專利名稱：剛性強(qiáng)化復(fù)合材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種復(fù)合材料及其制造方法，特別關(guān)于一種剛性強(qiáng)化復(fù)合材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
電子裝置的外殼為求高度剛性，多由金屬材質(zhì)制成，而近年來，由于可攜式電子裝置的蓬勃發(fā)展，輕薄化成為殼體材料選用上主要的訴求。其中在工藝上，塑料外殼多以射出成型方式制得，方法可一次成型出幾乎所有結(jié)構(gòu)，然塑料外殼強(qiáng)度不足，容易磨損和破裂，且其表面需進(jìn)行噴漆等裝飾處理。而以金屬材料為主的金屬外殼，除其制作過程復(fù)雜、生產(chǎn)周期長之外，其制作成本較高，另一方面，由于金屬具有相當(dāng)?shù)闹亓浚沟媒饘偻鈿るy以符合輕質(zhì)化的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料包括多個(gè)第一材料層。第一材料層分別具有一第一紋路。其中，第一材料層相互堆疊，且第一紋路于投影方向上不互相平行。本發(fā)明所提供的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的制造方法包括以下步驟在一實(shí)施例中，設(shè)置多個(gè)第一材料層于一成型模具。對(duì)成型模具抽真空。將一填料灌入成型模具。加熱成型模具至填料的固化溫度以固化填料，使第一材料層固化。移除成型模具以形成剛性強(qiáng)化復(fù)合材料。其中第一材料層分別具有一第一紋路。第一材料層相互堆疊，且第一紋路于投影方向上不互相平行。如上所述，利用本發(fā)明的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料可利用纖維材料的紋路對(duì)稱設(shè)置，形成具有高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。另外，通過竹材的搭配設(shè)置，可進(jìn)一步運(yùn)用竹材的纖維紋路加強(qiáng)其剛性及美觀性，其中，竹材為一種生質(zhì)材料，且在低成本考慮的基礎(chǔ)下，具有高剛性、輕薄性、以及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。另一方面，本發(fā)明亦運(yùn)用不同種類的樹脂與填料一同加工，而使特殊配置的纖維材料形成具有高強(qiáng)度與高剛性(彈性系數(shù))的材料，其可由玻璃纖維、碳纖維等各種纖維，以不同的編織加工方式所形成，而其所編織出的纖維紋路，除與強(qiáng)度、彈性有關(guān)外，亦決定了塑料材所能呈現(xiàn)的表面造型，因而可利用于各種裝置設(shè)備的外殼上，使該些裝置設(shè)備藉此具編織纖維紋路的殼體，呈現(xiàn)出特殊的表面質(zhì)感與紋路。再者，已知具編織纖維紋路殼體的制造方法，是將前述經(jīng)處理過的編織纖維布含浸熱固性樹脂材疊合后，進(jìn)一步熱壓加工。以一般利用編織纖維布含浸環(huán)氧樹脂(epoxy)為例，其于熱壓過程的高溫下，將再次使其表面產(chǎn)生坑洞與凹凸不平，因而必需再進(jìn)一步經(jīng)過補(bǔ)土、研磨、噴漆等修補(bǔ)過程。而本發(fā)明所提供的一種剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的制造方法通過將纖維材料及竹材以傳統(tǒng)含浸的方式，搭配抽真空工藝，以獲得高度固化的材料。通過本發(fā)明的制造方法，能夠獲得兼具剛性、輕薄及外型美觀的復(fù)合剛性材料，以在高強(qiáng)度的基礎(chǔ)下，使運(yùn)用其之裝置輕薄化。


圖IA為本發(fā)明第一實(shí)施例的一種剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的側(cè)面示意圖；圖IB為圖IA所示的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的分解示意圖；圖2A為本發(fā)明第二實(shí)施例的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的側(cè)面示意圖；圖2B為圖2A所示的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的分解示意圖；圖3A為本發(fā)明第三實(shí)施例的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的側(cè)面示意圖；圖3B為圖3A所示的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的分解示意圖； 圖4A為本發(fā)明第四實(shí)施例的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的側(cè)面示意圖；圖4B為圖4A所示的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的分解示意圖；以及圖5為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的制造方法的步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照相關(guān)附圖，說明依本發(fā)明較佳實(shí)施例的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料及其制造方法，其中相同的元件將以相同的參照符號(hào)加以說明。圖IA為本發(fā)明第一實(shí)施例的一種剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的側(cè)面示意圖，圖IB為圖IA所示的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的分解示意圖。請同時(shí)參考圖IA及圖IB所示，剛性強(qiáng)化復(fù)合材料I包括兩層第一材料層11。其中，第一材料層11相互堆疊。然第一材料層11的數(shù)量非限制性者，于實(shí)際應(yīng)用上，可具體依據(jù)材料應(yīng)用的環(huán)境及強(qiáng)度需求增加第一材料層的數(shù)目，本發(fā)明不限于此。以下將先針對(duì)上述的結(jié)構(gòu)特征逐一說明之。于本實(shí)施例中，第一材料層11為竹材，具有一第一紋路111，第一紋路111由第一材料層11的竹薄片內(nèi)部的纖維狀構(gòu)造編織而成，第一材料層11可通過其本身纖維狀的第一紋路111，更均勻地分散外力。另一方面，由于竹材為一種具有強(qiáng)度并同時(shí)兼具輕薄性的材料，因此通過多個(gè)以竹材形成的第一材料層11，可對(duì)整體剛性強(qiáng)化復(fù)合材料I提供側(cè)向支撐，使剛性強(qiáng)化復(fù)合材料I纖維有抗挫曲(buckling)能力，從而使結(jié)構(gòu)具有耐壓強(qiáng)度。上述兩層第一材料層11通過一填料(圖未示)的黏著固化方式結(jié)合，其中，填料還可通過真空含浸方式填入第一材料層11之間，接著，再以熱固化方式固定各第一材料層11，從而可使第一材料層11之間產(chǎn)生結(jié)合的效果，且較已知僅以含浸方式處理的材料更為緊密，詳細(xì)的剛性強(qiáng)度復(fù)合材料I的制造方法將于后文說明，于此不再贅述。圖2A為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的一種剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的側(cè)面示意圖，圖2B為圖2A所示的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的分解示意圖。請同時(shí)參考圖2A及圖2B所示，于本實(shí)施例中，剛性強(qiáng)化復(fù)合材料2具有前述實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與特征，惟還包括兩層第一材料層21，亦即，剛性強(qiáng)化復(fù)合材料2包含四層第一材料層21。最外層的兩層第一材料層21分別平行設(shè)置于前述實(shí)施例的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料I的結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，最外側(cè)的兩層第一材料層21的第一紋路211與較內(nèi)側(cè)的兩層第一材料層21的第一紋路211于投影方向上垂直設(shè)置，以增進(jìn)其剛性及強(qiáng)度，其余功效則與上述實(shí)施例相同，于此不再贅述。圖3A為本發(fā)明第三實(shí)施例的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的側(cè)面示意圖，圖3B為圖3A所示的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的分解示意圖，請同時(shí)參考圖3A及圖3B所示，于本實(shí)施例中，剛性強(qiáng)化復(fù)合材料3具有前述實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與特征，惟還包括至少一第二材料層32。
兩層第一材料層31分別平行設(shè)置于第二材料層32的兩側(cè)，且兩層第一材料層31的設(shè)置方向?qū)ΨQ，亦即，兩層第一材料層31的第一紋路311對(duì)稱設(shè)置，且相對(duì)于第二材料層32的一第二紋路321垂直設(shè)置，使剛性強(qiáng)化復(fù)合材料3于整體觀之時(shí)，各層的組合具有對(duì)稱的纖維紋路，可使材料具有高剛性及高強(qiáng)度，亦即，通過各層間對(duì)稱的纖維紋路配置，其整體的機(jī)械強(qiáng)度方可具有均勻的表現(xiàn)，例如熱膨脹性質(zhì)，以使本發(fā)明的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料適合用在有均勻表面材料需求的設(shè)備。于此須說明的是，上述實(shí)施例中的第一材料層與第二材料層的數(shù)目與設(shè)置并非限制性者，于實(shí)際應(yīng)用上，更可置放六、八等偶數(shù)個(gè)第一材料層，當(dāng)視復(fù)合材料的強(qiáng)度、厚度、重量等需求做調(diào)整。 于本實(shí)施例中，第二材料層32為纖維及/或網(wǎng)狀材料，其上具有多數(shù)微結(jié)構(gòu)321a。詳細(xì)而言，第二材料層32由纖維及/或網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)編織而成，于纖維及/或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的縫隙構(gòu)成微結(jié)構(gòu)321a，并進(jìn)一步形成第二紋路321。于本實(shí)施例中，第二材料層32為碳纖維，當(dāng)然，在其它的實(shí)施例中，第二材料層的材料還可選用其它具有纖維及/或網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，并可在集結(jié)編織后形成具有高度剛性且加工容易的材質(zhì)，例如玻璃纖維、有機(jī)纖維或金屬網(wǎng)，本發(fā)明于此不限。另外，于本實(shí)施例中，第二材料層32由單一種纖維編織而成，然于實(shí)際應(yīng)用上，第二材料層亦可由多種不同的纖維或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)編織組合，本發(fā)明于此不限。特別須說明的是，第二材料層32可為單層或多層結(jié)構(gòu)，當(dāng)視整體材料所需的強(qiáng)度及設(shè)計(jì)需求決定，本發(fā)明于此不限。第二材料層32主要作為本發(fā)明的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的強(qiáng)化材(reinforcement)。選用纖維材料做為強(qiáng)化材擁有質(zhì)量輕、單位重量的強(qiáng)度與剛性均高，韌性強(qiáng)，且能耐天候、耐腐蝕，耐疲勞等性質(zhì)則明顯較金屬優(yōu)越，且其機(jī)械性質(zhì)的設(shè)計(jì)自由度高。其中，第二材料層32設(shè)置于兩層第一材料層31，更精確地說，第二材料層32設(shè)置于兩層第一材料層31之間。于本實(shí)施例中,第一材料層31與第二材料層32皆為薄片構(gòu)造，且第一材料層31及第二材料層32的尺寸相同，以利于疊合設(shè)置及加工。然此非限制性者，該兩材料層的形狀及尺寸可依據(jù)應(yīng)用其的物品、環(huán)境及使用需求做調(diào)整。由于竹材除了具有纖維構(gòu)造的強(qiáng)度外，更可作為裝飾用途，并且具有輕薄性及環(huán)保性，因此本發(fā)明的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料3至少有一側(cè)的外層設(shè)置第一材料層32的竹材。然此非限制性者，若無裝飾用途，則并不限制于上述條件。請參見圖3A及圖3B，于兩材料層相對(duì)設(shè)置完成后，第一紋路311與第二紋路321于投影方向相互垂直。詳細(xì)而言，于本實(shí)施例中，而第二紋路321則為碳纖維材料的纖維絲構(gòu)造所編織而成。通過此設(shè)置方式，可使本發(fā)明的剛性強(qiáng)度復(fù)合材料3具有高耐沖擊性及
高強(qiáng)度。上述第一材料層31與第二材料層32同樣通過一填料(圖未示)的黏著固化方式結(jié)合，其中，填料還可通過真空含浸方式填入第二材料層32的多數(shù)微結(jié)構(gòu)321a之間，接著，再以熱固化方式固定第一材料層31與第二材料層32,從而可使第一材料層31與第二材料層32的結(jié)合效果，較已知僅以含浸方式處理的材料來的緊密，詳細(xì)的剛性強(qiáng)度復(fù)合材料3的制造方法將于后文說明，于此不再贅述。圖4A為本發(fā)明第四實(shí)施例的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的側(cè)面示意圖，圖4B為圖4A所示的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的分解示意圖，請同時(shí)參考圖4A及圖4B所示，于本實(shí)施例中，剛性強(qiáng)化復(fù)合材料4具有前述實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與特征，惟將一第一材料層置換成一第二材料層，亦即，剛性強(qiáng)化復(fù)合材料4包含兩層第二材料層42。其中，兩層第二材料層42可為相同的纖維材料所編織組成，亦可為不同的材料，惟須達(dá)到使剛性強(qiáng)化復(fù)合材料4于整體觀之時(shí)，各層的組合具有對(duì)稱的纖維紋路，以達(dá)高剛性及高強(qiáng)度的功效。通過增加一第二材料層的設(shè)置，可增加剛性強(qiáng)化復(fù)合材料4的強(qiáng)度，然此非限制性者，第二材料層的數(shù)目當(dāng)視使用需求可酌量增加。圖5為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的制造方法的步驟流程圖，請參考圖5所示，在本實(shí)施例中，制造方法包括以下步驟設(shè)置多個(gè)第一材料層于一成型模具于一成型模具(S51);對(duì)成型模具抽真空(S53);將一填料灌入成型模具(S55);加熱成型模具 至填料的固化溫度以固化填料，使第一材料層固化(S57);以及移除成型模具以形成剛性強(qiáng)化復(fù)合材料(S59)。惟上述各部件的結(jié)構(gòu)特征以及操作時(shí)的步驟細(xì)節(jié)均已揭露于上，于此不再贅述。為使本方法在實(shí)施時(shí)的各步驟的相關(guān)細(xì)節(jié)更為清楚明了，以下搭配依前述剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的實(shí)施例，進(jìn)而以此為基礎(chǔ)，具體說明如何于利用該剛性強(qiáng)化復(fù)合材料實(shí)施本發(fā)明方法。然而，特別需要提出的是，以下所舉實(shí)施例中的內(nèi)容僅為方便說明使用，并非用以限制本發(fā)明。請同時(shí)參考圖IB及圖5所示，在步驟S51中，多個(gè)第一材料層11置入具有一模穴的成型模具中(圖未示)，其中，模穴的尺寸大于或等于第一材料層11。在本實(shí)施例的步驟S53中，以將置入第一材料層11的成型模具封閉為前提，對(duì)封閉的成型模具抽真空，直到封閉的成型模具內(nèi)不具有空氣為止。本處所進(jìn)行的“抽真空”步驟并非限制于完全地將空氣抽離成型模具，而涵蓋因制造瑕疵、少數(shù)特殊狀況、或?qū)W說實(shí)作上所能允許的微小誤差。接著，對(duì)成型模具抽完真空后，步驟S55將一填料灌入成型模具。于本實(shí)施例中，使用樹脂作為填料，然此非限制性者，于實(shí)際應(yīng)用上，亦可使用環(huán)氧樹脂(epoxy)、聚酯樹脂(unsaturated polyester resin)、酌·醒樹脂(phenolic resin)、壓克力樹脂(acrylicresin)或聚氨酯樹脂(polyurethane resin),本發(fā)明于此不限。詳細(xì)而言，步驟S55利用真空方式迫使填料滲透至第一材料層11的纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)，其中，步驟S55將填料填滿整個(gè)成型模具中，以充分使填料滲入及附著于材料層。由于通過真空含浸樹脂的方式，可填滿材料間及材料本身內(nèi)部的空隙，避免空隙間留有空氣，方能讓樹脂完全填入，使材料塑化完全。其中，氣孔可能是原來陷在纖維之間，或在倒入樹脂時(shí)引進(jìn)，也可能是由樹脂前驅(qū)物的溶劑或樹脂成化時(shí)所產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體所導(dǎo)致。氣孔可導(dǎo)致應(yīng)力集中，與氣孔緊鄰的纖維因缺乏側(cè)向支撐，在壓應(yīng)力下容易挫曲。因此，通過本發(fā)明的制造方法可有效的消除殘留于材料內(nèi)與材料間的氣體。 在本實(shí)施例中，于步驟S51前，可先將第一材料層11與進(jìn)行一前處理，即涂布一涂料于第一材料層11。詳細(xì)而言，使第一材料層11通過一成型機(jī)，成型機(jī)用以將涂料均勻涂布至材料上。本處所用的涂料為樹脂，于實(shí)際應(yīng)用上，涂料可與上述填料相同，例如為環(huán)氧樹脂(epoxy)、聚酯樹脂(unsaturated polyester resin)、酌·醒樹脂(phenolic resin)、壓克力樹脂(acrylic resin)或聚氨酯樹脂(polyurethane resin),本發(fā)明于此不限。
另外，此處所用的成型機(jī)可為押出機(jī)、滾輪機(jī)或壓延機(jī)，本發(fā)明于此亦不限。通過上述方式預(yù)先將樹脂等黏固性材料均勻涂布至第一材料層11，預(yù)先使每一層表面都先有樹月旨，約略黏住各層，可加快后方真空含浸及熱固成型的速度，以節(jié)省整體工藝所需時(shí)間。特別須說明的是，于實(shí)際應(yīng)用上，當(dāng)剛性強(qiáng)化復(fù)合結(jié)構(gòu)具有第二材料層的設(shè)置時(shí)，亦通過上述制造方法同時(shí)處理第一材料層及第二材料層，惟上述用于制造剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的步驟細(xì)節(jié)均已揭露于上，于此不再贅述。另外，補(bǔ)充說明的是，當(dāng)本發(fā)明運(yùn)用至一般電子裝置(如機(jī)殼)等需具有設(shè)計(jì)感的 外型時(shí)，僅須通過平板熱壓方式即可完成，而不需使用已知的射出成型等方式進(jìn)行制造，因此具有工藝簡單，且成品具有高剛性、高強(qiáng)度及輕薄性等優(yōu)勢。雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種剛性強(qiáng)化復(fù)合材料，其特征是，包括 多個(gè)第一材料層，上述這些第一材料層分別具有第一紋路； 其中，上述這些第一材料層相互堆疊，且上述這些第一紋路于投影方向上不互相平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料，其特征是，其中上述這些第一材料層為竹材。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料，其特征是，還包括 填料，填充于上述這些第一材料層之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料，其特征是，其中上述填料為環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂、壓克力樹脂、聚氨酯樹脂或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料，其特征是，還包括 至少一第二材料層，設(shè)置于上述這些第一材料層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料，其特征是，其中上述第二材料層為纖維及/或網(wǎng)狀材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料，其特征是，其中上述第二材料層為碳纖維、玻璃纖維、有機(jī)纖維或金屬網(wǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料，其特征是，其中上述第二材料層為單一或多種纖維編織而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的剛性強(qiáng)化復(fù)合材料，其特征是，其中上述這些第一材料層對(duì)稱地設(shè)置于上述第二材料層的上下兩側(cè)。
10.一種剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的制造方法，其特征是，包括以下步驟 設(shè)置多個(gè)第一材料層于成型模具，其中，上述這些第一材料層分別具有第一紋路，上述這些第一材料層相互堆疊，且上述這些第一紋路于投影方向上不互相平行； 對(duì)上述成型模具抽真空； 將填料灌入上述成型模具； 加熱上述成型模具至上述填料的固化溫度以固化上述填料，使上述第一材料層固化；以及 移除上述成型模具以形成上述剛性強(qiáng)化復(fù)合材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造方法，其特征是，其中上述這些第一材料層為竹材。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造方法，其特征是，其中上述填料填充于上述這些第一材料層之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造方法，其特征是，其中上述填料為環(huán)氧樹脂、聚酯樹月旨、酚醛樹脂、壓克力樹脂、聚氨酯樹脂或其組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造方法，其特征是，上述剛性強(qiáng)化復(fù)合材料還包括 至少一第二材料層，設(shè)置于上述這些第一材料層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造方法，其特征是，其中上述第二材料層為纖維及/或網(wǎng)狀材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征是，其中上述第二材料層為碳纖維、玻璃纖維、有機(jī)纖維、金屬網(wǎng)、或其組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征是，其中上述第二材料層為單一或多種纖維編織而成。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征是，其中上述這些第一材料層對(duì)稱地設(shè)置于上述第二材料層的兩側(cè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造方法，其特征是，還包括以下步驟 涂布涂料于上述這些第一材料層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的制造方法，其特征是，其中上述涂料為環(huán)氧樹脂、聚酯樹月旨、酚醛樹脂、壓克力樹脂、聚氨酯樹脂或其組合。
全文摘要
一種剛性強(qiáng)化復(fù)合材料包括多個(gè)第一材料層。第一材料層分別具有一第一紋路。其中，該些第一材料層相互堆疊，且該些第一紋路于投影方向上不互相平行。本發(fā)明另提供一種剛性強(qiáng)化復(fù)合材料的制造方法。運(yùn)用本發(fā)明能夠在簡單并有效率的工藝中獲得具有高剛性及高強(qiáng)度的復(fù)合材料，使運(yùn)用此方法的裝置輕薄化。
文檔編號(hào)H05K5/00GK102970837SQ20121030274
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者蔡升佑 申請人:華碩電腦股份有限公司