TW500665B - Moldable composite article - Google Patents
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500665 _案號 89106316_年月日__ 五、發明說明（1) 相關之申請案的前後參照 此專利案是1 9 9 7年4月2 3曰所申請之美國專利申請案編 號第08/839,016的部份連續案，以提及的方式併入本文 中 〇 發明背景 本發明一般係關於複合材料物件，更特定言之，係關於 可塑之非織造纖維狀複合材料物件。 於製造含有聚合物料之物件（其具有充分強度和堅挺性 而充作汽車箱襯裡）時，熟知之操作是採用具有不同性質 之可熱壓成形物料的薄片，處理薄片成為各層，然後將彼-等在一個模子中，在熱和壓力下壓縮在一起，使用至少一 層其能授予強度和堅挺性及使用另外層其產生足夠供模製 用之整體。美國專利案第5，2 9 8，3 1 9號中揭示：自纖維狀 複合材料所製造之汽車箱襯裡，此複合材料具有由非織造 織物（基本上係由聚丙烯短纖維所組成）所組成之外層及由 經擠壓之聚丙烯所組成之中間層。將此等較早技藝纖維狀 複合材料與擠壓之中間聚丙烯層同時組合。兩個外部非織 造織物層的内部表面經由擠壓程序中所產生之熱而黏附至 經擠壓之聚丙烯的表面上及在該程序期間熔化之必然熔融 狀態的接鄰表面。使用含有相同聚合物（即：聚丙烯）之所 有三層，便利於物件的最後循環。 此較早技藝程序中固有數項缺點。因為擠壓中間層（其 授予模製所必須之整體），自它所模製之物件必然具有均 勻厚度。另外缺點即：必須將纖維狀複合材料與擠壓的中 間層同時組合。
O:\63\63433.ptc 第4頁 500665 _案號89106316_年月日__ 五、發明說明（2) 發明總結 因此，本發明的一個目的在提供一種改良之可塑纖維狀 複合材料，可使用它來製造可變更厚度和密度之模製物 件。 本發明的另外目的在提供由可連續組合之各層所製成之 改良式可塑纖維狀合材料。 本發明的另外目的在提供一種改良之可塑纖維狀複合材 料，其係由可立即循環之相容性物料所製成。 本發明尚有另外目的在提供非織造纖維狀複合材料其可 在一步驟模製方法中予以模製。 - 本發明尚有另外的目的在提供非織造纖維狀複合材料， 可使用它來模製具有高厚度對重量比之物件。 本發明更有另外目的在提供一種改良之可塑纖維狀複合 材料，當歷經熱和壓力下之模製時，它可立即呈現模的形 狀而無破裂或撕裂。 本發明更有另外目的在提供一種改·良之可塑纖維狀複合 材料，可使用它來使物件熱壓成型不須注射樹脂。 為了達成前述和其他目的及克服上述較早技藝的問題-，-本發明，如本文中所具體表現和廣義敘述者提供可塑非織 造纖維狀複合材料及其製造方法。依照本發明，非織造纖 維狀複合材料具有至少兩個功能層，所有各層係由相同非 織造可熱壓成型之聚合化學物質或物料所製成。適當之聚 合物料包括聚丙烯，聚氯乙烯，聚乙烯乙酯，聚醯胺，聚 乙烯醇，聚乙烯，聚胺基曱酸酯和聚酯。在較佳具體實施 例中，各層係由聚酯所製成，可典型使用此等複合材料但
O:\63\63433.ptc 第5頁 500665 案號 89106316 年 月 曰 修正 五、發明說明（3) 並非受限為製造汽車頂襯墊，箱襯裡，客艙組件，行李， 傢倶，運動器材和過濾產物。 將所選擇之聚合化學物質製造成具有不同機械及/或其 他物理性質之兩種不同織物。至少一種織物是可成形之織 物，於在熱及/或壓力下最後模製時它具有相當高程度的 強度和堅挺性。其他織物是可變更壓縮織物（亦經敘述為 可變更厚度織物），當使它歷經在熱及/或壓力下模製時， 它能呈現可變更之厚度和密度。在某些應用用途方面，成 品物件需要均勻厚度和密度之情況下，亦可使用可變更壓 縮織物。此項可變更壓縮織物是美國專利案第5，5 3 2，0 5 0 : 號之主題，以提及的方式併入本文中。在另外具體實施例 中，可採構成面向織物之另外層施加至任一層的外表面上 其目的是加強自複合材料所模塑之物件的外觀。可採各功 能層和該層之面向織物組合成為複合材料其能經由製造商 運送成品之可成形物件。複合材料可經由堆疊各層一層在 另層上並採彼等聯合在一起而組合。術語π複合材料’’如本 文中所使用者包括連續各層之任何堆疊不論是否各層間或 各層中之内聚力經由化學及/或物理方法予以加強。複合-材料各接鄰層的内聚力可經由下列各種技術予以加強··喷 射粉末連合，使用液體分散體/溶液，縫編，火焰膠合， 使用中間黏附織物在各功能層間及機械式針穿刺，所有此 等方法均為精於該項技藝之人士眾所週知。 亦經包括在此概念中者是另外具體實施例其中，採具有 經預定熔化溫度範圍之所選擇纖維的摻合物包含在任一層 中或兩層中，它影響複合材料各層間之黏附及成品模塑物
O:\63\63433.ptc 第6頁 500665 案號 89106316 年 月 曰 修正 五、發明說明（4) 件之堅挺性，可將所發生之黏附的此種歷程敘述為”熱塑 性黏合π ，其更完全之記述於美國專利案5，4 5 6，9 7 6 (第3 歹》J第3 6至5 0行）中；以提及的方式併入本文中，然後將一 薄片的複合材料設定入模子中，用熱及/或壓力予以成形 而採取模槽的形狀，藉以形成最終物件形狀。 圖式之簡單敘述 為了更完全了解本發明的性質和目的，應參照附隨之各 圖式，閱讀實施本發明之較佳方式的下列詳述；圖式中： 圖1是顯示其多層構型之根據本發明一具體實施例之可 塑纖維狀複合材料的等距圖。 - 圖2是根據本發明之另外具體實施例用以製造模塑物件’ 之系統之示意表示圖。 本發明之詳細敘述 本發明現在將參照特定具體實施例及圖式予以詳細敘 述。 依照本發明，將物件各自自分離輥或可變更壓縮和可成 形織物層的薄片模製成。如圖2中所舉例說明，可成形之 纖物（2 5和2 6 )，各自自輥（2 9和3 2 )分配出，可變更壓縮-織 物（2 8 )則自輥（3 1 )分配出而視情況，面對織物（2 7 )則自輥 (3 0 )分配出。將此等織物層自其各自輥同時餵供入具有頂 (33)和底（34)之模製設備中如圖2中所描述。 汽車頂襯墊係經由將分開層的可變更壓縮和可成形織物 (其中含有黏合劑纖維）通經具有模槽之壓縮模予以形成， 當將複合材料之捲展開時，模槽形狀是頂襯塾的形式。為 了實施模製，使複合材料歷經昇高之溫度下歷預定之時間
O:\63\63433.ptc 第7頁 500665
-—案號 89〗0(^1ft 五、發明說明（5) 纖維在熱及/或壓 此等纖維會冷卻 然後在模中冷卻。各分開層中之黏合劑 力下軟化及/或溶化和摻混而於脫模時 而固化並將各層聯合在一起。 依照另外具體實施例，在製造成物# i 形和可變更壓縮織物及視情況選用 =二將各層的可成 成為複合材料。 < 層的面呈於織物形 參照圖1 ，此圖舉例說明構成根據本發明 件之各層。為了容易舉例說明，各層 戸 複。材厂 製。 尽之厗度並未按比例繪 物變更I缩織物(2)之複合材料
Qt t下表面（7)之可成形織物' ^卩/Λ (10)之可成形織物層（8) f附層（14)和下黏附層（11)插置在可變更壓織 (2)與各自之可成形織物層（5)和（8)之間，因此使 可更壓縮層（2)的上表面（3)接鄰黏附層（14)之下表面 ^ 6主）及,黏附層（14)之上表面（15)接鄰可成形織物層（5)之 &面7)及黏附層（11)之上表面（12)接鄰可變更壓縮層 (2)之下表面（〇，黏附層（11)之下表面（13)接鄰可成形織 物層（8)之上表面（9)，藉以加強可成形織物層（5)和（8)_ 可變更壓縮層（2 )間之接觸和内聚力。 /、 前述之具體實施例可經由下列操作予以變更··藉黏附層 (20)施加面對織物層（17)的下表面（19)至可成形織物層 (5)之上表面（6)因此使面對織物層（丨7)之下表面（19)接鄰 黏附層（20)之上表面（21)，黏附層（20)之下表面（22)接鄰 可成形織物層（5 )之上表面（6 )，藉以加強複合材料的外表 IHHI in·! O:\63\63433.ptc 第 8 頁 500665 _案號89106316_年月日__ 五、發明說明（6) 面和自它所模製之物件的外觀。然後可將汽車頂襯墊或箱 襯裡經由使複合材料通經壓成型設備，使複合材料經歷昇 高之溫度及/或壓力歷一段時間足夠使複合材料採取模槽 之形狀予以形成。 關於使用於本發明中，現已發現：可成形或堅挺織物之 基重應係自大約4至1 8盎斯/平方碼。較佳之範圍是自大約 6至12盎斯/平方碼。此等範圍提供製造時之處理能力，控 制成品模製物件中之堅挺性性質及製造成品產物之經濟學 的最適宜聯合。 在本發明的另外具體實施例中，將一片的聚酯可變更壓 縮織物夾置在兩片的可成形聚酯（其形成是針刺毯）間，藉 以形成複合材料物件。針刺毯係由紐約州U t i c a市 Κ η o w 1 t ο η非織造物有限公司所製造。接鄰薄片間之内聚力 經由機械式針刺予以加強。然後將複合材料捲成儲存捲。 可將一層的裝飾織物例如Η 0 F A Η Μ V 8印花縫編聚酯或F 〇 s s 針刺聚酯施加至可成形之聚酯織物中各層之一的外表面 上。 將一種物件，例如汽車箱襯裡或頂襯墊在熱及/或壓力 下於模中形成。然後將模製物件冷卻至周圍溫度。上文所 述及之美國專利案5, 298, 319號中教導用以製造經由本發 明所考慮之該型物件的基本模製步驟和裝置，以提及的方 式併入本文中。 應了解：可採用加強内聚力之不同方法在相同複合材料 的不同織物層之間。舉例而言，面對之織物層與可成形之 織物層間加強之内聚力可經由插置一個黏附層在其中間予
O:\63\63433.ptc 第9頁 500665 _案號89106316_年月日_Hi_ 五、發明說明（7) 以達成，而可成形之織物層與可變更厚度織物層間之加強 内聚力可經由針刺予以達成。 另種方式，適合於模製之複合材料可自單層的可成形織 物和一層的可變更壓織物而製造。可將一個面對織物層施 加至可成形織物層或可變更壓織物層任一層的外表面上。 各功能織物層間之内聚力可經由此等機械方法例如針刺及 /或經由黏附方法例如喷射粉末連合，使用液體分散體/溶 液，火焰膠合，及/或插置一個黏附層及其聯合使用予以 加強。 下列實例舉例說明本發明的各種結構上具體實施例以及_ 如何本發明結構之物理性質經由變更某些程序參數予以控 制。在下列實例中，第一和第二較為堅挺層係由針刺方法 予以產生，即經由首先在標準紡織摻合設備上摻合所選擇 之纖維，接著梳理纖維成為非織造織物，然後將它交叉舖 網而造成高蓬鬆度多層毛層，隨後將它以大約1，0 0 0針針 穿刺度予以針刺。 實例 一種可塑複合材料結構（其中將一層的可變更壓縮織物 夾置在兩層或兩片的可成形（較堅挺）織物間）經由下列技 術而造成。 三種材料的各層如下： 第一較堅挺層 5 0 %纖維革新技術3 . 5旦尼X2 π結晶聚 酯雙組份黏合劑纖維 50% Kosa 15 旦尼Χ3Π ， 295 型聚酯 基重：6盘斯/平方碼
O:\63\63433.ptc 第10頁 500665 _案號89106316_年月日__ 五、發明說明（8) 針刺結構（較堅挺織物） 第二較堅挺層 相同纖維，摻合物，結構如上 ' 基重：9盎斯/平方碼 可變更之壓縮層 50%纖維革新技術3. 5旦尼Χ2Π結晶聚 酯雙組份黏合劑纖維 25%6.7dtex 聚酯 25% 17.0 dtex 聚酯 基重：2 0盎斯/平方碼 厚度2 0 mm 垂直搭接結構（可變更壓縮織物） 此等物料的每一者間沒有黏附層，垂直搭接產物可變更 壓織物係在經由下列捷克共和國之公司所造的S t r ud〇機器 上製成： I.N.T., s.r.o. 460 05 Liberec, Karla Capka 302/22
Czech Republic 為了製造可變更之壓縮層，將三種聚酯纖維（包括一種: 黏合劑纖維）在標準紡織纖維摻合設備上摻合在一起並梳 理成為非織造織物。將經過梳理之織物送進垂直搭接 Strudo機械中予以摺返在其本身上或打褶而產生具有指定 厚度的垂直摺疊之產物。將厚產物通經一個烘箱，此烘箱 加熱產物至至少大約1 5 0 °C，此溫度軟化或熔化黏合劑纖 維而容許它熱連合至摻合物中之其他纖維上，藉以產生一 種膨鬆之厚3 -維產物。
O:\63\63433.ptc 第11頁 500665 _案號89106316_年月日_Hi_ 五、發明說明（9) 為了製造上文中所界定之模製物件，該方法包括將各織 物舖網成為複合材料，預熱複合材料至大約4 0 0 °F歷大約8 分鐘，將複合材料置入模子中，封閉模子至1 6 mm間隙歷 大約4分鐘及開啟模子，取出模製物件。關於溫模樣品， 將模子（溫工具）預熱至大約3 0 0 °F。 複合三層之樣品是一種樣品，其中將可變更壓縮層夾置 在以機器和交叉機器方向所製成之第一與第二較堅挺層 間，具有相同層之另外樣品係在周圍溫度下使用未經加熱 模子（冷工具）以機器和交叉機器方向而造成。將根據上述 方法所製成之四種樣品在下列方法下試驗··關於未增強和-增強塑料及電絕緣材料的挽曲性質之標準試驗方法’使用 利用中央負載在簡單支持樑上之試驗方法I - A三點負載系 統ASTM (美國材料試驗學會）名稱D 79 0 - 9 2·。 試驗結果列述於下表1中：
O:\63\63433.ptc 第12頁 500665 案號 89106316 年月日 修正 五、發明說明（10) 表1挽曲試驗結果 樣品敘述1 厚度 (毫米） 偏差屈服 負載(N) 屈服負載在Γ (N) (%) 斜率 (N/mm) 冷工具 SSL VCL FSL (機器方向） 16.50 20.9 21.2 101 5.72 溫工具 SSL VCL FSL (機器方向） 17.50 21.5 22.5 105 5.65 冷工具 -SSL VCL FSL (交叉機器方向） 17.50 24.5 29 118 6.46 溫工具 SSL VCL FSL (交叉機器方向） 17.75 22.4 28.5 127 5.90
O:\63\63433.ptc 第13頁 1 SSL是第二較堅挺之層 VCL是可變更壓縮層 FSL是第一較堅挺之層 提供本發明模塑複合材料之適當堅挺性之操作範圍是大 500665 _案號89106316_年月曰 修正_ 五、發明說明（11) 約1 3至2 6牛頓（關於偏差屈服負載）。本發明在Γ之屈服負 載範圍自大約90至1 40%，而斜率應在大約2. 5至7. 0 N/mm 之範圍内。 在較佳具體實施例中，本發明的產物需要適合供使用作 為汽車頂襯墊之高程度堅挺性，而術語”高程度的堅挺性” 其定義為表1中所揭示和上文所討論之撓曲試驗結果。為 了支持其本身重量在其跨距上，經模塑之頂襯墊需要高程 度之堅挺性，在小型貨車中，它可能長達8呎及内部圓頂 燈和遮陽光板的附加重量，當曝露在自-40 Τ至185 °F廣大 範圍之溫度下歷高達三天而不會彎曲和紋裂如頂襯墊在標-準耐環境試驗中所鑑定。產物必須不能撓曲或彎曲至斷裂 點於此情況下，它可能使頂襯墊紋裂，使它不能承受附加 之頂襯墊組件之重量。又，頂襯墊中之破裂裂化可通過頂 襯整中之裝飾織物層而顯示，使它具有美學上不合格之外 觀不能安裝入汽車中。當所施加之應力超過其極限時，本 發明之產物會彎曲，然後於斷裂時裂化，為了所述之原因 而使它不適合供使用作為汽車頂襯墊。”低模數”產物於斷 裂時不會裂化，且不會顯示當使用時，為了承受附加組:件 重量所需要之堅挺性，尤其在上述之耐環境試驗中，因此 之故，低模數產物本來就不適合供使用作為汽車頂襯 塾〇 雖然本發明的各種具體實施例在本文中業已敘述，但是 此等具體實施例係為了解釋和舉例說明本發明之目的而不 應了解為限制本發明的範圍。各種變型（其為精於該項技 藝之人士顯然可見）係在本發明之範圍以内並予以包括在
O:\63\63433.ptc 第14頁 500665 _案號89106316_年月曰 修正_ 五、發明說明（12) 下列申請專利範圍中。 雖然本發明已參照較佳模式（如圖式中舉例說明）予以特 別顯示和敘述，但是精於該項技藝之人士應了解：只要不 脫離本發明的要旨和範圍（如申請專利範圍所界定者）可實 施各種詳細改變在其中。
O:\63\63433.ptc 第15頁 500665 _案號89106316_年月日_修正 圖式簡單說明 主要 元件 代 表 符 號 1 複 合 材 料 物件 2 可 變 更 壓 縮織物層 3 可 變 更 壓 縮層2之上表面 4 可 變 更 壓 縮層2之下表面 5 可 成 形 織 物 6 可 成 形 織 物5之上表面 7 可 成 形 織 物5下表面 8 可 成 形 織 物層 9 可 成 形 織 物層8之上表面 10 可 成 形 織 物層8之下表面 11 下 黏 附 層 12 黏 附 層 11 之上表面 13 黏 附 層 11 之下表面 14 上 黏 附 層 15 .黏 附 層 14 之上表面 16 黏 附 層 14 之下表面 17 面 對 織 物 層 18 面 對 織 物 層1 7之上表面 19 面 對 織 物 層1 7之下表面 20 黏 附 層 21 黏 附 層 20 之上表面 22 黏 附 層 20 之下表面 25 可 成 形 之 織物 26 可 成 形 之 織物
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Claims (1)
- 500665 ____ 八 i 士 _案號891063:0^ I 月 日 修正_ 六、申請專利範圍 1 . 一種可塑複合材料物件，其可供使用於模製成為汽車 頂襯裡，包括：一層可成形非織造織物，當歷經在熱及/ 或壓力下模製時，該織物具有高程度的堅挺性，具有1 3至 2 6牛頓之偏差屈服負載，自9 0至1 4 0 %的在一吋時之屈服負 載及2.5至7.0 N/mm範圍内之斜率，均係在ASTM D-790-92 試驗方法I下獲得，該可成形織物層具有上表面和下表 面；及一層的該型之可變更壓縮非織造織物，當歷經在熱 及/或壓力下模製時能呈現可變更厚度，該可變更壓縮織 物層具有上表面和下表面，將可成形織物的下層連合至可 變更壓縮織物的上層，及其中各層係由相同可熱壓成型之-聚合化學物質所製成。 2. 如申請專利範圍第1項之物件，其中可成形織物和可 變更壓縮織物兩者主要係由聚酯所組成。 3. 如申請專利範圍第2項之物件，其中該層的可成形織 物與該層的可變更壓縮織物間之連合係經由機械方法予以 加強。 4. 如申請專利範圍第3項之物件，其中加強各層間之内 聚力的機械方法是針刺法。 5. 如申請專利範圍第2項之物件，其中該層的可成形織 物與該層的可變更壓縮織物間之連合係經由黏附方法予以 加強。 6. 如申請專利範圍第2項之物件，其中將具有上表面和 下表面之一層的面對織物施加至該層的可成形織物上以便 面對織物之下表面接鄰可成形織物之上表面。O:\63\63433.ptc 第18頁 500665 _案號89106316_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 7. 如申請專利範圍第2項之物件，其中將具有上表面和 下表面之一層的面對織物施加至該層的可變更壓縮織物上 以使面對織物之下表面接鄰可變更壓縮織物之下表面。 8. —種可塑複合材料物件，可供使用於模製成為汽車頂 襯裡，包括：一層可變更壓縮非織造織物，當歷經在熱及 /或壓力下模製時，該織物能呈現可變更厚度；及兩層的 該型之可成形非織造織物，當歷經在熱及/或壓力下模製 時它具有高程度的堅挺性，具有1 3至2 6牛頓之偏差屈服負 載，自90至140%的在一对時之屈服負載及2.5至7.0 N/mm 範圍内之斜率，均係在ASTM D- 79 0 - 9 2試驗方法I下獲得，二 各可成形織物層均具有上表面和下表面，將該層之可變更 壓縮織物夾置在一層的可成形織物之上表面與其他層的可 成形織物之下表面間及其中各層係由相同可熱壓成型之聚 合化學物質所製成。 9. 如申請專利範圍第8項之物件，其中可成形織物和可 變更壓縮織物兩者主要係由聚酯所組成。 10. 如申請專利範圍第9項之物件，其中各層的可成形 織物與可變更壓縮織物間之連合係經由機械方法予以加、 強。 11. 如申請專利範圍第9項之物件，其中各層的可成形 織物與可變更壓縮織物間之連合係經由黏附方法予以加 12. 如申請專利範圍第9項之物件，其中將具有上表面 和下表面之一層的面對織物施加至一層的可成形織物上因O:\63\63433.ptc 第19頁 500665 _案號 89106316_年月日__ 六、申請專利範圍 此使一層的可成形織物的上表面接鄰該層的面對織物之下 表面。 13. 一種可塑複合材料物件，可供使用於模製成為汽車 頂襯裡，包括兩層之可變更壓縮非織造織物，當歷經在熱 及/或壓力下模製時，該織物能呈現可變更厚度；及一層 的該型之可成形非織造織物，當歷經在熱及/或壓力下模 製時，它具有高程度之堅挺性，具有1 3至2 6牛頓之偏差屈 服負載，自9 0至1 4 0 %的在一吋時之屈服負載及2 . 5至7 . 0 N/mm範圍内之斜率，均係在AST M D-790-92試驗方法I下獲 得，各可變更壓縮織物層均具有上表面和下表面，將該展— 之可成形織物夾置在一層的可變更壓縮織物之上表面與其 他層的可變更壓縮織物的下表面間，其中各層係由相同可 熱壓成型之聚合化學物質所製成。 14. 一種可塑複合材料物件，可供使用作為汽車頂襯裡 之可變更厚度非織造纖維狀複合材料，該纖維狀複合材料 包含許多層其中包括一層的該型之可成形非織造織物，當 歷經在熱及/或壓力下模製時，它授予高程度的堅挺性， 具有1 3至2 6牛頓之偏差屈服負載，自9 0至1 4 0 %的在一吋時 之屈服負載及2 · 5至7 . 0 N / mm範圍内之斜率，均係在對於 該物件之ASTM D- 79 0 - 9 2試驗方法I下獲得，該型的一層之 可變更壓縮非織造織物能呈現可變更之厚度，及其中各層 係由相同可熱壓成型之聚合化學物質所製成。 15. 如申請專利範圍第1 4項之可變更厚度之物件，其中 將該層之可變更厚度織物夾置在兩層的可成形織物間。O:\63\63433.ptc 第20頁 500665 _案號89106316_年月曰 修正___ 六、申請專利範圍 16. 如申請專利範圍第1 4項之可變更厚度之物件，其中 將該層之可成形織物夾置在兩層的可變更壓縮織物間。 17. 如申請專利範圍第1 4項之物件，其中可成形織物和 可變更壓縮織物兩者主要係由聚酯所組成。 18. 如申請專利範圍第1 4項之物件，它是呈汽車箱襯裡 之形狀。 19. 如申請專利範圍第1 4項之物件，它是呈汽車頂襯之 形狀。O:\63\63433.ptc 第21頁
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