專利名稱：復(fù)合材料元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料元件的制造方法。
一般以復(fù)合材料制造產(chǎn)品的趨勢(shì)愈來(lái)愈明顯，因?yàn)槠渚哂匈|(zhì)佳重量輕的優(yōu)點(diǎn)，而材料選用則以碳纖維、玻璃纖維、克拉纖維等，其中預(yù)浸布材料的使用最為普遍，而以一般球拍制作為例，以復(fù)合材料制成的球具大多采用(1)發(fā)泡制法或(2)空氣吹氣法制作，前者主要在復(fù)合材料中置入條狀的發(fā)泡材料或發(fā)泡樹脂，將其一體置入模具中，并且加熱使發(fā)泡材料發(fā)泡膨脹，利用膨脹作用使圍設(shè)于外的復(fù)合材料被撐開而貼于模具中成型;然而，以發(fā)泡材料發(fā)泡的成型方法在膨脹的過(guò)程中，無(wú)法提供在一定重最限制下產(chǎn)生均勻且足夠大的壓力于被成型物體上，復(fù)合材料的成型需在制作過(guò)程中能提供均勻而穩(wěn)定的壓力，方能獲得一品質(zhì)較佳的產(chǎn)品，因此，習(xí)用的發(fā)泡體發(fā)泡方式顯然不能作有效的控制，以至于產(chǎn)品材料厚度可能因?yàn)樵摼植繅毫Σ灰?，造成?qiáng)度不足或發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，另方面則因?yàn)榘l(fā)泡體成型后留于成品中，故制得的成品重量便顯得較重。
第二種方法為利用空壓機(jī)提供高氣壓，使吹向內(nèi)面置有復(fù)合材料的模具中，利用高壓空氣向外擴(kuò)充作用，使材料撐開緊貼于模具中成型，此種方法為現(xiàn)今使用最多的方法，其不只用在球拍制作方面，亦適用于腳踏車管架等物制造，然而其必需具備許多氣體動(dòng)力管線、空壓機(jī)和控制設(shè)備，并且此種方法必需預(yù)留一打氣孔，氣壓太大時(shí)，往往造成氣嘴部位常有漏氣現(xiàn)象，另外有些產(chǎn)品必需避免有打氣孔接頭的設(shè)計(jì)，此時(shí)，這種方法則不能被采用。
本發(fā)明的主要目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種較為簡(jiǎn)單，成型速度較快，并且能使成品品質(zhì)均勻，質(zhì)量較輕的復(fù)合材料元件的制造方法。
本發(fā)明復(fù)合材料元件的制造方法，是采用多種材料疊置起來(lái)，配合尼龍管等可封存的材料構(gòu)成一封閉的中空殼體，在該中空殼體中預(yù)置一定量的揮發(fā)性物質(zhì)，然后將其置于模具中一體加熱，使中空殼體中的揮發(fā)性物質(zhì)氣化膨脹，藉由此產(chǎn)生的膨脹壓力使復(fù)合材料可緊密的貼于模具面而成型。
本發(fā)明方法中，所述的多層材料包括預(yù)浸布或具有方向性的樹脂類復(fù)合材料;所述的揮發(fā)性物質(zhì)包括甲苯等化學(xué)溶劑，其用量由氣體動(dòng)力學(xué)方程式計(jì)算得到。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中空殼體置于模具中的狀態(tài)圖;
圖2為本發(fā)明中空殼體的組成圖;
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
本發(fā)明復(fù)合材料元件的制造方法，主要是以多層材料，如預(yù)浸布或復(fù)合材料，或是以一種具有方向性的樹脂類復(fù)合材料，例如，碳纖維、硼纖維或玻璃纖維等，大多數(shù)情況是采用碳纖維，疊置起來(lái)，形成一封閉的中空殼體1(如圖2所示)，其中，每一層材料之間都呈一預(yù)定的夾角排列積層。
本發(fā)明的復(fù)合材料需于置入模具2中前(參見(jiàn)圖1)，預(yù)制一耐壓耐溶劑且耐成型溫度的尼龍管，并制成一封閉的中空殼體1，將揮發(fā)性物質(zhì)，如甲苯等化學(xué)溶劑注入其中。所述的揮發(fā)性物質(zhì)最初為液體狀態(tài)的該物質(zhì)經(jīng)加熱氣化即可使殼體1內(nèi)達(dá)到所需壓力。一般自行車的車輪制造時(shí)，內(nèi)部壓力為7kg/cm2時(shí)，所需溶劑約3毫升，而羽毛球拍則更少約為0.5毫升，就成本而言極為精簡(jiǎn)，因所含的溶劑含量極少，故不會(huì)有造成污染的顧慮，而以一般溶劑，使用時(shí)均為注入一尼龍管中包覆設(shè)計(jì)，故于成型后可以鉆孔使內(nèi)部殘留的溶劑流失，不會(huì)有殘留污染的顧慮;尤其是在實(shí)際作業(yè)時(shí)，甚至可以加入少量的水份，所產(chǎn)生的蒸氣壓，即可均勻且輕易的，利用氣化所產(chǎn)生的氣體壓力而使得殼體1外的復(fù)合材料，得以受擠迫而由內(nèi)向外擴(kuò)張，直至緊貼于模具2內(nèi)表面為止，經(jīng)由模具2冷欲后開模，便可使其中產(chǎn)品取出，而取出的產(chǎn)品為一中空型態(tài)，得到的產(chǎn)品重量較輕，并且因?yàn)樵谕豢臻g中的空氣壓力應(yīng)是均等的，故在膨脹的過(guò)程中，復(fù)合材料為均勻地向外擴(kuò)張，因而產(chǎn)品壁厚密度亦有較佳的效果;在本發(fā)明方法中，成型的關(guān)鍵是揮發(fā)性物質(zhì)的用量控制，過(guò)多及太少均將影響成品成型效果，然而此種量控制欲可經(jīng)由以下所述的氣體動(dòng)力學(xué)方程式計(jì)算而獲得PV＝nRT＝(m/M)RT其中P為殼體(1)中所需壓力(atm)V為殼體(1)中空間體積(1)n為氣體莫耳(mole)數(shù)m為揮發(fā)性物質(zhì)質(zhì)量(gm)M為揮發(fā)性物質(zhì)分子量(gm/mole)R為氣體常數(shù)(0.082atm l/mole k)T為絕對(duì)溫度(k)(℃+273＝K)在操作的過(guò)程中殼體1內(nèi)部的體積V、以及揮發(fā)性物質(zhì)分子量M均為制造時(shí)所選定，所需溫度T及所需將材料張開壓力P亦為制造時(shí)所選定，配合已知的氣體常數(shù)R，故應(yīng)用如上的氣體動(dòng)力學(xué)方程式便可將所需揮發(fā)性物質(zhì)用量精確的計(jì)算出來(lái)，因而，本發(fā)明成型過(guò)程可以在完全控制條件下操作。以下便以一例來(lái)作為解釋。
中空殼體體積V＝0.07l成型溫度T＝273+150℃＝423k所需壓力P＝10atmR＝0.082atm l/mole k揮發(fā)性物質(zhì)之分子量為97gm/mole應(yīng)用以上方程式計(jì)算，可以得到所需的揮發(fā)性物質(zhì)的質(zhì)量應(yīng)為1.96gm。因此，可以通過(guò)計(jì)算而精確控制殼體內(nèi)的溶劑的需要量，因而亦可以在有計(jì)劃的操作步驟下，使所需的成本最低而能得到最佳品質(zhì)的產(chǎn)品。
本發(fā)明與習(xí)用方法相比較，不需要多余的氣壓裝置與管路，亦不需發(fā)泡體，不但可以制出質(zhì)輕而品質(zhì)佳的產(chǎn)品，對(duì)于成本及技術(shù)上的控制亦極為方便，而一般制作如球拍、腳踏車車架管所需的揮發(fā)性物質(zhì)僅為0.5～5克間即可，因此溶劑用量極為有限，確為一具有新穎性并且深具產(chǎn)業(yè)價(jià)值的發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料元件的制造方法，其特征在于由多層材料配合尼龍管等可封存的材料構(gòu)成一封閉的中空殼體，在該殼體中加入揮發(fā)性物質(zhì)，然后將其放置于模具中一體加熱，使揮發(fā)性物質(zhì)因氣化而膨脹，藉膨脹壓力使復(fù)合材料可緊密的貼于模具面上而成型。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料元件的制造方法，其特征在于所述的多層材料可為預(yù)浸布或是具有方向性的樹脂類復(fù)合材料所構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料元件的制造方法。主要利用不同纖維復(fù)合材料制成一封閉中空殼體，該殼體中預(yù)置一定量的揮發(fā)性物質(zhì)，然后將其放置于模具中，經(jīng)由適當(dāng)加熱而使揮發(fā)性物質(zhì)氣化膨脹，產(chǎn)生的壓力將復(fù)合材料撐開而緊抵于模具內(nèi)面成型。具有方法簡(jiǎn)單、成型快速、均勻精確的特性。
文檔編號(hào)B29C43/00GK1068771SQ91104969
公開日1993年2月10日 申請(qǐng)日期1991年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月25日
發(fā)明者蔡科然 申請(qǐng)人:萬(wàn)通運(yùn)動(dòng)器材工業(yè)股份有限公司, 蔡科然