专利名称：合成树脂层压板的成型法的制作方法
技术领域：
本发明关于一种合成树脂层压板的成型法，更特定地说，本发明是关于一种用于机械构造、电气绝缘及电路之合成树脂层压板的成型法。
常规制造层压板的方法是以酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨树脂、苯二甲酸二烯丙酯、聚酯型丙烯酸酯、环氧型丙烯酸酯或氨基甲酸酯型丙烯酸酯等树脂，涂布在纸、玻璃纤维、芳酰胺(Aramid)纤维的织布或非织造布或以缠绕法或同配向法(unidirectional orientation)编成的纤维丝等增强材上，形成涂布材，以多段式热压成型法、辊式热压成型法、高压容器成型法制成层压板的方法。
多段式热压成型法是将前述涂布材放置在热板中，经加温加压成型为层压板。进行多段式热压成型法的成型机是由多块厚约100毫米、内部放置电热线或通入水蒸气、热水或热媒的热板以约100毫米间距上下排列及可连动热板加压的油压系统所构成。层压板的厚度是由前述涂布材的重量与组合张数来决定。用最小厚度0.3毫米、最大厚度5.0毫米的不锈钢板上、下夹住涂布材成一组欲成型物，欲成型物通常以多组叠置为1本放于两热板间加热加压成型。以厚1.6毫米的层压板为例，通常采用12至15叠涂布材与13至16张不锈钢板交错叠放形成1本欲成型物，最外层分别放置厚度约3毫米耐热、压力缓冲橡胶材，上面放置铁板作保护用，下面放置铁板作搬运用。将该本欲成型物放置在前述热板间加热加压成型，在涂布材与不锈钢板界面间放置一张铜箔，以前述相同方法制成覆铜层板。温度与压力的条件依涂布材的材质而定，通常温度设定在100℃至300℃之间，压力设定在5公斤/平方厘米至200公斤/平方厘米之间，持续加热加压2小时而成型。
辊式成型法，如日本特开昭55-126418(特公昭62-6513)，特开平3-268928及特开平3-268929所记载，层压板是由涂布材通过2只辊之间，经加热加压成型方法而制成。有部份方法是采行复数辊装置，在2只辊之间加上不锈钢带，涂布材经由上下不锈钢带加热加压成型。
高压容器法是将上述涂布材放置在铁质容器内借由承装氮气、水蒸气等气体及热水或热媒提供加热加压成型的方法(日本宫坂PLASTICS事典，783页，1992朝仓书店)。高压容器成型法应用在具曲面、凹凸不平的层压板如航空器的机翼。该方法难以一批次生产多量平面的层压板，因无法大量生产，所以成本很高。除了应用在实验室、多层板的胶片接合外，几乎不被用在他种用途。
例如考虑采用多段式热压成型法，以最大产量生产厚度1.6毫米层压板时，每一段热板间可放入15组涂布材与不锈钢板构成的欲成型物，相当于15张层压板。热板若采用最大40段，2小时的成型时间计算，则每一批次最大的产量为600张。当再面对提高产量需求时，以此多段式热压成型法，则仅能考虑热板大型化、增加热板段数及改善周边设备的自动化来应付。可是以现有一套多段式热压成型设备一批次生产600张层压板已是极限，如要增加生产量，只有另增整套新设备一途。要如何突破现况来提高生产效率变为一重要课题。在现行多段式热压成型法中，欲成型物承接由上下方向而来的热与压力，树脂在这种热与压力下以水平方向流动而成型，除了层压板厚度精度不良外，外观也因树脂流动不均而形成色差。
除了部份厂商以辊式热压成型法生产合成树脂层压板，大多数厂商均不采用。另外，辊式热压成型法比多段式热压成型法的生产效率低，且制品的品质较差。辊式热压成型法需要配合开发特殊硬化性及黏度特性的新树脂来配合生产。本发明的主要课题是以现有的合成树脂即可高效率地成型高品质合成树脂层压板。
高压容器成型法中，媒体是以三维方向直接施加温度、压力于欲成型物上。可是如果媒体与欲成型物直接接触，媒体会进入欲成型物内部，则无法形成压力差，实际上等于没有压力施于欲成型物。正常情况是，要在高压容器中成型，欲成型物是不能与媒体直接接触的。例如，航空器的机翼就是以橡胶垫将机翼欲成型物完全覆盖与媒体隔离。合成树脂层压板类物品若采用这种方法来生产是不经济的。关于这点，多段式热压成型法中涂布材与不锈钢板交互组合叠置成一本欲成型物后放置在热板间，由上、下加热加压成型是目前层压板成型法的主流。本发明可突破多段式热压成型法生产层压板须投入巨大设备费用且产量、效率、品质受限的缺点。
本发明目的是提供一种形成层压板的方法，此方法可突破多段式热压成型法生产层压板须投入巨大设备费用且产量、效率及品质受限的缺点。
本发明另一目的是提供一种形成层压板方法，此方法可改善多段式热压成型法造成层压板厚度精度不良、外观有色差等缺点。
本发明另一目的是提供一种形成层压板的方法，此方法是以热塑性树脂或橡胶薄膜缠绕覆盖欲成型物，防止媒体在加热加压时进入欲成型物内，造成欲成物之内外压力差，有利于层压的进行。
本发明另一目的是提供一种形成层压板的方法，此方法可以改善多段式热压成型法无法大量生产平面层压板的限制。
本发明另一目的是提供一种由本发明方法所制造之板厚精度高及外观无色差的层压板。
本发明是关于一种形成层压板的方法，此方法以合成树脂将增强材涂布成为涂布材，增强材可为纸、玻璃纤维织布或非织造布、芳酰胺纤维织布或非织造布、玻璃纤维及芳酰胺纤维混用的织布或非织造布、玻璃纤维以缠绕法或同配向法织成者、芳酰胺纤维以缠绕法或同配向法织成者或玻璃纤维及芳酰胺以缠绕法或同配向法织成者，单独一张涂布材或一叠多张涂布材上下各以0.3毫米至5.0毫米厚的金属板夹住，成为一组欲成型物，涂布材表面与金属板之间可选择性贴合单面一张或双面两张厚度为0.005毫米至0.1毫米的金属铜箔或其他金属箔，该欲成型物以一组或多组叠成一本后，用0.005毫米至3.0毫米厚的热塑性树脂或橡胶薄膜包覆四周，放置在装有空气、氮气、水蒸气、热水及单独一种或多种混合的液态或气态有机物的容器中，控制温度在60℃至400℃及压力0.1公斤/平方厘米至200公斤/平方厘米环境中形成层压板。
本发明形成层压板的方法是针对上述问题作研究改进的成果，涂布材与不锈钢交互组合叠置成一本欲成型物，在周围以热塑性树脂或橡胶薄膜缠绕覆盖，防止加热加压时媒体进入欲成型物内，造成欲成型物有内外压力差，这就是本发明成功的地方。
可使用之合成树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、双马来酰亚胺三嗪BT、聚氨树脂、苯二甲酸二烯丙酯、聚酯型丙烯酸酯、环氧型丙烯酸酯或氨基甲酸酯型丙烯酸酯等树脂。
可使用的热塑性树脂薄膜包括聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚甲基戊烯树脂、聚丁烯树脂、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氯乙烯、乙烯-乙烯基醋酸共聚合物、聚酰胺、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二酯，(PET))、聚碳酸酯、聚缩醛、聚乙烯缩丁醛、氟聚合物、聚酰亚胺、醋酸纤维素。可使用的橡胶薄膜包括天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、丁基橡胶等。薄膜厚度范围是0.005毫米至3.0毫米，以0.02毫米至0.3毫米为最佳。这些薄膜在涂布材与不锈钢板交互组合叠置成一本欲成型物的四周围覆盖两层以上，也可以以铝、铁、铜及铅等金属箔作增强。覆盖的方法是以任意方式将薄膜缠绕在欲成型物四周边缘。此时在上下铁板表面的一部份或全部作覆盖，可以防止加热、加压时媒体渗入内部。这种外表覆盖薄膜的欲成型物，放置在内部充满可调整温度与压力的空气、氮气、水蒸气、热水及气态或液态有机物的高压容器中，使合成树脂在适当的温度与压力中成型。高压容器是采用现在工业上一般常用可耐高温与高压的铁质圆筒型容器，已覆盖薄膜的一本欲成型物受热的厚度约有100毫米左右。每一本欲成型物间要能让足够加热加压媒体流通，同时考虑在高压容器内可以放入更多的欲成型物，放入高压容器内的方向可以水平也可以垂直放置，每一本欲成型物的间隔从5毫米至100毫米范围，以10毫米至30毫米为最佳。温度与压力的大小视合成树脂的种类而异，温度可从60℃至400℃，压力可从0.1公斤/平方厘米至200公斤/平方厘米，比多段式热压成型法可运用的温度、压力范围更广。液态状树脂是不可能直接在多段式热压成型法中成型，但在本发明中液态状树脂就可以直接成型。
覆盖在涂布材与不锈钢板交互组合叠置成1本欲成型物四周边缘的热塑性树脂或橡胶薄膜，因在高压容器中受媒体的高温高压而软化，同时向欲成型物的四周边缘产生垂直方向压力。这种结果使得覆盖的热塑性树脂或橡胶薄膜与欲成型物四周边缘紧密的贴合，欲成型物的内外部就可以完全隔离，防止加热加压媒体渗入内部，同时可以造成欲成型物的内外部压力差，经加热加压后成型层压板。覆铜层压板的制造是以铜箔叠放在最外一张涂布材上，采上述相同加热加压成型条件，铜箔也同时粘附在层压板成型物上。当涂布材采用环氧树脂类时，铜箔可以不用事先背胶，如涂布材采用别种树脂，则铜箔须要事先背胶以利粘附。
本发明将藉以下实施例作进一步说明，此实施例仅供说明发明之用，不得被视作对本发明范围的限制。实施例1制备酚醛树脂层压板(长兴化工ETL-801)准备树脂含量45％、纸55％，总重量250克/平方米，尺寸大小1040毫米×1040毫米的酚醛树脂胶片，8张为1叠共20叠，厚2毫米、尺寸大小1040毫米×1040毫米不锈钢板(材质630)21张。首先取不锈钢板1张平放，上面放1叠涂布材之后，再叠上不锈钢板1张，如此重覆交互叠放20叠涂布材与21张不锈钢板成1本欲成型物，四周再以厚0.05毫米、宽300毫米的聚丙烯树脂薄膜缠绕两圈。所以上下两张不锈钢的表面约有100毫米的覆盖面，薄膜的末端以胶带贴合防止薄膜脱落。将上述已覆盖聚丙烯薄膜的欲成型物放置在直径2米、深3米的高压容器中，在充满温度170℃、压力30公斤/平方厘米条件的热水中成型60分钟后，待温度降到60℃、压力2公斤/平方厘米以下，冷却装置20分钟，泄光高压容器内的水，取出成型物，剥掉外覆的聚丙烯薄膜，然后将层压板成型物与不锈钢板分离即可得到厚度1.6毫米的酚醛树脂层压板。用上述方法制得层压板的厚度范围1.59毫米至1.61毫米，比多段式热压成型法生产层压板的厚度范围1.54毫米至1.63毫米精度高。实施例2本实施例大致上如实施例1所述，取1张已涂布粘结剂的电解铜箔(台湾铜箔制，35微米厚)插入树脂涂布材与不锈钢板间，且粘结剂面贴合于涂布材而制成覆铜层压板。这种覆铜层压板在260℃的焊锡试验可耐30秒，板厚的偏差仅0.03毫米，比多段式热压成型法生产层压板厚度的偏差0.09毫米佳。实施例3本实施例步骤大致上如实施例1所述，不同的是涂布材以玻璃布环氧树脂胶片(日立化成制，GE-61，环氧树脂含量35％，玻璃布7628)8张为一叠共20组取代，欲成型物外围以厚度0.03毫米、宽400毫米的PET薄膜覆盖。本实施例与实施例1中条件相同，加热加压制成厚1.6毫米玻璃布环氧树脂层压板。这些层压板的边缘不会有气泡发生，而多段式热压成型法生产的层压板，一般在边缘15毫米内会有气泡发生，这部份的材料是不能使用的。此外，本实施例的板厚也在1.58毫米至1.61毫米之间，而多段式热压成型法制成板厚从1.52毫米至1.64毫米，本发明层压板精度也优于多段式热压成型法。实施例4在实施例3中，取1张电解铜箔(日本电解制，环氧树脂用，35微米厚)夹于树脂涂布材与不锈钢板间，同时毛面(Matte Side)朝向树脂涂布材，可产生覆铜玻璃布环氧树脂层压板，板厚偏差也在0.03毫米内，而多段式热压式成型法制成板厚则有0.11毫米偏差。实施例5在实施例3中涂布材改用玻璃布双马来酰亚胺三嗪BT树脂胶片(三菱化学工业制，编号CCL-H810用胶片树脂含量35％、玻璃布7628)8张一叠共20组，欲成型物四周边缘以厚度0.03毫米、宽400毫米的聚四氟乙烯薄膜缠绕覆盖2圈，在高压容器内控制温度200℃、压力30公斤/平方厘米条件下成型60分钟。冷却到60℃，取出成型物，剥离聚四氟乙烯薄膜，即可得到玻璃布BT树脂层压板。采用上述方法所制得的玻璃布BT树脂层压板板厚偏差仅0.03毫米，而多段式热压成型法制成板厚偏差则有0.09毫米。实施例6依实施例5所述，在涂布材与不锈钢板间夹入一张电解铜箔(三井金属制，BT树脂用，18微米厚)，铜箔的毛面与涂布材贴合，即可制造出覆铜玻璃布BT树脂层压板。板厚偏差仅0.03毫米，比多段式热压成型法制成板厚偏差0.09毫米佳。实施例7层压板用漂白牛皮纸(Bleached Kraft Paper，王子制纸制，PKP-135)经固形物含量为15％的羟甲基蜜胺清漆(三和化学制)浸渍后干燥，得到10％树脂含量的含浸纸，再以不饱和聚酯树脂(武田药品制，聚合物6311 90％、苯乙烯10％、过氧化苯甲酰(BPO)1％)含浸，经双辊挤压调整单位重量至260±5克/平方米，如同实施例1裁成1040毫米×1040毫米大小尺寸，以8张为1叠与厚度2毫米不锈钢板交错组成20组为一本，欲成型物四周再以厚0.03毫米、宽400毫米聚乙烯薄膜覆盖缠绕两圈，在150℃饱和水蒸气的高压容器内加热加压60分钟，冷却到60℃以下后取出欲成型物，剥离聚乙烯薄膜，分离层压板成型品与不锈钢板，即可得到厚度1.6毫米不饱和聚酯树脂层压板，板厚精度范围从1.58毫米至1.62毫米，是多段式热压成型法所无法达到的。实施例8
步骤如实施例7所述，取一张电解铜箔(日本电解制，厚度35微米，涂布粘结剂为Epicote 827，硬化剂铵系)插入涂布材与不锈钢板间，电解铜箔的涂胶面贴合于涂布材面，得到覆铜不饱和聚酯树脂层压板，耐260℃焊锡可达60秒。实施例9玻璃纤维布(日东纺制，7628型)浸渍于环氧树脂(Epicote 82897％、硬化剂双氰按(Dicy)2.7％、苄基二甲胺(BDMA)0.3)中，含浸后得到树脂含量40％的涂布材，裁成1040×1040毫米大小尺寸。以8张为一叠备20叠，每一叠与一张厚2毫米不锈钢板交互组合叠置成一本欲成型物，四周边缘再以厚度0.03毫米、宽500毫米PET薄膜覆盖缠绕两圈，放置内装有160℃ 10公斤/平方厘米硅油的高压容器内加热加压60分钟，冷却到60℃以下后取出欲成型物，剥离PET薄膜，分离层压板成型品与不锈钢板，即可得到厚度1.6毫米玻璃布环氧树脂层压板。在多段式热压成型法中，是无法直接以液态环氧树脂制成层压板。实施例10步骤如实施例9所述，取一张电解铜箔(三井金属制，环氧树脂用，18微米)夹于树脂涂布材与不锈钢板间，同时毛面朝向树脂涂布材，以相同条件在高压容器内成型，即可得到厚度1.6毫米覆铜玻璃布环氧树脂层压板。在多段式热压成型法中，是无法直接以液态环氧树脂制成层压板。实施例11将缠在线轴(Mandrel)的玻璃纤维丝(Hankuk Fiber Glass制，ECG75 1/0 1Z)拉出，在450℃下作5分钟的热处理后，浸渍于硅烷耦合剂(日本UNICA，A-1100，浓度0.075％)中，以100℃干燥10分钟，再浸渍于环氧树脂(SHELL，Epicote828 97％、DICY 2.7％、BDMA 0.3％)中，经双辊挤压调整树脂含量至40％，制成涂布环氧树脂玻璃纤维涂布材，将该涂布材从已将毛面朝外铜箔(三井金属制，环氧树脂用，18微米)覆盖于厚度2毫米、尺寸大小1040毫米×1040毫米不锈钢金属体的一端开始缠绕到另一端，纤维与纤维的间隔视需要调整紧密度。当金属体的两面缠绕覆盖完成后，转90度方向作相同一端缠绕覆盖到另一端，重复交叉90度缠绕20层，取上述相同铜箔将毛面贴合于20层环氧树脂玻璃纤维涂布材外表，然后最外表面置放尺寸大小1040毫米×1040毫米不锈钢板，再以厚度0.03毫米宽400毫米PET薄膜覆盖缠绕两圈，放置内装有160℃、10公斤/平方厘米硅油的高压容器内加热加压60分钟，冷却到60℃以下，可制得厚度1.6毫米的覆铜玻璃布环氧树脂层压板，而在多段式热压成型法中，是无法直接以液态环氧树脂制成层压板。实施例12以直径5至15微米的长玻璃纤维作成同一方向排列之厚0.2毫米的薄片状玻璃纤维集合体(同一方向排列薄片状玻璃纤维集合体为同配向纤维(Unidirectionally Oriented Fiber，以下简称UD片))。采用如实施例11中的环氧树脂配方作成含40％环氧树脂的涂布材，在温度130℃中加热10分钟而成为B状态(BStage)的同配向(UD)胶片，裁成1040毫米×1040毫米大小尺寸，取8张上述胶片以90度方向交互叠置为一叠，如实施例9中的玻璃布环氧树脂涂布物与2毫米厚不锈钢板组合成20叠一本欲成型物并用PET薄膜缠绕覆盖，然后最外表面置放尺寸大小1040毫米×1040毫米不锈钢板，再以厚0.03毫米、宽500毫米之PET薄膜覆盖缠绕两圈，放置内装有160℃、10公斤/平方厘米硅油的高压容器内加热加压60分钟，冷却至60℃以下，可制得厚度1.6毫米同配向玻璃环氧树脂层压板。在多段式热压成型法中是无法使UD片像玻璃纤维布胶片中的玻璃纤维保持在相对位置，层压板的边缘很容易崩解。实施例13步骤如实施例12所述，以90度方向交互叠置8张为一叠的涂布材，在上、下放置以毛面朝向涂布材的铜箔(三井金属制，环氧树脂用，厚18微米)各一张，以相同的组合及高压容器的成型条件即可得到覆铜同配向玻璃环氧树脂层压板。
本发明的方法使层压板成型法高效率化。以目前所采用的多段式热压成型法最高产量如以40段加热板计，每一批次约2小时可生产厚度1.6毫主的层压板600张(层压板总厚度约960毫米)，但需采用高约25米的巨大热压成型机。而本发明的热压成型设备仅是一小小直径2米深度4米圆筒状的高压容器，以本发明要扩大其产能就容易多了。另以热传而言，本发明的加热方式是热媒与欲成型材直接接触，比多段式热压成型法的间接加热的效率有大幅度改善；在压力方面，本发明对涂布材中的树脂采取三维方向作立体加压，不像多段式热压成型法仅能作二维水平方向流动，使得类似不饱和聚酯树脂、环氧树脂都能以液态状树脂与玻璃纤维成型。同时本发明不像多段式热压成型法必须采用具弹性如橡胶作垫片，本发明所制造生产出来的层压板有板厚精度高及板材色调均匀的优点。
权利要求
1.一种形成层压板的方法，此方法以合成树脂将增强材涂布成为涂布材，单独一张涂布材或一叠多张涂布材上下各以金属板夹住，成为一组欲成型物，将一组或多组欲成型物叠成一本后，用热塑性树脂或橡胶薄膜包覆四周，放置在高压容器中，分别控制温度及压力在60℃至400℃及0.1公斤/平方厘米至200公斤/平方厘米环境中形成层压板。
2.如权利要求1的方法，其中增强材为纸。
3.如权利要求1的方法，其中增强材为玻璃纤维织布或非织造布。
4.如权利要求1的方法，其中增强材为芳酰胺纤维的织布或非织造布。
5.如权利要求1的方法，其中增强材为玻璃纤维及芳酰胺纤维混用的织布或非织造布。
6.如权利要求1的方法，其中增强材为玻璃纤维以缠绕法或同配向法织成者。
7.如权利要求1的方法，其中增强材为芳酰胺纤维以缠绕法或同配向法织成者。
8.如权利要求1的方法，其中增强材为玻璃纤维及芳酰胺纤维以缠绕法或同配向法织成者。
9.如权利要求1的方法，其中涂材表面与金属板之间贴合单面一张或双面两张厚度为0.005毫米至0.1毫米的金属铜箔或其他金属箔。
10.如权利要求1的方法，其中热塑性树脂或橡胶薄膜厚度为0.005毫米至3.0毫米。
11.如权利要求10的方法，其中热可性树脂或橡胶薄膜厚度为0.02毫米至0.3毫米。
12.如权利要求1的方法，其中可用铝、铁、铜或铅对经热塑性树脂或橡胶薄膜包覆之欲成型物进行增强。
13.如权利要求1的方法，其中合成树脂是选自酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚胺树脂、苯二甲酸二烯丙酯、聚酯型丙烯酸酯、环氧型丙烯酸酯或氨基甲酸酯型丙烯酸酯等树脂。
14.如权利要求1的方法，其中热塑性树脂薄膜可选自包括聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚甲基戊烯树脂、聚丁烯树脂、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、乙烯-乙烯基醋酸共聚合物、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚缩醛、聚乙烯缩丁醛、氟聚合物、聚酰亚胺、聚酰亚胺、醋酸纤维素之组群。
15.如权利要求1的方法，其中橡胶薄膜可选自包括天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、丁基橡胶之组群。
全文摘要
合成树脂层压板的成型法,其以合成树脂将纸、玻璃纤维、芳酰胺纤维的织布或非织造布或以缠绕法或同配向法编成的纤维丝补强材涂布成涂布材,一张或一叠多张涂布材上下各以金属板夹成一组欲成型物,涂布材表面与金属板间可贴合单面一张或双面两张金属箔,欲成型物以一组或多组叠成一体,用热塑性薄膜包覆四周,放置在内有空气、氮气、水蒸气、热水、一种或多种混合液态或气态有机物的高压容器中,于特定温度压力下形成层压板。
文档编号B32B27/04GK1229023SQ98100
公开日1999年9月22日 申请日期1998年3月18日 优先权日1998年3月18日
发明者黄梧桐, 横野春树, 林和兴 申请人:长兴化学工业股份有限公司