專利名稱：碳纖維復合材料的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種碳纖維復合材料的制造方法，特別涉及可以增加吸附樹脂能力并
有效地縮短含浸時間的碳纖維復合材料的制造方法。
背景技術：
復合材料在現(xiàn)今的日常生活中的應用已經越來越廣泛，其中又以碳纖維及玻璃纖維為最。大家通常聽到的碳纖維復合材料或碳纖維制品，已成為許多民生產品爭相采用的材料。其優(yōu)點在于質輕、強度高，且表面通常有特殊且美觀的編織花紋。
高分子碳纖維復合材料(CFRP)的基材多為熱固性樹脂如環(huán)氧樹脂(印oxyresin)、不飽和聚脂樹脂等，但也有使用熱塑性樹脂的產品。高分子碳纖維復合材料制作方法與玻璃纖維(FRP)十分類似，首先將纖維含浸樹脂，再利用所需工藝如纏繞、疊層、熱壓、樹脂轉注、射出、拉擠等方式成型，待其固化即可。此種類的碳纖維復合材料為最常見的種類，其優(yōu)點主要為強度高、質量輕、壽命長，如航空、太空、機械、賽車等產業(yè)均大量使用，而近年來民生產業(yè)也開始大量采用，且有許多產品并非以強度為訴求，只取其輕量及美觀，如腳踏車、球拍、球桿、裝飾品等。 然而，針對高分子碳纖維復合材料而言，在其含浸樹脂的工藝中，若在沒有含浸得很均勻的情況下，會使得碳纖維絲之間的縫隙含浸不到樹脂，并在樹脂硬化之后產生許多空洞。當高分子碳纖維復合材料含有很多空洞時，強度就會劣化。因此，含浸的時間往往需要很長一段時間。 另外，若采用熱固性樹脂(如環(huán)氧樹脂)作為基材，則在其硬化之后，就無法利用加熱來讓使其變形。相對地，在硬化的過程中，采用熱固性樹脂作為基材的高分子碳纖維復合材料，就必須在真空的環(huán)境之下一邊進行硬化一邊把高分子碳纖維復合材料的成品形狀拉制出來。為了解決此問題，采用熱塑性樹脂作為基材的高分子碳纖維復合材料因應而生。熱塑性樹脂在加熱后，可以直接以沖壓工藝沖(punching)出高分子碳纖維復合材料所需要的形狀。但是，若采用熱塑性樹脂(如壓克力)作為基材，則由于熱塑性樹脂比熱固性樹脂還要濃稠，會使得高分子碳纖維復合材料含浸所需的時間更長，也更不易使樹脂含浸于碳纖維絲之間。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一 目的在于提供一種碳纖維復合材料的制造方法。根據本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法是特別用來制造高分子碳纖維復合材料(CFRP)。 本發(fā)明的一具體實施例提供的碳纖維復合材料的制造方法主要包含有下列步驟。首先，根據本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法執(zhí)行步驟(a):提供碳纖維布。然后，根據本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法執(zhí)行步驟(b):對碳纖維布進行等離子體處理。接著，根據本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法執(zhí)行步驟(C):將碳纖維布含浸于樹脂溶液中，其中樹脂溶液包含熱固性樹脂與熱塑性樹脂。最后，根據本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法執(zhí)行步驟(d):熱壓經含浸的碳纖維布以形成碳纖維板材。 因此，根據本發(fā)明的一具體實施例的碳纖維復合材料的制造方法，其是在碳纖維 布進入含浸處理之前，預先使用等離子頭照射碳纖維布。利用等離子體處理的幫助，可以使 碳纖維布的表面細致化，并將碳纖維布的表面轉化成親水性，進而可以增加吸附樹脂能力 并有效地縮短含浸時間。 由此，可以使碳纖維布的表面細致化，并將碳纖維布的表面轉化成親水性，進而可 以增加吸附樹脂能力并有效地縮短含浸時間。并且，由于碳纖維布所用來含浸的樹脂有包 含熱塑性樹脂，因此可在熱壓之后先初步成型為板材，并利用如沖壓等成型工藝快速地沖 出高分子碳纖維復合材料所需要的形狀。換言之，本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法可 以有效地縮短工藝時間。 關于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以利用以下的發(fā)明詳述及附圖得到進一步的了解。


圖1所示為根據本發(fā)明的一較佳具體實施例的碳纖維復合材料的制造方法的步
驟流程圖。 圖2所示為等離子體裝置對碳纖維布進行等離子體處理的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的目的在于提供一碳纖維復合材料的制造方法。碳纖維復合材料的制造方
法是利用等離子體處理的幫助，可以使碳纖維布的表面細致化，并將碳纖維布的表面轉化
成親水性，進而可以增加吸附樹脂能力并有效地縮短含浸時間。以下將詳述本發(fā)明的較佳
具體實施例，用以充分解說本發(fā)明的特征、精神、優(yōu)點以及實施上的簡便性。 請參閱圖1。圖1所示為根據本發(fā)明的一較佳具體實施例的碳纖維復合材料的制
造方法的步驟流程圖。根據本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法主要是用來制造高分子碳
纖維復合材料(CFRP)。本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法主要包含有下列步驟。 如圖1所示，根據本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法首先執(zhí)行步驟S100 :提供
碳纖維布。 一般而言，制備碳纖維布的程序，是使用布形態(tài)的纖維素即纖維織物為前驅體，
經由水洗、干燥、藥液浸漬、壓吸、干燥等前處理過程后而獲得，在此不贅述。 在此要特別指出的是，相對于現(xiàn)有技術而言，根據本發(fā)明的碳纖維復合材料的制
造方法進一步執(zhí)行步驟S102 :對碳纖維布進行等離子體處理。為了更詳細說明等離子體處
理的過程，以下將作進一步說明。 請參閱圖2。圖2所示為等離子體裝置2對碳纖維布1進行等離子體處理的示意 圖。等離子體裝置2可以是常壓等離子體處理機，其主要是用于不同表面的局部預處理，例 如清潔與活化。如圖2所示，等離子體裝置2包含有供給單元20、繞折式導管22以及等離 子體產生單元24。供給單元20主要可包含有高電壓產生器、等離子體控制箱、氣體控制箱 以及前控制面板(圖中未示出)。高電壓產生器可提供產生等離子體所需的電源。欲形成 放電現(xiàn)象，需使用變壓器，將主電源電壓轉換成高電壓(最大10kV)。氣體控制箱可用來控 制產生等離子體所需的工藝氣體與冷卻氣體。繞折式導管22的一端是與供給單元20連接。 繞折式導管22主要是用來輸送供給單元20所提供的氣體與電力。繞折式導管22的另一端與等離子體產生單元24連接。經由繞折式導管22，即可將高電壓和工藝/冷卻氣體供應至等離子體產生單元24。等離子體產生單元24主要可包含有中央電極、外電極以及絕緣體所構成的等離子體光束產生區(qū)(圖中未示出)。 由此，等離子體產生單元24可基于由繞折式導管22所傳遞而來的氣體與電能產生等離子體，且流動氣體攜帶由電弧所產生的活性離子(i+， e-， r*)，可從光束產生區(qū)噴出。此外，若等離子體產生單元24采用特殊噴嘴，可進一步使活性氣體形成集中噴流，并作用到被處理物體的表面。當?shù)入x子體產生單元24將產生的等離子體朝向碳纖維布1進行轟擊時，碳纖維布1上就會產生如圖2所示的經等離子體處理表面10。 另外要補充的是，上述等離子體產生單元24所產生的等離子體可以是平衡等離子體(equilibrium plasmas)或非平衡等離子體(nonequilibriumplasmas)。平衡等離子
體大多指高溫等離子體系統(tǒng)，在高溫下粒子間的碰撞次數(shù)多，使得粒子間的能量分布均等，
因此平衡等離子體又稱為熱等離子體(hot plasmas ;thermal plasmas);相反地，非平衡等離子體則被稱為冷等離子體或低溫等離子體(cold plasmas ;nonthermal plasmas,NTPs)。在熱等離子體系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)能量非常大，反應區(qū)內的物質幾乎完全離子化，氣體溫度相當高，達到與電子的溫度一樣高，可達一萬度以上。低溫等離子體系統(tǒng)的能量較低，僅有少量的氣體被游離(< 1% )，因此氣體溫度不至于有太大的變化，一般而言，等離子體反應區(qū)內的氣體溫度應與氣體進流前的溫度相近，約為電子溫度的十分之一至百分之一。此外，于實際應用中，在上述等離子體處理(步驟S102)中所使用的等離子體處理氣體可以包含有氮氣。隨后，根據本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法執(zhí)行步驟S104 :將碳纖維布含浸于樹脂溶液中，其中樹脂溶液包含熱固性樹脂與熱塑性樹脂。于一具體實施例中，上述熱固性樹脂可以是環(huán)氧樹脂(印oxy resin)。并且，上述熱塑性樹脂可以是壓克力，但并不以此為限，例如，上述熱塑性樹脂還可以是聚醚酰亞胺(polyetherimide， PEI)。
在經過等離子體處理后的碳纖維布，其表面能夠實現(xiàn)細致化，并將碳纖維布的表面轉化成親水性，進而可以有效地增加吸附樹脂能力并大幅地縮短含浸時間。換句話說，將具有親水性表面的碳纖維布含浸于本發(fā)明具有熱固性樹脂與熱塑性樹脂的樹脂液體中時，相對于現(xiàn)有技術而言，可以快速地使樹脂液體完全地含浸至碳纖維絲之間的縫隙。
然后，根據本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法執(zhí)行步驟S106 :熱壓經含浸的碳纖維布以形成碳纖維板材。 以往僅采用熱固性樹脂作為含浸液體的碳纖維布，必須在硬化過程的同時，就于真空的環(huán)境之下一邊進行硬化一邊把高分子碳纖維復合材料的成品形狀拉制出來。換言之，由于熱固性樹脂的緣故，無法再將已經硬化的碳纖維布加熱而制成所需要的外型。然而，根據本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法，碳纖維布用以含浸的樹脂液體包含有熱塑性樹脂，所以可以在步驟S106之后先將碳纖維布初步成型為板材。由此，經初步成型的碳纖維布可以先進行冷藏，待后續(xù)決定要將碳纖維布成型成特定外型時，再將碳纖維布加熱成型。 因此，根據本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法最后可進一步執(zhí)行步驟S108 :對碳纖維板材進行成型工藝。 在決定要將碳纖維布成型成特定外型之后，可以執(zhí)行本發(fā)明的步驟S108以完成碳纖維布最終所要呈現(xiàn)的外型。于一較佳具體實施例中，上述成型工藝可以是沖壓工藝，但并不以此為限。舉例而言，上述成型工藝，還可以利用纏繞、疊層、熱壓、樹脂轉注、射出、拉 擠等方式成型。待其再次固化之后，碳纖維布即可獲得最終的外型。 由以上對于本發(fā)明的較佳具體實施例的詳述，可以明顯地看出，根據本發(fā)明的碳 纖維復合材料的制造方法，其是在碳纖維布進入含浸處理之前，預先使用等離子頭照射碳 纖維布。利用等離子體處理的幫助，可以使碳纖維布的表面細致化，并將碳纖維布的表面轉 化成親水性，進而可以增加吸附樹脂能力并有效地縮短含浸時間。并且，由于碳纖維布所用 來含浸的樹脂有包含熱塑性樹脂，因此可在熱壓之后先初步成型為板材，并利用如沖壓等 成型工藝快速地沖出高分子碳纖維復合材料所需要的形狀。此成型時間僅需約3分鐘左 右，相對于含浸于熱固性樹脂的碳纖維布，其成型時間往往長達一個小時至一個半小時。換 言之，本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法可以有效地縮短工藝時間。 利用以上較佳具體實施例的詳述，希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與精神，而 并非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發(fā)明的范疇加以限制。相反地，其目的是希望 能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發(fā)明所欲申請的權利要求書的范疇內。
權利要求
一種碳纖維復合材料的制造方法，其特征是，包含下列步驟提供碳纖維布；對上述碳纖維布進行等離子體處理；將上述碳纖維布含浸于樹脂溶液中，其中上述樹脂溶液包含熱固性樹脂與熱塑性樹脂；以及熱壓上述經含浸的碳纖維布以形成碳纖維板材。
2. 根據權利要求1所述的碳纖維復合材料的制造方法，其特征是，上述等離子體處理 采用平衡等離子體或非平衡等離子體。
3. 根據權利要求1所述的碳纖維復合材料的制造方法，其特征是，上述熱固性樹脂為 環(huán)氧樹脂。
4. 根據權利要求1所述的碳纖維復合材料的制造方法，其特征是，上述熱塑性樹脂為 壓克力。
5. 根據權利要求1所述的碳纖維復合材料的制造方法，其特征是，上述制造方法還包 含下列步驟對上述碳纖維板材進行成型工藝。
6. 根據權利要求5所述的碳纖維復合材料的制造方法，其特征是，上述成型工藝為沖 壓工藝。
7. 根據權利要求1項所述的碳纖維復合材料的制造方法，其特征是，在上述等離子體 處理中所使用的等離子體處理氣體包含氮氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳纖維復合材料的制造方法，用以制造高分子碳纖維復合材料。根據本發(fā)明的碳纖維復合材料的制造方法包含有下列步驟。首先，執(zhí)行步驟(a)提供碳纖維布。然后，執(zhí)行步驟(b)對碳纖維布進行等離子體處理。接著，執(zhí)行步驟(c)將碳纖維布含浸于樹脂溶液中，其中樹脂溶液包含熱固性樹脂與熱塑性樹脂。最后，執(zhí)行步驟(d)熱壓經含浸的碳纖維布以形成碳纖維板材。由此，可以使碳纖維布的表面細致化，并將碳纖維布的表面轉化成親水性，進而可以增加吸附樹脂能力并有效地縮短含浸時間。并且，可在熱壓之后先初步成型為板材，并利用如沖壓等成型工藝快速地沖出所需要的形狀。換言之，本發(fā)明的制造方法可以有效地縮短工藝時間。
文檔編號B29K307/04GK101733938SQ20081017606
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月11日 優(yōu)先權日2008年11月11日
發(fā)明者周威寰, 許坤煌 申請人:和碩聯(lián)合科技股份有限公司