WO2010078697A1

WO2010078697A1 - 预浸热塑性树脂的纤维结构的制造方法

Info

Publication number: WO2010078697A1
Application number: PCT/CN2009/000034
Authority: WO
Inventors: 马水源; 郑玲玲
Original assignee: LABON CO Ltd
Current assignee: LABON CO Ltd
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2011-07-09
Also published as: US8623252B2; US20110254193A1

Description

预浸热塑性树脂的纤维结构的制造方法

技术领域

本发明涉及一种预浸热塑性树脂在连续性强化纤维布结构的制造方法，尤其是利用热塑性树脂制造出可经模内二次射出成型而完美结合有设计所需的复杂结构的连续性强化纤维积层体结构成型品。背景技术

在 "节能减碳"的全球议题上与行动信息科技产品发展迅速需求下，业界无不开始追求更具耐冲击力、防电磁波且可被回收处理再利用并减少石化树脂用量的素材，以期符合全球的环保要求以及相关产业的需求。

目前，复材业界在 IT产品的机壳中所使用的连续性强化纤维积层大多经热固性树脂（如环氧树脂）的预浸处理连续性强化纤维积层板 (Fiber Reinforced Thermal-set Plastic, FRP), 而无论是碳纤维或玻璃强化纤维或工程塑料强化纤维一般具有连续性纤维，经热固性树脂的预浸处理，使得热固性树脂含浸包覆纤维表面，以人工将预浸好热固性树脂置入模具塑型，再由适当机械装置加热加压成固定形状或将纤维积层在模具内塑型后，加热使热固性树脂熟化，熟化的热固性塑料可紧紧的与纤维表面结合，可利用热固性塑料与纤维间的界面吸收外来的冲击力能量，进而形成高耐冲击力的结构。

热固性塑料的特性是，一旦将具可流动性的热固性树脂加热而熟化成固态的热固性塑料后，该热固性塑料便不会受后续的加热而变形，亦即仍保持原有的固态形状。

在现有技术中，纤维堆积层在模具内塑型加热加压时，预浸树脂会因压力、温度或时间差异而造成结晶硬化，在纤维间造成部分树脂量不足以覆盖所有的纤维表面或填满纤维间的空隙，使得塑型成品表面凹陷，不仅造成外观缺失，也带来结构强度影响之虑。为改善上述缺失，塑型成品的凹陷部位需经补土涂装、打抛光才能达到外观要求，却又旷时费工，打抛光造成的粉尘也容易造成污染，需要大量人工成本却又难以大量生产。

此外，现有技术大都采用热固性树脂的环氧树脂作为预浸树脂，需要费极长的工时以完成结晶、冷却至硬化塑型的熟化过程，极其耗电耗能，且一旦被塑型固化后，与任何素材结合都需要涂布接口溶剂树脂以改善结合力，因此造成后续应用时增加额外的制造成本与生产不良率。

更甚而，在环境保护的意识高张中，热固性树脂无法被回收再利用，这始终是疑虑与障碍，尤以环氧树脂的含浸树脂废弃后只能粉碎掩埋或研究掺入预拌混泥土中，不可被燃烧，因为燃烧过程中会产生的有毒气体。

因此，需要一种预浸热塑性树脂结构的制造方法，以产生具热塑性预浸树脂的强化纤维积层体结构，使得在需结合不同材质的组件时，能以加热方式使热塑性树脂再胶化而达成，而不需涂布界面溶剂树脂，藉以改善结合力，同时热塑性预浸树脂在成形过程中具有黏滞性，且在加热时不会产生部分固化，进而能避免产品外观发生凹陷，提高保护效应与美观。发明内容

本发明的主要目的是提供一种预浸热塑性树脂结构的制造方法，将含浸有不同热塑性树脂的连续性强化纤维布与含浸有不同热塑性树脂的面材薄片分别进行微胶化烘烤，经裁切形成单层片状的连续性强化纤维板与含浸有不同热塑性树脂的面材板，将多个连续性强化纤维板以及含浸有不同热塑性树脂的面材板进行堆栈，经油压热压机加热压合而形成设计所需的连续性强化纤维积层体复合板材，该连续性强化纤维积层体复合板材含有热塑性树脂的连续性强化纤维板。经冲切成成型品所需的单一板片，在进行片材预热、再将其置入油压热压机内的模具加压加热压合而形成具复杂形状的连续性强化纤维积层体成型品，该连续性强化纤维积层体成型品可进一步配合塑料射出技术的模内二次射出成型较复杂的内结构与设计品需要的框架结构，一贯高度机械化的生产制造完成设计成型品所需的具有连续性强化纤维积层体结构的完整成型结构品。

因此，本发明的制造方法可让具预浸热塑性树脂的连续性强化纤维积层体，能在后续加热加压下与其它组件结合，以解决现有技术中热固性树脂积层体无法轻易再加热进行后续加工的问题。附图说明

图 1为本发明第一实施例预浸热塑性树脂结构的制造方法的流程图。图 2为本发明第二实施例预浸热塑性树脂结构的制造方法的流程图。图 3为本发明第三实施例预浸热塑性树脂结构的制造方法的流程图。图 4为本发明第四实施例预浸热塑性树脂结构的制造方法的流程图。图 5为本发明第五实施例预浸热塑性树脂结构的制造方法的流程图。图 6本发明的连续性强化纤维积层体的示意图。

图 7本发明的连续性强化纤维积层体结构的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10连续性强化纤维积层体

12连续性强化纤维积层体结构

22模内二次射出成型树脂层

S10连续性纤维布含浸

S11连续性面材薄片含浸

S13涂布离型纸

S20、 S21微胶化烘烤

S30、 S31裁切

S32堆栈

S33贴合堆栈

S35再胶化热压

S37裁切

S40、 S41堆栈

S50、 S51油压热压机进行热压

S60、 S61模具热压后冷却成型

S70、 S71 CNC或水刀修边

S80、 S81模内二次射出成型

S90、 S91 成品具体实施方式

以下配合图式及组件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟习本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。

参考图 1，本发明第一实施例预浸热塑性树脂结构的制造方法的流程图。如图 1所示，由步骤 S10开始，将连续性纤维或纤维布含浸在第一热塑性树脂中，形成含浸连续性纤维布，使第一热塑性树脂完全填充连续性纤维布内的缝隙，并且包覆连续性纤维布的整个表面。该含浸处理步骤的实施方式可藉滚轮带动卷桶状的连续性纤维布，以浸泡在装有第一热塑性树脂的处理槽中，并带离开该处理槽，使含浸连续性纤维布具有第一热塑性树脂。

接着进入步骤 S20, 在第一温度下，比如 60〜80°C，进行烘烤，使含浸连续性纤维布的第一热塑性树脂微胶化，形成连续性强化纤维片，并进入步骤 S30。可利用电气加热管或红外线加热装置实现该烘烤处理步骤。

在步骤 S30中，将连续性强化纤维布裁切成适当尺寸大小，形成多个连续性强化纤维板，并进入步骤 S40, 将该等连续性强化纤维板堆栈而形成连续性强化纤维积层板，接着在步骤 S50中，以油压热压机在第二温度下，比如 25〜150°C，对连续性强化纤维积层板进行热压，使第一热塑性树脂再胶化，形成一体的连续性强化纤维板材，进入步骤 S60。

在步骤 S60中，加热至第三温度，比如 180〜230°C，以进行模具热压成型处理，使平板状的连续性强化纤维板材被塑形成预先成型的连续性强化纤维积层体，具有所需的特定外观形状，比如具有凹面、凸面、弯折、缺角、开口。

在步骤 S70中，进行计算机数值控制或水刀的细部加工处理，接着在步骤 S80中，第二热塑性树脂的模内二次射出成型，使连续性强化纤维积层体与第二热塑性树脂结合成一体的连续性强化纤维积层体结构，可当作机构外壳或保护罩，藉以提供保护并增加美观的作用。最后在步骤 S90中，获得成品并结束操作。

本发明第一实施例的第一热塑性树脂包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (Acrylonitrile-Butadiene-Styrene , ABS)^ 聚苯乙烯（Polystyrene, PS)、聚碳酸酯 (Polycarbonate, PC)、聚乙烯 (Polyethylene, PE)、丙烯腈-苯乙烯共聚物 (Acrylonitrile- Styrene, AS)、聚甲基丙烯酸甲酯 (Polymethylmethacrylate, PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯 (Polyethylene Terephthalate, PET)、聚酰胺 (Polyamide，PA)、聚对苯二甲酸乙丁二醇酯 (Polybothlene Terephthalate, PBT)、聚苯醚醚酮 (Polyether Ether Ketone, PEEK)、聚酰胺酰 (Polyetherimide, PEI) 的至少其中之一。本发明第一实施例的连续性纤维包括连续性碳纤维、玻璃纤维、石棉纤维、工程塑料纤维以及天然纤维的其中之一。

本发明第一实施例的第二热塑性树脂包括 ABS、PS、PC、PE、AS、PMMA、 PET, PA、 PBT、 PEEK, PEI以及该任一前述树脂添加一填充材质而成的合成树脂，该填充材质包括滑石粉、碳纤维以及玻璃纤维的至少其中之一。

参考图 2，本发明第二实施例预浸热塑性树脂结构的制造方法的流程图。如图 2所示，分别由步骤 S10与 S11开始，其中步骤 S10针对连续性纤维布，而步骤 S11针对面材薄片。步骤 S10至步骤 S30如同上述第一实施例，因此不再赘述。

在步骤 S11中，将面材薄片含浸在第一热塑性树脂中，使第一热塑性树脂完全包覆面材薄片，该步骤可藉滚轮带动面材薄片，以浸泡在装有第一热塑性树脂的树脂槽中，并带离开该树脂槽，形成含浸面材薄片。接着进入步骤 S21，在第一温度下，对含浸面材薄片进行烘烤，使含浸的第一热塑性树脂微胶化，形成含浸树脂面材片，其中加热方式可为电气加热管或红外线加热装置，并进入步骤 S31。在步骤 S31中，将含浸树脂面材裁切成适当尺寸大小的含浸树脂面材板，静置，并进入步骤 S41。

在步骤 S41中，将步骤 S30的多个含浸有热塑性树脂并微胶化的连续性强化纤维板与步骤 S31的含浸树脂面材板堆栈成设计所需的连续性强化纤维复合积层板，接着在步骤 S51中，在第二温度下，比如 25〜150°C，以油压热压机对连续性强化纤维积层板进行热压，形成平板状的连续性强化纤维复合板材，进入步骤 S61。在步骤 S61中，加热至第三温度，比如 180~230°C，进行模具热压成型处理，使平板状的连续性强化纤维板材被塑形成预先成型的连续性强化纤维复合积层体。接着进入步骤 S71，进行 CNC或水刀的细部加工处理，接着在步骤 S81中，利用既有的塑料射出技术，将成型的连续性强化纤维积层体成型品置入模具内，藉第三热塑性树脂 ft在模内二次射出成型，使连续性强化纤维积层体与第三热塑性树脂结合成一体的具有复杂内结构框架的连续性强化纤维复合积层体结构。最后，在步骤 S91中获得成品并结束操作。

本发明第二实施例的第一与第二热塑性树脂被调制成为溶剂型含浸用树脂型态，包括 ABS、 PS、 PC、 PE、 AS、 PMMA、 PET、 PA、 PBT、 PEEK, PEI 的至少其中之一。第三热塑性树脂则为既有的射出型态的树脂，包括 ABS、 PS、 PC、 PE、 AS、 PMMA、 PET、 PA、 PBT、 PEEK、 PEI以及该任一前述树脂添加有滑石粉、碳纤维或玻璃纤维的至少其中之一。

含浸有不同热塑性树脂的面材薄片板可为印刷薄膜片材、模内漾印转写膜、布料、竹薄片、木薄片、皮革、金属薄片、金属商标以及商标图案印制或缇花刺绣的至少其中之一。

参考图 3，本发明第三实施例预浸热塑性树脂结构的制造方法的流程图。如图 3所示，分别由步骤 S10与 S11幵始，其中步骤 S10与 S20以及步骤 S11与 S21如同上述第二实施例，分别形成连续性强化纤维片以及含浸树脂面材片，接着进入步骤 S32。在步骤 S32中，将多个连续性强化纤维片以及含浸树脂面材片堆栈，形成含浸堆栈层，经步骤 S35，以油压热压机在 25〜150 °C下，进行热压，使含浸堆栈层的第一热塑性树脂进行再胶化而结合成一体，接着在步骤 S37中进行裁切，产生具适当尺寸大小的连续性强化纤维板材，静置，并进入步骤 S61。步骤 S61、步骤 S71与步骤 S81如同上述的第二实施例，产生连续性强化纤维复合积层体结构。最后，在步骤 S91中获得成品并结束操作。

参考图 4，本发明第四实施例预浸热塑性树脂结构的制造方法的流程图。如图 4所示，分别由步骤 S10与 S11开始，其中步骤 S10与 S20以及步骤 S11与 S21如同上述第三实施例，分别形成含浸第一热塑性树脂的连续性强化纤维片与含浸树脂面材片。同时在步骤 S13中，利用第三热塑性树脂涂布离型纸或离型膜，形成含浸树脂离型纸或含浸树脂离型膜，进入步骤 S33，进行贴合堆栈，接着在步骤 S35中，以油压热压机在 25~150°C下进行热压，使含有第一与第三热塑性树脂进行再胶化而结合成一体。接着依序进行步骤 S37、步骤 S51、 S61、步骤 S81以及步骤 S91，如同第三实施例，最后获得成品并结束操作。

参阅图 5，本发明第五实施例预浸热塑性树脂结构的制造方法的流程图。如图 5所示，分别由步骤 S10与 S13开始，其中步骤 S10、 S20以及步骤 S13 如同上述第四实施例，分别形成含有第一热塑性树脂的连续性强化纤维或纤维布以及第三热塑性树脂的含浸树脂离型纸。接着依序进行步骤 S33、步骤 S37、步骤 S51、 S6 步骤 S81以及步骤 S91，如同第四实施例，最后获得成品并结束操作。

参考图 6，本发明的连续性强化纤维积层体的示意图。如图 6所示，预先成型的连续性强化纤维积层体 10经 CNC或水刀铣切可依设计所需而具有凹面与缺口形状，适合当作机构件外壳的半成品。要注意的是，本实例的形状只是用以示范性说明而已，并非以此限定本发明的范围，因此本发明涵盖所有利用成型模具所形成的形状。

参考图 7，本发明的连续性强化纤维积层体结构的示意图。如图 7所示，连续性强化纤维积层体结构 12包括连续性强化纤维积层体 10与模内二次射出成型树脂层 22，其中模内二次射出成型树脂层 22由第一实施例或第二实施例的第二热塑性树脂经模内二次射出成型而形成。

以上所述仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。

Claims

权利要求

1.一种预浸热塑性树脂结构的制造方法，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：

将一连续性纤维或纤维布含浸在一第一热塑性树脂中，形成一含浸连续性纤维布，使该第一热塑性树脂完全填充该连续性纤维或纤维布内及缝隙，并且包覆该连续性纤维布的整个表面；

在一第一加热温度下对该含浸连续性纤维布进行烘烤，形成一连续性强化纤维片；

将该连续性强化纤维片进行裁切，形成多个连续性强化纤维板；将多个连续性强化纤维板堆栈成一连续性强化纤维积层板；

以一热压装置在一第二加热温度下对该连续性强化纤维积层板进行热压，使该第一热塑性树脂再胶化，形成一平板状的连续性强化纤维板材；加热至一第三加热温度以进行一模具热压成型处理，使该平板状的连续性强化纤维板材被塑形成一预先成型的连续性强化纤维积层体; 以及

利用一第二热塑性树脂进行一模内二次射出成型，使该连续性强化纤维；积层体与该第二热塑性树脂结合成一连续性强化纤维积层体结构。

2.如权利要求 1所述的预浸热塑性树脂结构的制造方法，其特征在于，该第一热塑性树脂包括 ABS、 PS、 PC、 PE、 AS、 PMMA、 PET, PA、 PBT、 PEEK、 PEI的至少其中的一。

3. 如权利要求 1所述的预浸热塑性树脂结构的制造方法，其特征在于，该连续性纤维包括连续性碳纤维、玻璃纤维、石棉纤维、工程塑料纤维以及天然纤维的其中之一。

4. 如权利要求 1所述的预浸热塑性树脂结构的制造方法，其特征在于，该第一加热温度为 60〜80°C，该第二加热温度为 25〜150°C，该热压装置包括一油压热压机，该第三加热温度为 180~230°C。

5. 如权利要求 1所述的预浸热塑性树脂结构的制造方法，其特征在于，该第二热塑性树脂包括 ABS、 PS、 PC、 PE、 AS、 PMMA、 PET、 PA、 PBT、 PEE ：、 PEI以及该任一前述树脂添加一填充材质而成的合成树脂的至少其中之一，该填充材质包括滑石粉、碳纤维以及玻璃纤维的至少其中之一。

6.—种预浸热塑性树脂结构的制造方法，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：

将第一热塑性树脂含浸在一连续性纤维或纤维布，使该第一热塑性树脂完全填充该连续性纤维或纤维布内的缝隙，并且包覆该连续性纤维或纤维布的整个表面，形成一含浸连续性纤维布；

在一第一加热温度下，对该含浸连续性纤维布进行烘烤至微胶化，形成一连续性强化纤维片；

将该连续¾ ^强化纤维片进行裁切，形成多个连续性强化纤维板，静置；将一面材薄片含浸在该第一热塑性树脂中，使该第一热塑性树脂包覆该面材薄片的整个表面，形成一含浸面材薄片；

在该第一加热温度下对该含浸面材薄片进行烘烤至微胶化，形成一含浸树脂面材片，将该含浸树脂面材进行裁切，形成多个含浸树脂面材板，静置；将多个连续性强化纤维布板与该含浸树脂面材板堆栈成一连续性强化纤维复合积层板；

以一热压装置在一第二加热温度下对该连续性强化纤维复合积层板进行热压，形成一平板状的连续性强化纤维复合板材；

加热至一第三加热温度以进行一模具热压成型处理，使该平板状的连续性强化纤维复合板材被塑形成一预先成型的连续性强化纤维复合积层体；以及

利用一第二热塑性树脂进行一塑料射出模内二次射出成型，使该连续性强化纤维复合积层体与该第二热塑性树脂结合成一连续性强化纤维复合积层体结构。

7.如权利要求 6所述的预浸热塑性树脂结构的制造方法，其特征在于，该第一热塑性树脂包括 ABS、 PS、 PC. PE、 AS、 PMMA、 PET、 PA、 PBT、 PEEK、 PEI的至少其中之一。

8.如权利要求 6所述的预浸热塑性树脂结构的制造方法，其特征在于，该连续性纤维包括连续性碳纤维、玻璃纤维、石棉纤维、工程塑料纤维以及天然纤维的其中之一，该第一热塑性树脂包括八88、？8、？(：、？£、八5、？]^^1八、 PET、 PA、 PBT、 PEEK：、 PEI的至少其中之一。

9.如权利要求 6所述的预浸热塑性树脂结构的制造方法，其特征在于，该面材薄片包括一印刷薄膜片材、一模内漾印转写膜、一布料、一竹薄片、一木薄片、一皮革、一金属薄片、金属商标以及商标图案印制或缇花刺绣的至少其中之一。

10.如权利要求 6所述的预浸热塑性树脂结构的制造方法，其特征在于，该第二热塑性树脂包括 ABS、 PS、 PC、 PE、 AS、 PMMA、 PET, PA、 PBT、 PEEK、 PEI以及该任一前述树脂添加一填充材质而成的合成树脂的至少其中之一，该填充材质包括滑石粉、碳纤维以及玻璃纤维的至少其中之一。

11. 如权利要求 6所述的预浸热塑性树脂结构的制造方法，其特征在于，该第一加热温度为 60~80°C，该第二加热温度为 25〜150°C，该热压装置包括一油压热压机，该第三加热温度为 180~230°C。