复合材料结构的制作方法

本实用新型系有关于一种复合材料结构，特别是指一种具有金属特性的单一纤维预浸材料，该单一材料的整体结构能够有效降低不同材质间在环境温度影响下，膨胀系数极大差异所造成的内应力结合性松动与位移性的破坏，及能够承受应用于产品时的机械加工如：钻孔、铆钉接合时所形成破孔处连续纤维断裂的结构性破坏，以及有利于产品表面金属加工优质化处理。

背景技术：

按，复合材料为金属材料、碳纤维材料或玻璃纤维材料等两种或两种以上的材料经过复合工艺而制备的材料，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于单一组成材料，而满足各种不同场合的应用要求。传统复合材料结构(Fiber Metal Laminate Structures；FML Structures)由多层纤维堆叠的纤维预浸素材，其为了利于产品应用端的机械加工处理如：钻孔、铆钉接合、锁螺丝、焊接等，基本上在该纤维预浸素材上外加一厚金属层，使成为具有金属特性的单一纤维预浸材料，藉由该具有金属特性的单一纤维预浸材料，提供具有韧性高、耐冲击性、抗弯曲，且同时具抗腐蚀、隔热、隔音、耐震性、耐高低温等诸多特点。

传统该具有金属特性的单一纤维预浸材料已被广泛使用在各大行业领域，如航空航天、汽车、运动器材、电子产品、建筑等。然而，由于该具有金属特性的单一纤维预浸材料虽具有极佳的物理与化学特性，但整体结构却存在瑕疵，如图1所示，传统具有金属特性的单一纤维预浸材料5为一种具有复数纤维堆叠之纤维层与外加单一厚金属层复合一体的结构(FML Structures)，其是由具有复数纤维堆叠之纤维层51外加具有相当强度及厚度的单一厚金属层52组固一体而成，应用上视需要将单一纤维预浸材料5以多层堆叠，藉该金属层52的金属特性提供有利于进行机械加工处理，如：钻孔、铆钉接合、锁螺丝、焊接等应用，惟，该纤维层51虽能够藉多方向性堆叠实现出色的径向抗拉强度，但其在轴向机械加工的承受度方面却不可行，一旦须进行机械加工处理，如：钻孔、铆钉接合、锁螺丝、焊接等应用时，因无法承受加工件(如铆钉、锁螺丝)以轴向打入的穿刺力道，而在互相堆叠的纤维层51刺穿点周围，因连续纤维断裂，而产生断裂或脆裂的纤维破坏，造成不可逆的结构性破坏，而使得相互间的结合性变弱令整体强度也变弱。

此外，该纤维层51与外加该单一厚金属层52组固一体，其结合面极容易在环境温度影响下，因不同材质之膨胀系数的极大差异，所造成内应力影响，而发生相互接合面的松动影响到相互间的结合稳固性，更甚者会造成相互剥离现象，造成不可逆的结构破坏。

有鉴于此，本发明人乃秉持从事该项业务多年之经验而了解到以往复合材料结构上的之美中不足之处并尝试找出其问题症结所在，经多方探讨，详加设计且审慎评估后，最终提出一套创新且可行之法，能够达到在单一厚金属层的相同厚度规格下，将该厚金属层薄型化后，以交错层叠方式与复数纤维堆叠一体，强化整体结构强度及韧度，以提升产品应用质量。

技术实现要素：

本实用新型之目的，即在于提供一种复合材料结构，乃系提供一种具有金属特性的单一纤维预浸材料，该单一材料藉具有金属的特性不但强化整体结构强度，能够承受应用于产品时的机械加工所形成钻孔处连续纤维断裂的不可逆结构性破坏，且能够降低金属层与纤维层间，在环境温度影响下因不同材质之膨胀系数极大差异，所造成内应力结合性松动与位移性破坏，并且能够有利于产品表面金属外观优质化质感效果。

为达到上述目的，本实用新型复合材料结构，系指一种具有金属特性的单一纤维预浸材料，该单一材料包括：复数纤维堆叠之纤维层及金属层，其特征在于：该金属层包含相同(或不同)的复数金属材，以交错层叠方式与该复数纤维堆叠一体，形成与传统复合材料结构(FML Structures)在同样具有复数纤维堆叠之纤维层及外加单一厚金属层的相同厚度规格下，具有复数金属材和复数纤维交错堆叠的结构型态。

附图说明

图1为习知具有金属特性的单一纤维预浸材料以两个材料堆叠的立体图。

图2为本实用新型复合材料结构之第一实施例以两个材料堆叠的立体图。

图3为本实用新型复合材料结构之第一实施例以两个材料堆叠后的示意图。

图4A与图4B分别为习知复合材料与本实用新型复合材料于进行机械加工之钻孔处理后的比较图。

图5为本实用新型复合材料结构之第二实施例剖面图。

附图标记包括：

1，1’，5-单一纤维预浸材料 2，2’，51-纤维层

3，3’，52-金属层 20，20’-复数纤维

30，31’-金属材 20a，30a，51a-刺穿点周围

60，61-钻孔

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。

请参阅图2及图3为本实用新型复合材料结构之第一实施例，如图2所示，本实用新型复合材料结构系指一种具有金属特性的单一纤维预浸材料1，该单一纤维预浸材料1包括：纤维层2及金属层3，其中该纤维层2具有复数纤维20，该复数纤维20系选自碳纤维(Carbon Fiber)、玻璃纤维(Glass Fiber)或芳香族聚酰胺类纤维(Kevlar；Twaron)之复合材料之一种，且每一层纤维20皆均匀含浸有热固性树脂(Thermoset)或热塑性树脂、热塑性塑料(Thermoplastic)，且实际实施时，采用的复数纤维20可以为相同或不同等级的拉伸强度(Tensile Strength)及拉伸模量(Tensile Module)。该金属层3包含复数相同金属材30，其系选自钛、钛合金、铜、钢、铝、铝合金、镁铝合金之一种。本实用新型之特征在于将该每一相同金属材30以交错层叠方式与该复数纤维20堆叠一体，形成与传统复合材料结构(FML Structures)同样具有复数纤维堆叠之纤维层及外加单一厚金属层的相同厚度规格下，具有复数金属材30和复数纤维20交错堆叠的结构型态，换言之，本实用新型单一纤维预浸材料1所形成的结构型态，是在传统复合材料结构(FML Structures)同样相同厚度规格下，具有复数薄型化金属材30和复数纤维20交错堆叠的结构型态，藉如是结构型态能够将金属层3与纤维层2间在环境温度影响下，因不同材质之膨胀系数极大差异，所造成的内应力，而使得相互接合面的结合性松动与位移性的破坏有效降低，藉以提升复合材料结构之整体结构强度。

请续参阅图4A、图4B为传统单一纤维预浸材料5与本实用新型单一纤维预浸材料1各以两层堆叠，并进行机械加工之钻孔处理后的比较图，如图所示，在同样相同厚度规格下，传统单一纤维预浸材料5(图4A)虽然具有复数纤维层51与外加单一厚金属层52组固一体而成，但是，经钻孔60后无法承受加工件(如：钻孔、铆钉接合、锁螺丝、焊接等)以轴向打入的穿刺力道，而在互相堆叠的纤维层51刺穿点周围51a因连续纤维断裂，而产生断裂、脆裂的破坏，造成不可逆的结构性破坏，而使得相互接合面的结合性变弱，令整体强度也变弱。而反观本实用新型单一纤维预浸材料1(图4B)在与传统复合材料结构(FML Structures)同样相同厚度规格下，因为整个结构型态不同，由复数金属材30和复数纤维20交错堆叠强化整体的结构强度，因而，经钻孔61后被轴向打入的穿刺力道的每一层纤维20的刺穿点周围20a，皆能够因为金属材30乃为等方向性材质，不受钻孔刺穿影响，而能够在金属材30的穿刺点周围30a上下组固一体支撑夹持下，将每一层纤维20的纤维即使在断裂处也能够形成有效的组固一体支撑夹持效果，有效降低由上方穿透所产生的轴向破坏力，且均匀分配承受，因此对于相互间的结合性及整体强度的影响有效降低，而能够解决传统在机械加工处理，如：铆钉接合，或钻孔、锁螺丝等应用时，仅以纤维层51及外加单一厚金属层52由于在纤维层51因连续纤维断裂，因无法承受轴向的结构破坏情形，而造成不可逆的结构性破坏，使其达到具有金属特性的单一纤维预浸材料整体的结构强化效果。

本实用新型所提供的复合材料结构实际生产能够依照不同尺寸的需求，以大尺寸做成成卷的纤维预浸布，或者是以小尺寸作成类似胶带(tapes)的成卷纤维预浸胶带(Towpreg)，而能够使得产品应用端视产品所需规格进行选择。

请参阅图5为本实用新型第二实施例，本实施例之复合材料结构1’与第一实施例所述复合材料结构1大致相同，同样为纤维层2’及金属层3’交错堆叠的结构型态，其中该纤维层2’具有复数纤维20’；该金属层3’包含复数不相同金属材31’，该金属层3’藉不相同金属材31’的不同金属特性，能够配合实际所应用产品的结构强度需求来采用，一旦与复数纤维20’交错堆叠一体后，更加使得整体的结构增强，如是，与传统复合材料结构(FML Structures)单一纤维预浸材料5结构型态(图4A具有复数纤维层51与外加单一厚金属层52)比较，同样能够将该纤维层2’及金属层3’间在环境温度影响下，因不同材质之膨胀系数极大差异，所造成的内应力影响，而发生相互接合面的结合性松动与位移性的破坏有效降低，藉以提升复合材料结构之整体结构强度，并且同样能够利于所应用之产品的机械加工处理，如：钻孔、铆钉接合、锁螺丝、焊接等，以及利于所应用产品的表面金属外观优质化质感效果。

如前所述，本实用新型于第一、第二实施例所介绍之复合材料结构均为复数纤维与复数金属材的交错层叠设置，当交错层叠时令该金属材位于最外层的表面，则有利于进行金属表面机械加工处理，使得所应用的产品表面能够具有喷纱处理、阳极处理、镜面抛光、镀膜、发丝纹路等金属表面处理特性，有利于产品做金属表面加工优质化的效果，此乃一般传统纤维只能用喷漆或烤漆做表面加工所无法达到的真正金属质感。

惟，以上所述，仅为本实用新型最佳之一的具体实施例之详细说明与图式，惟本实用新型之特征并不局限于此，并非用以限制本实用新型，本实用新型之所有范围应以下述之申请专利范围为准，凡合于本实用新型申请专利范围之精神与其类似变化之实施例，皆应包含于本实用新型之范畴中，任何熟悉该项技艺者在本实用新型之领域内，可轻易思及之变化或修饰皆可涵盖在以下本案之专利范围。