TWI764221B - 複合材料結構 - Google Patents
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Abstract
一種複合材料結構，其包括芯材、第一碳纖維層以及第二碳纖維層。芯材包括第一區塊與連接第一區塊的第二區塊，其中第一區塊具有第一厚度，且第二區塊具有小於第一厚度的第二厚度。第一碳纖維層貼合於芯材的一側，且自第一區塊延伸至第二區塊。第二碳纖維層貼合於芯材的另一側，且自第一區塊延伸至第二區塊。芯材位於第一碳纖維層與第二碳纖維層之間。
Description
本發明是有關於一種複合材料，且特別是有關於一種複合材料結構。
隨著消費者的生活與工作型態的改變，智慧型手機、平板電腦、電子書閱讀器以及筆記型電腦等可攜式電子裝置已成為當前的市場主流。為提高攜帶便利性並減少攜帶負擔，可攜式電子裝置無不朝輕量化發展。機殼作為可攜式電子裝置的主要零部件，不僅可用以裝載電子元件或顯示面板，也能起防護的效果。
因機殼在可攜式電子裝置中的重量占比極大，開發出質輕且機械強度優異的機殼始終為相關廠商的重要課題。一般而言，常見的機殼包括塑膠機殼、合金機殼以及碳纖維機殼，其中碳纖維機殼的重量較塑膠機殼與合金機殼為輕，且碳纖維機殼的機械強度又較塑膠機殼與合金機殼為優異，故碳纖維機殼的開發逐漸受到重視。
目前，碳纖維機殼採用的工法可分為熱固法與熱塑法，其中熱塑法採用射出成型技術，且量產速度快，主要應用於製作可攜式電子裝置的機殼。然而，在射出成型的過程中，時常發生塑料滲入芯材的情況，進而影響到碳纖維機殼的重量與機械強度。
本發明提供一種複合材料結構，其質輕且機械強度優異。
本發明提出一種複合材料結構，其包括芯材、第一碳纖維層以及第二碳纖維層。芯材包括第一區塊與連接第一區塊的第二區塊，其中第一區塊具有第一厚度，且第二區塊具有小於第一厚度的第二厚度。第一碳纖維層貼合於芯材的一側，且自第一區塊延伸至第二區塊。第二碳纖維層貼合於芯材的另一側，且自第一區塊延伸至第二區塊。芯材位於第一碳纖維層與第二碳纖維層之間。
在本發明的一實施例中，上述的芯材包括芯層、第一黏著層以及第二黏著層，且芯層具有第一表面與相對於第一表面的第二表面。第一黏著層設置於第一表面上，且第二黏著層設置於第二表面上。第一碳纖維層貼合於第一黏著層，且第二碳纖維層貼合於第二黏著層。
在本發明的一實施例中，上述的芯層具有位於第一區塊內的多個第一孔穴與位於第二區塊內的多個第二孔穴，這些第一孔穴的孔徑大於這些第二孔穴的孔徑。
在本發明的一實施例中，上述的這些第一孔穴互不連通，且這些第二孔穴互不連通。
在本發明的一實施例中，上述的這些第一孔穴與這些第二孔穴的孔徑介於0.05至0.5毫米。
在本發明的一實施例中，上述的第一碳纖維層與第一黏著層之間存在第一交界線，且部分第一黏著層自第一表面滲入部分第一孔穴與部分第二孔穴以形成第二交界線，其中第二交界線的長度與第一交界線的長度的比值大於1.05。
在本發明的一實施例中，上述的芯層的材料包括丙烯腈與甲基丙烯酸的合成物、聚甲基丙烯醯亞胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚胺酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚醚醯亞胺、聚丙烯或其組合。
在本發明的一實施例中，上述的第一黏著層與第二黏著層的材料包括聚己內酯、聚醚多元醇、聚氨酯或其組合。
在本發明的一實施例中，上述的芯層的厚度介於0.1至1.5毫米。
在本發明的一實施例中，上述的芯層的密度介於0.003至1公克/立方公分。
在本發明的一實施例中，上述的第一碳纖維層在第一區塊與第二區塊之間的交界產生轉折，且第一碳纖維層在第一區塊內的高度高於第一碳纖維層在第二區塊內的高度。
在本發明的一實施例中，上述的第一厚度與第二厚度的比值小於等於15且大於1。
在本發明的一實施例中，上述的複合材料結構更包括塑料層。塑料層覆蓋第一碳纖維層中位於第二區塊內的至少部分。
在本發明的一實施例中，上述的第一區塊的長度大於第二區塊的長度。
基於上述，在本發明的複合材料結構中，芯材分為第一區塊與圍繞第一區塊的第二區塊，其中芯材在第二區塊內的厚度小於芯材在第一區塊內的厚度，且芯材在第二區塊內的密度大於芯材在第一區塊內的密度。後續，在射出成型的過程中，密度較大的第二區塊能有效地防止塑料向內滲入芯材。因此，複合材料結構的質輕且機械強度優異。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是本發明一實施例的複合材料結構的俯視示意圖。圖2是圖1的複合材料結構沿剖線I-I的局部放大剖面示意圖。請參考圖1與圖2，在本實施例中，複合材料結構100可應用於碳纖維機殼，其中複合材料結構100包括芯材110、第一碳纖維層120以及第二碳纖維層130，且芯材110位於第一碳纖維層120與第二碳纖維層130之間。換句話說，第一碳纖維層120與第二碳纖維層130分別位於芯材110的兩對側。
芯材110包括第一區塊A1與連接第一區塊A1的第二區塊A2，其中第二區塊A2圍繞第一區塊A1，且第一區塊A1的面積大於第二區塊A2的面積。舉例來說，複合材料結構100置放於空間中的X-Y平面上，在X軸或Y軸上，第一區塊A1的長度L1大於第二區塊A2的長度L2。
另一方面，芯材110的第一區塊A1具有第一厚度T1，且芯材110的第二區塊A2具有小於第一厚度T1的第二厚度T2。進一步來說，第一厚度T1與第二厚度T2的比值小於等於15且大於1。
舉例來說，原始的芯材的厚度等厚，經壓合製程後，芯材110分為第一區塊A1與圍繞第一區塊A1的第二區塊A2，其中芯材110在第二區塊A2內的厚度小於芯材110在第一區塊A1內的厚度，且芯材110在第二區塊A2內的密度大於芯材110在第一區塊A1內的密度。後續，在射出成型的過程中，密度較大的第二區塊A2能有效地防止塑料向內滲入芯材110。因此，複合材料結構100的質輕且機械強度優異。
請參考圖2，第一碳纖維層120貼合於芯材110的一側，且自第一區塊A1延伸至第二區塊A2。第二碳纖維層130貼合於芯材110的另一側，且自第一區塊A1延伸至第二區塊A2。詳細而言，芯材110包括芯層111、第一黏著層112以及第二黏著層113，且芯層111具有第一表面111a與相對於第一表面111a的第二表面111b。第一黏著層112設置於第一表面111a上，且第二黏著層113設置於第二表面111b上。第一碳纖維層120貼合於第一黏著層112，且第二碳纖維層130貼合於第二黏著層113。
在本實施例中，芯層111可為聚合物發泡材料(polymer foam)，較佳為封閉式多孔發泡材料。進一步來說，芯層111的材料可包括丙烯腈與甲基丙烯酸的合成物、聚甲基丙烯醯亞胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚胺酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚醚醯亞胺、聚丙烯或其組合。另一方面，第一黏著層112與第二黏著層113的材料可包括聚己內酯、聚醚多元醇、聚氨酯或其組合。
進一步來說，芯層111具有位於第一區塊A1內的多個第一孔穴114與位於第二區塊A2內的多個第二孔穴115，其中這些第一孔穴114互不連通，且這些第二孔穴115互不連通。也就是說，每一個第一孔穴114為獨立且封閉的孔穴，不與其他的第一孔穴114相連通，也不與任一個第二孔穴115相連通。另一方面，每一個第二孔穴115為獨立且封閉的孔穴，不與其他的第二孔穴115相連通，也不與任一個第一孔穴114相連通。
這些第一孔穴114的孔徑R1大於這些第二孔穴115的孔徑R2，其中這些第一孔穴114的孔徑存在大小之別，且這些第二孔穴115的孔徑存在大小之別。進一步來說，這些第一孔穴114中孔徑最小者大於這些第二孔穴115中孔徑最大者，且這些第一孔穴114的孔徑R1與這些第二孔穴115的孔徑R2介於0.05至0.5毫米。
舉例來說，原始的芯層具有多個孔穴，但這些孔穴並未因區塊不同而有明顯的大小區別。經壓合製程後，芯層111在第二區塊A2內的壓縮量較大，因此，位於第二區塊A2內的孔穴形成孔徑較小的第二孔穴115。後續，在射出成型的過程中，孔徑較小的第二孔穴115能有效地防止塑料向內滲入芯層111。因此，複合材料結構100的質輕且機械強度優異。
在本實施例中，芯層111在第一區塊A1內的厚度為T3，且芯層111在第二區塊A2內的厚度為T4。厚度T4小於厚度T3，其中厚度T3最大可為1.5毫米，且厚度T4最小可為0.1毫米，故芯層111的厚度介於0.1至1.5毫米。
舉例來說，原始的芯層的厚度等厚，經壓合製程後，芯層111在第二區塊A2內的厚度小於芯層111在第一區塊A1內的厚度，且芯層111在第二區塊A2內的密度大於芯層111在第一區塊A1內的密度。後續，在射出成型的過程中，密度較大的第二區塊A2能有效地防止塑料向內滲入芯層111。因此，複合材料結構100的質輕且機械強度優異。進一步來說，芯層111的密度介於0.003至1公克/立方公分，且密度最大的位置落在第二區塊A2內。
請參考圖2，在本實施例中，第一碳纖維層120在第一區塊A1與第二區塊A2之間的交界101產生轉折，且第一碳纖維層120在第一區塊A1內的高度高於第一碳纖維層120在第二區塊A2內的高度。另一方面，第二碳纖維層130為平順地延伸，且第二碳纖維層130在第一區塊A1內的高度等於第二碳纖維層130在第二區塊A2內的高度。
舉例來說，第一碳纖維層120與第一黏著層112之間存在第一交界線S1，且第一交界線S1落在第一黏著層112的上表面。第一黏著層112的下表面貼合於芯層111的第一表面111a，在熱壓合的過程中，部分第一黏著層112自第一表面111a滲入部分第一孔穴114與部分第二孔穴115以形成第二交界線S2。第二交界線S2的長度大於第一交界線S1的長度，其中第二交界線S2存在凹凸起伏，且第二交界線S2的長度與第一交界線S1的長度的比值大於1.05。基於此，第一黏著層112與芯層111可緊密地結合在一起，且第一碳纖維層120可透過第一黏著層112緊密地貼合於芯層111。
相似地，第二碳纖維層130與第二黏著層113之間存在第三交界線S3，其中第三交界線S3落在第二黏著層113的下表面。第二黏著層113的上表面貼合於芯層111的第二表面111b，在熱壓合的過程中，部分第二黏著層113自第二表面111b滲入部分第一孔穴114與部分第二孔穴115以形成第四交界線S4。第四交界線S4的長度大於第三交界線S3的長度，其中第四交界線S4存在凹凸起伏，且第四交界線S4的長度與第三交界線S3的長度的比值大於1.05。基於此，第二黏著層113與芯層111可緊密地結合在一起，且第二碳纖維層130可透過第二黏著層113緊密地貼合於芯層111。
特別說明的是，第二交界線S2是由被第一黏著層112填入的部分第一孔穴114與部分第二孔穴115所界定出的分界線，且存在凹凸起伏。另外，第四交界線S4是由被第二黏著層113填入的部分第一孔穴114與部分第二孔穴115所界定出的分界線，且存在凹凸起伏。
圖3是本發明另一實施例的複合材料結構的局部放大剖面示意圖。請參考圖3，相較於前一實施例的複合材料結構100而言，本實施例的複合材料結構100A更包括塑料層140a，其中塑料層140a採用射出成型技術形成於芯材110的第二區塊A2，且塑料層140a局部覆蓋位於第二區塊A2內的第一碳纖維層120。進一步來說，塑料層140a的所在位置靠近第二區塊A2的邊緣。另一方面，塑料層140a還覆蓋芯層111的邊緣，但塑料層140a沒有滲入芯層111。
圖4是本發明又一實施例的複合材料結構的局部放大剖面示意圖。請參考圖4，相較於前一實施例的複合材料結構100而言，本實施例的複合材料結構100B更包括塑料層140b，其中塑料層140b採用射出成型技術形成於芯材110的第二區塊A2，且塑料層140b完全覆蓋位於第二區塊A2內的第一碳纖維層120。另一方面，塑料層140b還覆蓋芯層111的邊緣，但塑料層140b沒有滲入芯層111。
綜上所述，在本發明的複合材料結構中，芯層在第二區塊內的厚度小於芯層在即第一區塊內的厚度，且芯層在第二區塊內的密度大於芯層在第一區塊內的密度。後續，在射出成型的過程中，密度較大的第二區塊能有效地防止塑料向內滲入芯層。因此，複合材料結構的質輕且機械強度優異。另一方面，位於第二區塊內的孔穴為孔徑較小的第二孔穴，後續，在射出成型的過程中，孔徑較小的第二孔穴能有效地防止塑料向內滲入芯層。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、100A、100B:複合材料結構
101:交界
110:芯材
111:芯層
111a:第一表面
111b:第二表面
112:第一黏著層
113:第二黏著層
114:第一孔穴
115:第二孔穴
120:第一碳纖維層
130:第二碳纖維層
140a、140b:塑料層
A1:第一區塊
A2:第二區塊
I-I:剖線
L1、L2:長度
R1、R2:孔徑
S1:第一交界線
S2:第二交界線
S3:第三交界線
S4:第四交界線
T1:第一厚度
T2:第二厚度
T3、T4:厚度
圖1是本發明一實施例的複合材料結構的俯視示意圖。
圖2是圖1的複合材料結構沿剖線I-I的局部放大剖面示意圖。
圖3是本發明另一實施例的複合材料結構的局部放大剖面示意圖。
圖4是本發明又一實施例的複合材料結構的局部放大剖面示意圖。
100:複合材料結構
101:交界
110:芯材
111:芯層
111a:第一表面
111b:第二表面
112:第一黏著層
113:第二黏著層
114:第一孔穴
115:第二孔穴
120:第一碳纖維層
130:第二碳纖維層
A1:第一區塊
A2:第二區塊
R1、R2:孔徑
S1:第一交界線
S2:第二交界線
S3:第三交界線
S4:第四交界線
T1:第一厚度
T2:第二厚度
T3、T4:厚度
Claims (13)
- 一種複合材料結構，包括：芯材，包括第一區塊與連接該第一區塊的第二區塊，其中該第一區塊具有第一厚度，且該第二區塊具有小於該第一厚度的第二厚度；第一碳纖維層，貼合於該芯材的一側，且自該第一區塊延伸至該第二區塊；以及第二碳纖維層，貼合於該芯材的另一側，且自該第一區塊延伸至該第二區塊，該芯材位於該第一碳纖維層與該第二碳纖維層之間，其中該芯材包括芯層與第一黏著層，且該芯層具有第一表面與相對於該第一表面的第二表面，該第一黏著層設置於該第一表面上，且該第二黏著層設置於該第二表面上，該第一碳纖維層貼合於該第一黏著層，且該芯層具有位於該第一區塊內的多個第一孔穴與位於該第二區塊內的多個第二孔穴，該第一碳纖維層與該第一黏著層之間存在第一交界線，且部分該第一黏著層自該第一表面滲入部分該些第一孔穴與部分該些第二孔穴以形成第二交界線，其中該第二交界線的長度與該第一交界線的長度的比值大於1.05。
- 如請求項1所述的複合材料結構，其中該芯材還包括第二黏著層，且該第二黏著層設置於該第二表面上，該第二碳纖維層貼合於該第二黏著層。
- 如請求項1所述的複合材料結構，其中該些第一孔穴的孔徑大於該些第二孔穴的孔徑。
- 如請求項1所述的複合材料結構，其中該些第一孔穴互不連通，且該些第二孔穴互不連通。
- 如請求項1所述的複合材料結構，其中該些第一孔穴與該些第二孔穴的孔徑介於0.05至0.5毫米。
- 如請求項1所述的複合材料結構，其中該芯層的材料包括丙烯腈與甲基丙烯酸的合成物、聚甲基丙烯醯亞胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚胺酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚醚醯亞胺、聚丙烯或其組合。
- 如請求項2所述的複合材料結構，其中該第一黏著層與該第二黏著層的材料包括聚己內酯、聚醚多元醇、聚氨酯或其組合。
- 如請求項1所述的複合材料結構，其中該芯層的厚度介於0.1至1.5毫米。
- 如請求項1所述的複合材料結構，其中該芯層的密度介於0.003至1公克/立方公分。
- 如請求項1所述的複合材料結構，其中該第一碳纖維層在該第一區塊與該第二區塊之間的交界產生轉折，且該第一碳纖維層在該第一區塊內的高度高於該第一碳纖維層在該第二區塊內的高度。
- 如請求項1所述的複合材料結構，其中該第一厚度與該第二厚度的比值小於等於15且大於1。
- 如請求項1所述的複合材料結構，更包括塑料層，覆蓋該第一碳纖維層中位於第二區塊內的至少部分。
- 如請求項1所述的複合材料結構，其中該第一區塊的長度大於該第二區塊的長度。
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