软质碳纤维复合材料的结构的制作方法

本实用新型关于一种软质碳纤维复合材料的结构，尤指一种碳纤维织物与热可塑性树脂之间结合良好，且在表面呈现立体纹路的软质碳纤维复合材料的结构。

背景技术：

既有于电子产品的屏蔽电磁干扰(EMI)方法为使用导电性涂料或金属性薄膜或金属电镀的织物及具导电性的胶膜等。近年来发现碳纤维本身具屏蔽EMI功能，但由于传统碳纤复材的碳纤制品适用在硬质、刚性强、质轻的产品特性，如：脚踏车、汽车、飞机或特定军事用途，而现在的碳纤维复合材料能够制作成软质碳纤维复合材料，故可用在手提袋、行李箱及钱包等民生用品上，使产品兼具有防止无线射频辨识侧录功能。

既有软质碳纤维复合材料通常为碳纤维强化热可塑性树脂复合材料，或简称热塑性碳纤维复合材料，其可由各种不同方法所制造：

中国TW590888提供一种塑性复合材料制品的制造方法，其中该塑性复合材料包含：一黏合介质层、一塑料层及一面料层，该黏合介质层包括：一热熔胶基质、多数含浸在该热熔胶基质内的纤维以及两个相间隔的表面，而该塑料层是由塑料原料制成，该面料层则是由纤维编织而成，上述塑料层及面料层并分别黏结在黏合介质层的两表面上。当前述各层相贴合且受热受压时，热熔胶基质会流向面料层及塑料层并与之结合，使各层稳固的结合。

中国TW572825所提供的复合材料包含：一由纤维材料所构成的基布层、两薄膜层及至少一接合层，其中该基布层具有一第一基面及一第二基面，其特征在于：该等薄膜层皆是由热塑性聚氨酯弹性体(TPU)所构成，且分别铺设在基布层的两基面上，基布层以二胺处理剂处理，并可藉由加热加压而稳固地黏接该接合层与基布层，并同时形成一平滑表面。

中国TW410196提供一种用于制备具织物纹路热塑性复合材料成型品的方法，包括下列步骤，a)制备纤维织物补强热塑性塑料复合材料片材，其中该热塑性塑料为透明性及该纤维织物具织物纹路；b)裁切该复合材料片材成所欲形状；c)预热步骤b)裁切后的复合材料令其软化；d)将步骤c)预热软化后的复合材料在30℃～150℃的模具温度下加以冲压成型；以及e)将步骤d)冲压成型物冷却定型，而形成一外观具织物纹路热塑性复合材料成型品。

上述专利案所提供的各种热可塑性复合材料的制备方法不外乎以纤维或纤维编织物为主体层，再以热塑的薄膜为树脂材或加上黏着性树脂等方式，使用加热加压方式使纤维含浸树脂并在冷却后成具强度与平滑表面的塑性复合材料，然而热塑性树脂受热熔融时，黏度无法像热固性的环氧或乙烯基酯等受热后黏度变得低于100.0Pa·s(1 Pa·s＝1kg·m^-1·s^-1)，可以充分流动至纤维之间于湿润纤维表面，因此即使可以得到外观平滑的复合材料，但内部纤维与树脂界面仍无法有良好的接着强度，且上述专利案并未详述加热加压方式或使用的设备，一般概指使用钢制平板或模具等热压台加热加压。虽然中国TW572825指出所提供的复合材料可适用车缝加工，而提供更多样的加工方式，但事实上因纤维与树脂界面并无良好的接着强度，因此该复合材料经车缝后或经折弯曲折后将出现裂痕。

为解决纤维与树脂界面之间接着强度不足的问题，以下专利案提供各种解决方案：

中国TW201037123提供一种塑性复合材料及其制造方法，该方法包含下列步骤：步骤1：备置至少二纤维层；步骤2：依据每一纤维层的材料特性，分别选用及含浸一结合剂；步骤3：排列该等纤维层；步骤4：加热加压该等纤维层，使至少一纤维层的结合剂热融，而与相邻纤维层黏结为一平板材；步骤5：冷却该平板材；步骤6：裁切该平板材为至少一预型材；步骤7：加热软化该预型材；步骤8：模压该预型材形成一成品，该结合剂可为热固或热塑的树脂。

上述含浸一结合剂的步骤应为该专利案的主要技术，惟此专利案中并未说明所使用的技术与设备。况且，前述热塑性纤维复合材因热塑性树脂受热熔融时，黏度无法像热固性的环氧或乙烯基酯等受热后黏度变低可以流动至纤维之间并湿润纤维表面而充分含浸，此含浸技术乃是否可以得到高质量热塑性纤维复合材料的主要关键技术，实际有用在量产的相关技术专利如以特定溶剂将特定热塑性树脂溶解使黏度变稀的技术如中国TW201442852、中国TW201442853与中国TW200618730所揭示者，但使用溶解法并不符合环保要求，因此欧美等先进国家都禁止或限制使用。另一量产的技术，如US5,236,972所揭露者，是将热塑性树脂以研磨成极细粉体并悬浮在水溶液的含浸法，中国TW201416513与US5,618,367则是将热塑性树脂研磨成粒状及粉状物后，将其均匀喷涂或喷洒在纤维织物表面，而后加热熔融并加压使纤维织物含浸热塑性树脂，然而，将热可塑性塑料研磨至可悬浮且能分散在水中或具可喷涂性，则研磨后的颗粒的粒度必需非常细至近奈米等级，因此研磨加工方式使得成本相对提高，而无法满足一般泛用级复合材料的成本。

再者，上述专利案并未提及所获得的热塑性碳纤维复合材料具有立体纹路表面，至多仅提到获得光滑表面，因此该等专利案并未提供如何在热塑性碳纤维复合材料上保持立体纹路表面的技术。

另，CN 103252957 A揭露一种表面具有立体纹路的碳纤维外壳，其制造方法包含将含浸热塑性树脂的碳纤维基材堆栈成层状结构，而后在该碳纤维层状结构的外层表面覆盖热塑性薄膜以形成复合材料，再将该复合材料放入具有立体纹路的热压模具中进行加热及冷却，即获得表面具有立体纹路的碳纤维外壳。由于此专利案的发明是将碳纤维基材先以热塑性树脂含浸后，再额外覆盖一层热塑性薄膜，而后利用模具进行热压等多个步骤，所以有制程繁复耗时等缺点。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种软质碳纤维复合材料的结构，其改善既有碳纤维织物与热可塑性树脂之间结合不佳的缺点，且在表面呈现立体纹路。

为达上述目的，本实用新型提供一种软质碳纤维复合材料的结构，其包括：

碳纤维织物，其具有立体纹路的表面；及

热可塑性树脂，其充分分布在所述碳纤维织物中，并覆盖在所述碳纤维织物至少具有立体纹路的表面，且具有与所述碳纤维织物对应的立体纹路。

其中，所述碳纤维织物的厚度为约0.03至1mm。

其中，所述碳纤维织物的厚度为约0.06至0.8mm。

其中，所述碳纤维织物的厚度为约0.08至0.5mm。

其中，所述碳纤维织物的厚度为约0.1至0.4mm。

其中，所述软质碳纤维复合材料的结构的厚度为约0.1至1mm。

其中，所述软质碳纤维复合材料的结构的厚度为约0.2至0.8mm。

其中，所述软质碳纤维复合材料的结构的厚度为约0.3至0.6mm。

其中，所述热可塑性树脂具有Shore A 50-70的硬度。

本实用新型所提供的软质碳纤维复合材料的结构，能够在表面呈现立体纹路，更具美观性、在视觉上更具变化，而能增加应用性。

附图说明

图1为本实用新型软质碳纤维复合材料的结构的剖面示意图。

图2为本实用新型软质碳纤维复合材料的结构的制造方法的流程图。

图3为用在制造本实用新型软质碳纤维复合材料的结构的装置示意图。

图4为传统织物复合材料的剖面示意图。

具体实施方式

除非文中有另外说明，在本说明书中(尤其是在后述专利申请范围中)，所使用的「一」、「该」及类似用语应理解为包含单数及复数形式。另，为明确起见，图式中可能夸示各组件及区域的尺寸，而未按照实际比例绘示。

应了解在此说明书中所引用的任何数值范围欲包含其内所涵括的所有次范围。例如，从「160至190℃」的范围包括陈述的最小数值160℃及陈述的最大数值190℃之间所有的次范围(如从168℃至187℃、163℃至182℃、170℃或188℃)且包含该两数值，亦即包含等于或大于160℃的最小值以及等于或小于190℃的最大值的范围。因为所揭示的数值范围是连续的，因此他们包含最小值和最大值之间的每个数值。除非另加说明，否则此说明书中指明的各种数值范围是概略值。

请参看图1，本实用新型关于一种软质碳纤维复合材料的结构，其包括：

碳纤维织物(B)，其具有立体纹路的表面，其由碳纤维织物的横向纤维(B1)及碳纤维织物的纵向纤维(B2)交织而形成者；及

热可塑性树脂(A)，其充分分布在该碳纤维织物(B)中，并覆盖在该碳纤维织物(B) 至少具有立体纹路的表面，且具有与该碳纤维织物(B)对应的立体纹路。

请参看图2及图3，其例示一种制造本实用新型软质碳纤维复合材料的方法，其包括：

提供热可塑性树脂(A)，并将其以热熔机(10)以接近该热可塑性树脂(A)熔点的热熔温度加热熔融；

提供碳纤维织物(B)，其在至少一表面具有立体纹路，使其经过热融涂布区(20)，以罗拉(22)与刮刀(23)的组合将该熔融的热可塑性树脂(A)至少涂布在该碳纤维织物(B) 具有立体纹路的表面；

使该涂布有热可塑性树脂(A)的碳纤维织物(B)经过烘烤区(30)烘烤，以令该热可塑性树脂(A)渗入该碳纤维织物(B)内；

该碳纤维织物(B)经热可塑性树脂(A)涂布与烘烤渗透及湿润后，再经过包含至少一橡胶罗拉(41)及另一罗拉(42)所组合的罗拉组的加热加压区(40)，以加热及加压方式使热可塑性树脂(A)能充分分布在碳纤维织物(B)中，并使热可塑性树脂表面呈现立体纹路；以及

在冷却区(50)冷却该涂布有热可塑性树脂(A)的碳纤维织物(B)，使该热可塑性树脂 (A)固化而与碳纤维织物(B)结合成一体，以获得具立体纹路的软质碳纤维复合材料 (C)。

在获得该具立体纹路的软质碳纤维复合材料(C)后，可视需要再进行后加工，如图 2所示，可经裁剪并与导电性织物内里车缝在一起，而制成具立体触感与防侧录特征的软质纤维产品，如手提袋、行李箱及钱包等。

本创作中，该碳纤维织物(B)的厚度为约0.03至1mm，优选的是约0.06至0.8 mm，更优选的是约0.08至0.5mm，最优选的是约0.1至0.4mm，该碳纤维织物(B)在上述特定厚度时能够促进含浸效果以及树脂与纤维之间的接合性，且每米平方重量于约30至600g之间，优选的是约50至500g之间，更优选的是约70至400g之间，最优选的是约90至300g之间，该碳纤维织物(B)的纤维含有率介于约20至60％之间，优选的是约25至55％之间，更优选的是约30至50％之间。

本创作中，该热可塑性树脂(A)为软质的热可塑性树脂，特别指硬度为萧氏 A(Shore A)50-70的软质热可塑性树脂，优选的是萧氏A(Shore A)55-65的软质热可塑性树脂，例如聚脲酯树脂(Thermoplastic Polyurethane，TPU)、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene Vinyl Acetate，EVA)、改质聚乙烯(PE)等软质热可塑性塑料材质。

本创作中所获得的软质碳纤维复合材料(C)的厚度为约0.1至1mm，优选的是约 0.2至0.8mm，更优选的是约0.3至0.6mm。

其中，在该热熔机(10)中，该热可塑性树脂(A)颗粒的进料量依涂布所需的量而控制，使熔融的热可塑性树脂(A)能保持一定的熔融时间与温度，过长的时间或过高的温度将导致树脂裂解。在使用硬度萧氏A(Shore A)65的改性软质热可塑聚脲酯树脂(TPU) 的态样中，熔融温度的设定为约160至190℃为最佳；当使用EVA与PE的态样中，熔融温度的设定为约155至185℃。

其中，该热融涂布区(20)包括树脂槽(21)、可控涂布量的刮刀(23)与涂布罗拉(22)，利用刮刀(23)与罗拉(22)的间隙可控制所需的涂布量，刮刀(23)涂布时，能使热可塑性树脂(A)均匀涂布在碳纤维织物(B)表面。

其中，该烘烤区(30)的温度较前述热熔温度高约5至30℃，优选的是高约5至25 ℃，更优选的是高约5至20℃，最优选的是高约10至20℃。而该涂布有热可塑性树脂(A)的碳纤维织物(B)在该烘烤区(30)停留的时间需控制在约20至90秒，优选的是约 25至75秒，更优选的是约30至60秒，最优选的是约35至50秒，以高温烘烤的目的在增加热可塑性树脂(A)的流动以提高该热可塑性树脂(A)在碳纤维织物(B)内的渗透程度并湿润碳纤维织物(B)。

其中，该烘烤区(30)是利用红外线、电热或电磁加热等所进行者。

其中，该加热加压区(40)中的罗拉组提供与树脂熔融的温度相近的加工温度，温差为约5℃至约30℃之间，优选的是约10℃至约25℃之间，更优选的是约10℃至约20 ℃之间，以及约5至30kgf/cm²之压力，优选的是约5至25kgf/cm²之压力，更优选的是约10至20kgf/cm²之压力，以使该热可塑性树脂(A)能在熔融状态下受压流动而使热可塑性树脂(A)与碳纤维织物(B)的界面能充分结合。

其中，该加热加压区(40)中的橡胶罗拉(41)是以橡胶覆盖在表面的钢轮，其中该橡胶表面硬度控制在萧氏A(Shore A)60-75的硬度，因此在加压于涂布有热可塑性树脂(A) 的碳纤维织物(B)表面时，不致于因过大的压力使涂布有热可塑性树脂(A)的碳纤维织物 (B)的表面有平面化的效果，如此能确保所获得的软质碳纤维复合材料(C)具有原本碳纤维织物(B)的立体纹路。

在一实施态样中，当该碳纤维织物(B)的一表面具有立体纹路时，则该加热加压区 (40)中的罗拉组包含一橡胶罗拉(41)，加压该碳纤维织物具有立体纹路的表面；另一罗拉(42)则可为钢制罗拉。

在另一实施态样中，当该碳纤维织物(B)的二表面皆具有立体纹路时，则该加热加压区(40)中的罗拉组可包含二橡胶罗拉(41)，分别加压该碳纤维织物具有立体纹路的二表面。

在又一实施态样中，当该碳纤维织物(B)的二表面皆具有立体纹路时，则该加热加压区(40)中的罗拉组亦可包含一橡胶罗拉(41)与一钢制罗拉。一般加压力在20kgf/cm²以下时，使用二个橡胶罗拉的组合即有好的树脂渗透与含浸效果，并且复合材料表面具有良好的立体纹路效果。但如织物为厚度超过0.4mm的厚实织物且加压压力需超过 20kgf/cm²的压力时方能得到好的含浸质量效果时，若使用二个橡胶罗拉的组合，则过大的压力将使织物产生变形与纹路歪斜等不良问题，故可使用一橡胶罗拉与一钢制拉的罗拉组，以确保织物的质量。但若使用一橡胶罗拉与一钢制拉的罗拉组的制程，与该钢制罗拉所接触的纤维织物的立体感会稍弱，而使用二个橡胶罗拉的组合则双面的立体感则较佳。

其中，该冷却区(50)保持在约0至20℃的温度，优选的是约5至15℃，更优选的是约5-10℃，以冷风吹出式的冷却系统为佳；冷却驻留时间为约20至60秒，优选的是约20至50秒，更优选的是20至40秒。该冷却区的长度设置必需考虑冷却效果。冷却时间依加工产出的速度与树脂种类不同而有所不同，通常在5-10℃下需有20至40 秒的驻留冷却时间。冷却效果若不足将导致树脂表面相互黏贴，不同的树脂会因树脂的玻璃转化点不同而有所差异。

实例：

实例1

提供萧氏A(Shore A)65的聚脲酯树脂(TPU)以及厚度为0.28mm且每米平方重量为248g的碳纤维斜纹织物，将聚脲酯树脂以热熔机加热至180℃而熔融，并将其以罗拉与刮刀的组合涂布在该碳纤维斜纹织物的表面，而后经由红外线在205℃烘烤40 秒，使得聚脲酯树脂渗入碳纤维斜纹织物的纤维中，再藉由包含硬度为萧氏A(Shore A) 65的橡胶罗拉及钢制罗拉的罗拉组在温度为160℃加热及压力为16kgf/cm²时加压，使热可塑性树脂充分分布在碳纤维织物中，并使表面呈现立体纹路；最后涂布有聚脲酯树脂的碳纤维斜纹织物在7℃冷却，生产线速2m/min，冷却驻留30秒，使聚脲酯树脂固化而与碳纤维斜纹织物结合成一体，以获得具立体纹路的软质碳纤维复合材料，其厚度为0.56mm。

实例2至7

制造方法与实例1相同，所使用的材料、制程条件及结果详如表1所示。

实例1碳纤维斜纹织物的横向纤维(B1)与碳纤维织物的纵向纤维(B2)与聚脲酯树脂 (A)的结合包覆性佳且无明显空孔。

「空孔」是纤维复合材料在含浸及热加压过程中因树脂含浸性不佳或树脂无法充分流动，使树脂无法完全包覆纤维，造成纤维间有残留空气形成的气泡，在复材固化后便形成一空的小孔，其谓空孔。成形加工不良而含有大量空孔的复合材料会使其纤维与树脂无法有效结合，对软式复材而言，空孔将导致在后续车缝加工时，使纤维从树脂中被拉出或表面出现裂缝。

比较实例1

使用中国TW410196所揭露的方法所制程的复合材料成型品作为比较实例。

比较结果

本创作软质碳纤维复合材料的表面呈现明显的立体纹路，传统织物复合材料的纹路并不明显，相较于本创作而言，传统织物复合材料的表面呈现平面感。

由图4可了解在传统织物复合材料中，所覆盖的树脂(A')无法延着碳纤维织物的横向纤维(B1')及碳纤维织物的纵向纤维(B2')的立体纹路产生相对应的立体纹路，而是使该传统织物复合材料的表面成平面状。而由图1则可清楚看出本创作碳纤维织物表面所覆盖的热可塑性树脂(A)能够延着碳纤维织物的横向纤维(B1)及碳纤维织物的纵向纤维(B2)的立体纹路而产生相对应的立体纹路。故使用本案所提供的方法产生的软质碳纤维复合材料能在表面呈现立体纹路。

实例8

由实例1至7所获得的软质碳纤维复合材料可进行后加工，与导电性织物内里车缝在一起，而制成手提袋、行李箱及钱包等产品。以下表2比较一般牛皮、既有玻纤镀银、本案申请人在中国TW1325907所提供的导电织物(聚酯布表面电镀铜)、实例1 所获得的软质碳纤维复合材料以及将上述导电织物(作为内里)与实例1所获得的软质碳纤维复合材料车缝后的EMI屏蔽性。由表2可知：本创作软质碳纤维复合材料已具有相当良好的EMI屏蔽性，而若将本创作软质碳纤维复合材料与导电织物组合时，更能增加原导电织物的的屏蔽效果，故可有效防止电子侧录。

上述实施例仅为例示性说明本创作的原理及其功效，并阐述本创作的技术特征，而非用在限制本创作的保护范畴。任何熟悉本技术者在不违背本创作的技术原理及精神下，可轻易完成的改变或安排，均属本创作所主张的范围。因此，本创作的权利保护范围如后附权利要求书所列。