著進行該紋路形成步驟22，將一模具32進行表面處理，使該模具32之模面321形成多數紋路322。在此，該模具32模面321的紋路322是先將該模具32拋光至鏡面後，再以例如電腦數值控制加工方式(CNC，Computer Numerical Control)、放電加工方式、蝕刻方式，或是輥壓方式進行表面處理而製得，而可於後續製程中供氣體、樹脂等溢流。
要特別說明的是，該紋路形成步驟22可同步於進行該積層疊合步驟21時實施，或是在進行該積層疊合步驟21之前即實施，且僅需進行一次將預定使用之模具32進行表面處理後，即可供多次使用，而無須於每次進行作業時皆必須實施。
同時參閱圖3、圖7，然後進行該熱壓成型步驟23，將該待成型複合材料基材31置於該模具32的模面321上進行熱壓，在熱壓成型的過程中，位於該等複合材料片311間的氣體沿該等紋路322排出至該模具32外，並令該待成型複合材料基材31內含的部分樹脂312與該待成型複合材料基材31表面部分區域相連結地填覆於該等紋路322中形成預定花紋，且同時使該待成型複合材料基材31硬化成型，製得一具花紋外觀的複合材料工件3。
同時參閱圖3、圖7及圖8，最後進行該脫模步驟24，將製得的該具花紋外觀的複合材料工件3自該模具32取出，得到該具花紋外觀的複合材料工件3。
由上述說明可知，本發明藉由預先於該模具32的模面321上形成該等紋路322，而在熱壓成型的過程中，使該待成型複合材料基材31內含的部分樹脂312與該待成型複合材料基材31表面部分區域相連結地填覆於該等紋路322中形成預定花紋，並同時使該待成型複合材料基材31硬化成型，而製得該具花紋外觀的複合材料工件3，不但能使在加壓過程中所擠壓出位於該等複合材料片311間的氣體可沿該等紋路322排出至該模具32外，避免成型的複合材料工件3上因形成氣泡及針孔而破壞外觀及結構強度，同時，可藉由該樹脂312硬化形成的花紋來強化複合材料工件3整體結構強度，此外，也不需額外執行噴塗塗料的程序，即可使複合材料工件3外觀具預定花紋而可簡化製程步驟及降低成本。
同時參閱圖9、圖10，本發明一種具花紋外觀的複合材料工件製造方法的一第二較佳實施例大致上是與該第一較佳實施例相似，其不同處在於熱壓成型步驟43中所使用的模具52包括分別形成有多數紋路523、524的一上模面521及一下模面522，且該熱壓成型步驟43是將該待成型複合材料基材51置於該上、下模面521、522間進行熱壓，令該待成型複合材料基材51內含的部分樹脂512與該待成型複合材料基材51表面部分區域相連結地填覆於該等紋路523、524中形成預定花紋，且同時使該待成型複合材料基材51硬化成型，製得一具花紋外觀的複合材料工件5，並在脫模後得到該具花紋外觀的複合材料工件5。
藉由分別於該模具52的上、下模面521、522形成多數紋路523、524，使成型的複合材料工件5上、下表面皆具花紋外觀，且使得夾藏於該等複合材料片511間的氣體更容易沿該等紋路523、524排出至該模具52外，同時，更進一步強化複合材料工件5的整體結構強度。
同時參閱圖11、圖12，本發明一種具花紋外觀的複合材料工件製造方法的一第三較佳實施例大致上是與該第一較佳實施例相似，其不同處在於本發明具花紋外觀的複合材料工件製造方法的第三較佳實施例是在該積層疊合步驟61之後還增加一膠膜貼覆步驟65，將一對該模具72具有離型性的膠膜73，如材質是選自聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET，Polyethylene Terephthalate)、鄰苯基苯酚(OPP，Ortho-Phenylphenol)或此等材料之一組合的膠膜73包覆在該待成型複合材料基材71的外表面上，使得在該熱壓成型步驟63中，是將包覆有該膠膜73的該待成型複合材料基材71進行熱壓，使該膠膜73部分區域與該模面721的紋路722相配合地形成多數容置槽731，並使該待成型複合材料基材71內含的部分樹脂712與該待成型複合材料基材71表面部分區域相連結地填覆於該等容置槽731中形成預定花紋，同時，使該待成型複合材料基材71硬化成型，製得被該膠膜73包覆的該具花紋外觀的複合材料工件7，之後，在該脫模步驟64中將被該膠膜73包覆的該具花紋外觀的複合材料工件7自該模具72取出後，再將該膠膜73撕離，得到該具花紋外觀的複合材料工件7。
藉由於該積層疊合步驟61之後增加一膠膜貼覆步驟65，可有效使該待成型複合材料基材71中的樹脂712因該膠膜73的隔離而不會與該模具72的模面721接觸，可以免去殘膠黏著於模面721上而須清模的困擾，且藉由該膠膜73對該模具72具有離型性，而在熱壓成型後可直接且容易地將成型後該具花紋外觀的複合材料工件7自該模具72中取出。
同時參閱圖13、圖14，本發明一種具花紋外觀的複合材料工件製造方法的一第四較佳實施例，包含一積層疊合步驟81、一紋路形成步驟82、一膠膜貼覆步驟85、一熱壓成型步驟83，及一脫模步驟84。
首先進行該積層疊合步驟81，以積層堆疊的方式將內含樹脂912的多數可塑型複合材料片911(即業界所稱之預浸複合材料)加以堆疊後，得到一待成型複合材料基材91。
接著進行該紋路形成步驟82，將一包括一黏貼面931及一離型面932的膠膜93，如材質是選自聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET，Polyethylene Terephthalate)、鄰苯基苯酚(OPP，Ortho-Phenylphenol)或此等材料之一組合的膠膜93進行表面處理，使該膠膜93的黏貼面931形成多數紋路933。在此，該膠膜93之黏貼面931的紋路933是以例如立體印刷方式，或是輥壓方式表面處理而製得，而可於後續製程中供氣體、樹脂等溢流。
要特別說明的是，該紋路形成步驟82可同步於進行該積層疊合步驟81時實施，或是在進行該積層疊合步驟81之前即實施，此外，也可在該膠膜93的製作過程中直接一體成型地於該黏貼面931上形成該等紋路933，或是直接使用現成供應的表面具紋路933的膠膜93，便可省略此紋路形成步驟82。
然後進行該膠膜貼覆步驟85，將該膠膜93以該黏貼面931接觸該待成型複合材料基材91地貼覆於該待成型複合材料基材91上。
接著進行該熱壓成型步驟83，將貼覆有該膠膜93的該待成型複合材料基材91以該離型面932接觸該模具92地置於該模具92中進行熱壓，使該待成型複合材料基材91內含的部分樹脂912與該待成型複合材料基材91表面部分區域相連接地填覆於該等紋路933中形成預定花紋，且同時使該待成型複合材料基材91硬化成型，製得被該膠膜93包覆的一具花紋外觀的複合材料工件9。
最後進行該脫模步驟84，將被該膠膜93包覆的該具花紋外觀的複合材料工件9自該模具92取出後將該膠膜93撕離，得到該具花紋外觀的複合材料工件9。
由上述說明可知，藉由預先於該膠膜93的黏貼面931上形成該等紋路933，而在熱壓成型的過程中，使該待成型複合材料基材91內含的部分樹脂912與該待成型複合材料基材91表面部分區域相連結地填覆於該等紋路933中形成預定花紋，同樣可達成如該第一較佳實施例所述的功效，同時，還可藉由該膠膜93的隔離而可以免去殘膠黏著於模具92上而須清模的困擾。
在此要特別說明的是，本發明適用於用以製造複合材料工件的各種型態模具，如先將待成型複合材料基材貼覆於模具芯模的外表面，再將芯模及待成型複合材料基材置於模具外模內熱壓成型成中空複合材料工件，或是先將待成型複合材料基材貼覆於具容置空間及開口之模具的模面上，再自開口將氣袋置入容置空間中，並在熱壓成型過程中充氣而與模具相配合擠壓待成型複合材料基材而成中空複合材料工件，同樣皆可藉由於模面形成紋路而可簡單製得具花紋外觀的複合材料工件。由於此等用以製造複合材料工件的模具種類眾多，在此不再一一贅述。
綜上所述，本發明主要是開發一種新的且具花紋外觀的複合材料工件製造方法，藉由預先於模具的模面或是膠膜的黏貼面上形成紋路，使複合材料基材內含的樹脂於複合材料基材表面形成預定花紋，不但可使位於該等複合材料片間的氣體沿紋路排出至模具外，而避免成型的複合材料工件上因形成氣泡及針孔而破壞外觀及結構強度以外，同時，更可利用成型於複合材料工件表面的花紋加強複合材料工件整體結構強度，此外，更不需額外執行噴塗塗料的程序，即可使複合材料工件外觀具預定花紋而可簡化製程步驟及降低成本，確實改進習知製造方法會因氣體無法排出而在複合材料工件表面形成氣泡及針孔，造成良率下降，且必須額外噴塗塗料使複合材料工件外觀形成花紋的缺點，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
21．．．積層疊合步驟
22．．．紋路形成步驟
23．．．熱壓成型步驟
24．．．脫模步驟
3．．．具花紋外觀的複合材料工件
31．．．複合材料基材
311．．．複合材料片
312．．．樹脂
32．．．模具
321．．．模面
322．．．紋路
41．．．積層疊合步驟
42．．．紋路形成步驟
43．．．熱壓成型步驟
44．．．脫模步驟
5．．．具花紋外觀的複合材料工件
51．．．複合材料基材
511．．．複合材料片
512．．．樹脂
52．．．模具
521．．．上模面
522．．．下模面
523．．．紋路
524．．．紋路
61．．．積層疊合步驟
62．．．紋路形成步驟
63．．．熱壓成型步驟
64．．．脫模步驟
65．．．膠膜貼覆步驟
7．．．具花紋外觀的複合材料工件
71．．．複合材料基材
712．．．樹脂
72．．．模具
721．．．模面
722．．．紋路
73．．．膠膜
731．．．容置槽
81．．．積層疊合步驟
82．．．紋路形成步驟
83．．．熱壓成型步驟
84．．．脫模步驟
85．．．膠膜貼覆步驟
9．．．具花紋外觀的複合材料工件
91‧‧‧複合材料基材
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933‧‧‧紋路
圖1是一流程圖，說明習知的複合材料工件製造方法；
圖2是一部份剖視示意圖，輔助說明圖1習知的複合材料工件製造方法中，模具不具紋路；
圖3是一流程圖，說明本發明具花紋外觀的複合材料工件製造方法的第一較佳實施例；
圖4是一部份剖視示意圖，輔助說明圖3本發明具花紋外觀的複合材料工件製造方法的第一較佳實施例中，積層疊合複合材料片的情形；
圖5是一側視示意圖，輔助說明圖3本發明具花紋外觀的複合材料工件製造方法的第一較佳實施例中，於模具的模面形成紋路；
圖6是一部份放大圖，輔助說明形成於模具之模面的紋路態樣；
圖7是一部份剖視示意圖，輔助說明圖3本發明具花紋外觀的複合材料工件製造方法的第一較佳實施例中，在熱壓時待成型複合材料基材的樹脂填覆於紋路中的情形；
圖8是一部份立體剖視圖，說明本發明具花紋外觀的複合材料工件製造方法的所製得的具花紋外觀的複合材料工件；
圖9是一流程圖，說明本發明具花紋外觀的複合材料工件製造方法的第二較佳實施例；
圖10是一部份剖視示意圖，輔助說明圖9本發明具花紋外觀的複合材料工件製造方法的第二較佳實施例中，模具的上、下模面皆形成有紋路；
圖11是一流程圖，說明本發明具花紋外觀的複合材料工件製造方法的第三較佳實施例；
圖12是一部份剖視示意圖，輔助說明圖11本發明具花紋外觀的複合材料工件製造方法的第三較佳實施例中，是將膠膜貼覆於待成型複合材料基材上後再進行熱壓；
圖13是一流程圖，說明本發明具花紋外觀的複合材料工件製造方法的第四較佳實施例；及
圖14是一部份剖視示意圖，輔助說明圖13本發明具花紋外觀的複合材料工件製造方法的第四較佳實施例中，是將膠膜貼覆於待成型複合材料基材上後再進行熱壓，而使樹脂填覆於膠膜之紋路中的情形。
21．．．積層疊合步驟
22．．．紋路形成步驟
23．．．熱壓成型步驟
24．．．脫模步驟
Claims (16)
- 一種具花紋外觀的複合材料工件製造方法，包含：一積層疊合步驟，積層堆疊多數內含樹脂的可塑型複合材料片成一待成型複合材料基材；一紋路形成步驟，形成有多數紋路；一熱壓成型步驟，將該待成型複合材料基材置於一模具中進行熱壓，使該待成型複合材料基材內含的部分樹脂熱融並被壓出後，依據該紋路形成步驟所形成的多數紋路與該待成型複合材料基材表面部分區域相連結而形成預定花紋，且同時使該待成型複合材料基材硬化成型，製得該具花紋外觀的複合材料工件；及一脫模步驟，將製得的該具花紋外觀的複合材料工件自該模具取出，得到該具花紋外觀的複合材料工件。
- 依據申請專利範圍第1項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，其中，該模具包括一具有多數紋路並與該待成型複合材料基材接觸的模面，該熱壓成型步驟是將該待成型複合材料基材置於該模面上並進行熱壓，且在熱壓時是令該待成型複合材料基材內含的部分樹脂與該待成型複合材料基材表面部分區域相連結地填覆於該等紋路中形成預定花紋。
- 依據申請專利範圍第1項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，其中，該模具包括分別與該待成型複合材料基材接觸的一上模面及一下模面，且該上模面及該下模面分別具有多數紋路，該熱壓成型步驟是將該待成 型複合材料基材置於該上、下模面間並進行熱壓，且在熱壓時是令該待成型複合材料基材內含的部分樹脂與該待成型複合材料基材表面部分區域相連結地填覆於該等紋路中形成預定花紋。
- 依據申請專利範圍第1、2或3項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，還包含一膠膜貼覆步驟，是在該積層疊合步驟之後將一對該模具具離型性的膠膜貼覆在該待成型複合材料基材上，且該熱壓成型步驟是將貼覆有該膠膜的該待成型複合材料基材進行熱壓，使該膠膜部分區域與該模面的紋路相配合地形成多數容置槽，並使該待成型複合材料基材內含的部分樹脂與該待成型複合材料基材表面部分區域相連結地填覆於該等容置槽中形成預定花紋，同時，使該待成型複合材料基材硬化成型，製得被該膠膜包覆的該具花紋外觀的複合材料工件，之後，在該脫模步驟中將被該膠膜包覆的該具花紋外觀的複合材料工件自該模具取出後將該膠膜撕離，得到該具花紋外觀的複合材料工件。
- 依據申請專利範圍第4項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，其中，該膠膜貼覆步驟的膠膜材質是選自聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、鄰苯基苯酚(OPP)或此等材料之一組合。
- 依據申請專利範圍第5項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，其中，該紋路形成步驟是將該模具進行表面處理，使該模具的模面形成該等紋路。
- 依據申請專利範圍第6項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，其中，該紋路形成步驟是將該模具的模面進行電腦數值控制加工(CNC)，使該模面形成該等紋路。
- 依據申請專利範圍第6項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，其中，該紋路形成步驟是將該模具的模面進行放電加工，使該模面形成該等紋路。
- 依據申請專利範圍第6項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，其中，該紋路形成步驟是將該模具的模面進行表面蝕刻，使該模面形成該等紋路。
- 依據申請專利範圍第6項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，其中，該紋路形成步驟是將該模具的模面進行輥壓，使該模面形成該等紋路。
- 依據申請專利範圍第1項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，還包含一膠膜貼覆步驟，是在該積層疊合步驟之後將一膠膜貼覆於該待成型複合材料基材上，其中，該膠膜包括一具有多數紋路且接觸該待成型複合材料基材的黏貼面，及一相反於該黏貼面且對該模具具離型性的離型面，該熱壓成型步驟是將貼覆有該膠膜的該待成型複合材料基材以該離型面接觸模具地置於該模具中進行熱壓，使該待成型複合材料基材內含的部分樹脂與該待成型複合材料基材表面部分區域相連接地填覆於該等紋路中形成預定花紋，且同時使該待成型複合材料基材硬化成型，製得被該膠膜包覆的該具花紋外觀的 複合材料工件，之後，在該脫模步驟中將被該膠膜包覆的該具花紋外觀的複合材料工件自該模具取出後將該膠膜撕離，得到該具花紋外觀的複合材料工件。
- 依據申請專利範圍第11項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，其中，該膠膜貼覆步驟的膠膜材質是選自聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、鄰苯基苯酚(OPP)或此等材料之一組合。
- 依據申請專利範圍第12項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，其中，該紋路形成步驟是將該膠膜進行表面處理，使該膠膜的黏貼面形成該等紋路。
- 依據申請專利範圍第13項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，其中，該紋路形成步驟是將該膠膜的黏貼面進行表面立體印刷，使該黏貼面形成該等紋路。
- 依據申請專利範圍第13項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，其中，該紋路形成步驟是將該膠膜的黏貼面進行輥壓，使該黏貼面形成該等紋路。
- 依據申請專利範圍第12項所述之具花紋外觀的複合材料工件製造方法，其中，該等紋路是與該膠膜一體成型地形成於該膠膜的黏貼面上。
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