TWI812551B - 熱塑性複合材料及其感應銲接方法 - Google Patents
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Abstract
一種熱塑性複合材料感應銲接方法，包含：提供第一碳纖維複材層、第二碳纖維複材層及感應片，感應片之碳纖維布的基重大於第一碳纖維複材層與第二碳纖維複材層各自的碳纖維布的基重，且差介於40至200米平方重；控制感應銲接裝置對第一碳纖維複材層、第二碳纖維複材層及感應片加熱，使位於第一碳纖維複材層與感應片之間的第一高分子薄膜，以及位於第二碳纖維複材層與感應片之間的第二高分子薄膜分別形成熔融狀態，而讓第一碳纖維複材層、第二碳纖維複材層與感應片分別接合於第一高分子薄膜與第二高分子薄膜。
Description
本發明主要為一種熱塑性複合材料銲接方法，特別是有關於一種利用感應銲接技術將碳纖維複材結合的熱塑性複合材料及其感應銲接方法。
按，碳纖維複材等熱塑性複合材料，具有可回收利用、高溫使用性能佳及抗衝擊韌性高等優勢，因此，被大量使用於自行車及航空等產業，使成為低成本化和高性能化的重要方向。
目前，熱塑性複合材料常用的幾種銲接技術中，感應銲接（Induction Welding）由於具有成本低、可連續自動化及可同質介面銲接等眾多優勢，因此，特別適合於熱塑性複合材料構件的銲接，該感應銲接的原理為：透過一感應線圈對要進行結合的二銲件升溫，使該二銲件之間的接觸面產生熔融，進而使該二銲件相互接合。
然而，由於該感應銲接的銲接技術，其將熱源控制在該二銲件的接觸面或銲道上的作法相對較為困難，且越靠近該感應線圈的地方磁感應強度相對較大，導致該接觸面尚未產生熔融，該二銲件的表面已經過熱燒焦，造成該二銲件的表面凹凸不平，而影響該熱塑性複合材料的表面光澤和色澤。
有鑑於此，有必要提供一種熱塑性複合材料及其感應銲接方法，以解決上述之問題。
本發明的目的在於提供一種熱塑性複合材料，係可以利用感應銲接技術將碳纖維複材結合。
本發明的次一目的在於提供一種熱塑性複合材料感應銲接方法，係可以用來製造上述熱塑性複合材料。
為達成上述目的，本發明提供一種熱塑性複合材料感應銲接方法，包含：提供一第一碳纖維複材層，其包含一樹脂及至少一第一碳纖維布，該第一碳纖維布具有一第一基重；提供一第二碳纖維複材層，其包含一樹脂及至少一第二碳纖維布，該第二碳纖維布具有一第二基重；提供一感應片，其為包含具有一第三基重的一第三碳纖維布，該第三基重大於該第一基重及該第二基重，且該第一基重與該第二基重分別與該第三基重的差介於40至200米平方重之間；提供包含一熱塑性高分子的一第一高分子薄膜與包含一熱塑性高分子的一第二高分子薄膜，並將該第一碳纖維複材層、該第一高分子薄膜、該第三碳纖維布、該第二高分子薄膜及該第二碳纖維複材層依序疊放於一感應銲接裝置的感應線圈之中；及根據一製程參數控制該感應線圈對該第一碳纖維複材層、該第二碳纖維複材層及該感應片加熱，直到該第三碳纖維布升溫至超過該第一高分子薄膜及該第二高分子薄膜的熔點，使該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜形成熔融狀態，而讓該第一碳纖維複材層、該第二碳纖維複材層與該感應片分別接合於該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜。
本發明另提供一種熱塑性複合材料感應銲接方法，包含：提供一第一碳纖維複材層，其包含一熱塑性樹脂及至少一第一碳纖維布，該第一碳纖維布具有一第一基重；提供一第二碳纖維複材層，其包含一熱塑性樹脂及至少一第二碳纖維布，該第二碳纖維布具有一第二基重；提供一第三碳纖維複材層，其包含一熱塑性樹脂及一感應片，該感應片為包含具有一第三基重的一第三碳纖維布，該第三基重大於該第一基重及該第二基重，且該第一基重與該第二基重分別與該第三基重的差介於40至200米平方重之間；將該第一碳纖維複材層、該第三碳纖維複材層及該第二碳纖維複材層依序疊放於一感應銲接裝置的感應線圈之中；及根據一製程參數控制該感應線圈對該第一碳纖維複材層、該第二碳纖維複材層及該第三碳纖維複材層加熱，直到該第三碳纖維布升溫至超過該熱塑性樹脂的熔點，使位於該第一碳纖維複材層與該第三碳纖維複材層之間的熱塑性樹脂，以及位於該第二碳纖維複材層與該第三碳纖維複材層之間的熱塑性樹脂，分別形成熔融狀態，而讓該第一碳纖維複材層與該第二碳纖維複材層各自的熱塑性樹脂，分別與該第三碳纖維複材層的熱塑性樹脂相互接合。
在一些實施例中，選用聚醚醚酮薄膜作為該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜。
在一些實施例中，選用聚碳酸酯薄膜作為該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜。
在一些實施例中，該第一碳纖維布與該第二碳纖維布的纖維型態採用平織或斜織，或是採用單向布，該第三碳纖維布的纖維型態採用平織或斜織。
在一些實施例中，該第一基重為120～145米平方重，該第二基重為120～145米平方重，該第三基重為220～320米平方重，該製程參數為感應時間20秒、電流12～14安培、電壓36～54伏特、頻率218～300 kHz，以及該感應線圈與該第一碳纖維複材層的距離為1 mm。
本發明又提供一種熱塑性複合材料，包含：一第一碳纖維複材層，其包含一樹脂及至少一第一碳纖維布，該第一碳纖維布具有一第一基重；一第二碳纖維複材層，其包含一樹脂及至少一第二碳纖維布，該第二碳纖維布具有一第二基重；一感應片，位於該第一碳纖維複材層與該第二碳纖維複材層之間，該感應片為包含具有一第三基重的一第三碳纖維布，該第三基重大於該第一基重及該第二基重，且該第一基重與該第二基重分別與該第三基重的差介於40至200米平方重之間；一第一高分子薄膜，包含一熱塑性高分子，該第一高分子薄膜位於該第一碳纖維複材層與該感應片之間，部分該第一碳纖維複材層與部分該感應片，分別接合於該第一高分子薄膜；及一第二高分子薄膜，包含一熱塑性高分子，該第二高分子薄膜位於該第二碳纖維複材層與該感應片之間，部分該第二碳纖維複材層與部分該感應片，分別接合於該第二高分子薄膜。
在一些實施例中，該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜皆為一聚醚醚酮薄膜。
在一些實施例中，該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜皆為一聚碳酸酯薄膜。
本發明再提供一種熱塑性複合材料，包含：一第一碳纖維複材層，其包含一熱塑性樹脂及至少一第一碳纖維布，該第一碳纖維布具有一第一基重；一第二碳纖維複材層，其包含一熱塑性樹脂及至少一第二碳纖維布，該第二碳纖維布具有一第二基重；一第三碳纖維複材層，位於該第一碳纖維複材層與該第二碳纖維複材層之間，該第三碳纖維複材層包含一熱塑性樹脂及一感應片，該感應片為包含具有一第三基重的一第三碳纖維布，該第三基重大於該第一基重及該第二基重，且該第一基重與該第二基重分別與該第三基重的差介於40至200米平方重之間，其中，該第一碳纖維複材層與該第二碳纖維複材層各自的熱塑性樹脂，分別與該第三碳纖維複材層的熱塑性樹脂相互接合。
本發明的熱塑性複合材料及其感應銲接方法具有下列特點：係可以藉由調整該第一碳纖維複材層、該第二碳纖維複材層及該感應片各自包含的碳纖維布之基重，使該感應銲接裝置對該第一碳纖維複材層、該第二碳纖維複材層及該感應片加熱時，該第三碳纖維布的溫度相較於該第一碳纖維布與該第二碳纖維布的溫度，能夠更快升溫達到該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜／該熱塑性樹脂的熔點，使該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜／該熱塑性樹脂形成熔融狀態，而讓該第一碳纖維複材層與該第二碳纖維複材層接合於該感應片，且該第一碳纖維複材層與該第二碳纖維複材層各自的表面不會因過熱而燒焦，而造成表面凹凸不平的情況發生。藉此，本發明的熱塑性複合材料及其感應銲接方法，具有回收方便性佳，以及維持熱塑性複合材料的表面光澤和色澤等功效。
茲配合圖式將本發明實施例詳細說明如下，其所附圖式主要為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本發明之基本結構，因此在該等圖式中僅標示與本發明有關之元件，且所顯示之元件並非以實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態有可能更為複雜。
以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可據以實施的特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本申請，而非用以限制本申請。另外，在說明書中，除非明確地描述為相反的，否則詞語“包含”將被理解為意指包含所述元件，但是不排除任何其它元件。
請參照圖1、2所示，其係本發明熱塑性複合材料感應銲接方法的第一實施例，係包含以下步驟。
第一步驟S1，提供一第一碳纖維複材層1、一第二碳纖維複材層2及一感應片3，其中，該第一碳纖維複材層1包含一樹脂11及至少一第一碳纖維布12，該第一碳纖維布12具有一第一基重（Basis Weight），在本實施例中，該樹脂11可以為一熱塑性樹脂或一熱固性樹脂，該第一碳纖維布12的纖維型態可以採用平織或斜織等編織手法，或是採用單向布（Uni-directional，UD），該第一基重介於120～145米平方重（gsm）。
該第二碳纖維複材層2包含一樹脂21及至少一第二碳纖維布22，該第二碳纖維布22具有一第二基重，在本實施例中，該樹脂21亦可以為一熱塑性樹脂或一熱固性樹脂，該第二碳纖維布22的纖維型態亦可以採用平織或斜織等編織手法，或是採用單向布，該第二基重介於120～145米平方重（gsm）。
該感應片3為包含一第三基重的一第三碳纖維布31，在本實施例中，該第三碳纖維布31的纖維型態可以採用平織或斜織等編織手法，但不以上述編織手法作為本發明的限制，該第三基重介於220～320米平方重（gsm）。該第三基重大於該第一基重及該第二基重，故本發明相關領域中具有通常知識者可以理解，在相同感應時間與感應磁場的條件下，該第三碳纖維布31的升溫效率大於該第一碳纖維布12與該第二碳纖維布22。再且，該第一基重與該第二基重分別與該第三基重的差介於40至200米平方重（gsm）之間。
第二步驟S2，提供包含一熱塑性高分子的一第一高分子薄膜4與包含一熱塑性高分子的一第二高分子薄膜5，該第一高分子薄膜4與該第二高分子薄膜5可以為相同或不相同種類之高分子，並將該第一碳纖維複材層1、該第一高分子薄膜4、該第三碳纖維布31、該第二高分子薄膜5及該第二碳纖維複材層2依序疊放於一感應銲接裝置6的感應線圈61之中。在本實施例中，係選用一聚醚醚酮（PEEK）薄膜作為該第一高分子薄膜4與該第二高分子薄膜5，其熔點約為340℃。
其中，該感應銲接裝置6的整體結構屬於本發明相關領域中的通常知識，在此不多加贅述，該感應線圈61可以依照銲道尺寸選擇環形線圈或/及蝴蝶形線圈等型態，在本實施例中，該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜為該聚醚醚酮薄膜時，該感應線圈61較佳可以採用環型線圈型態加上U型導磁鐵62或蝴蝶形線圈，以將該感應線圈61所產生的電磁場集中於該感應片3，具有提高感應溫度與銲道均勻性的功效。
第三步驟S3，根據一製程參數控制該感應線圈61對該第一碳纖維複材層1、該第二碳纖維複材層2及該感應片3加熱，直到該第三碳纖維布31升溫至超過該第一高分子薄膜4及該第二高分子薄膜5的熔點，使該第一高分子薄膜4與該第二高分子薄膜5形成熔融狀態，而讓該第一碳纖維複材層1、該第二碳纖維複材層2與該感應片3分別接合於該第一高分子薄膜4與該第二高分子薄膜5。值得注意的是，若該第一碳纖維複材層1的樹脂11與該第二碳纖維複材層2的樹脂21皆為熱塑性樹脂，則在接合過程中，該樹脂11，21、該第一高分子薄膜4及該第二高分子薄膜5皆部分或完全熔融，使彼此結合在一起；若該樹脂11，21皆為熱固性樹脂，則在接合過程中，僅有該第一高分子薄膜4及該第二高分子薄膜5熔融，並與該第一碳纖維複材層1、該第二碳纖維複材層2各自接合後產生一個界面層。
請參照圖3，在一實施例中，選用厚度為1.3 mm的單向布作為該第一碳纖維布12與該第二碳纖維布22，且該第一基重與該第二基重皆為145米平方重（gsm）；選用厚度為0.05 mm的聚醚醚酮薄膜作為該第一高分子薄膜4與該第二高分子薄膜5；選用基重為220米平方重（gsm）的3K碳纖維布（平織）作為該第三碳纖維布31，該感應銲接裝置6的感應線圈61為環型線圈型態。該製程參數為電流13安培、電壓54伏特、頻率218 kHz，以及該感應線圈61與該第一碳纖維複材層1的距離為1 mm。
具體而言，該感應線圈61在對該第一碳纖維複材層1、該第二碳纖維複材層2及該感應片3加熱時，隨著感應時間來到20秒，該第一碳纖維布12／該第二碳纖維布22大約可以升溫至258℃，而該第三碳纖維布31大約可以升溫至410℃。
由於，該第三碳纖維布31升溫至超過該第一高分子薄膜4及該第二高分子薄膜5的熔點（340℃），但該第一碳纖維布12與該第二碳纖維布22僅大約升溫至258℃的緣故，因此，該第一高分子薄膜4及該第二高分子薄膜5分別形成熔融狀態，使該第一碳纖維複材層1、該第二碳纖維複材層2與該感應片3分別接合於該第一高分子薄膜4及該第二高分子薄膜5，且該第一碳纖維複材層1與該第二碳纖維複材層2各自的表面不會因過熱而燒焦，而造成表面凹凸不平的情況發生。藉此，該第一碳纖維複材層1與該第二碳纖維複材層2結合於該感應片3的搭接強度可以來到大於10MPa。
在另一實施例中，選用厚度為1.0 mm的單向布作為該第一碳纖維布12與該第二碳纖維布22，且該第一基重與該第二基重皆為120米平方重（gsm）；選用厚度為0.05 mm的聚醚醚酮薄膜作為該第一高分子薄膜4與該第二高分子薄膜5；選用基重為320米平方重（gsm）的6K碳纖維布（平織）作為該第三碳纖維布31，該感應銲接裝置6的感應線圈61為蝴蝶形線圈型態。該製程參數為電流12安培、電壓36伏特、頻率300 kHz，以及該感應線圈61與該第一碳纖維複材層1的距離為1 mm。藉此，該第一碳纖維複材層1與該第二碳纖維複材層2結合於該感應片3的搭接強度亦可以來到大於10MPa。
值得注意的是，在其他實施例中，該第一高分子薄膜4與該第二高分子薄膜5還可以選用一聚碳酸酯（PC）薄膜，其熔點約為220℃。在本實施例中，係可以選用厚度為1.0 mm的編織布作為該第一碳纖維布12與該第二碳纖維布22，且該第一基重與該第二基重皆為200米平方重（gsm）；選用厚度為0.05 mm的聚碳酸酯薄膜作為該第一高分子薄膜4與該第二高分子薄膜5；選用基重為240米平方重（gsm）的3K碳纖維布（平織）作為該第三碳纖維布31，該感應銲接裝置6的感應線圈61為環型線圈型態。該製程參數為電流7安培、電壓30伏特、頻率275 kHz，以及該感應線圈61與該第一碳纖維複材層1的距離為1 mm。
承上述，藉由使該第三碳纖維布31升溫至超過該聚碳酸酯薄膜的熔點溫度，亦可以使該第一高分子薄膜4及該第二高分子薄膜5分別形成熔融狀態，使該第一碳纖維複材層1、該第二碳纖維複材層2與該感應片3分別接合於該第一高分子薄膜4與該第二高分子薄膜5，且該第一碳纖維複材層1與該第二碳纖維複材層2各自的表面不會因過熱而燒焦，而造成表面凹凸不平的情況發生。該第一碳纖維複材層1與該第二碳纖維複材層2結合於該感應片3的搭接強度亦可以來到大於10MPa。
請參照圖4、5所示，其係本發明熱塑性複合材料感應銲接方法的第二實施例，係包含以下步驟。
第一步驟S1’，提供一第一碳纖維複材層7、一第二碳纖維複材層8及一第三碳纖維複材層9，其中，該第一碳纖維複材層7包含一熱塑性樹脂71及至少一第一碳纖維布72，該第一碳纖維布72具有一第一基重（Basis Weight），在本實施例中，該第一碳纖維布72的纖維型態可以採用平織或斜織等編織手法，或是採用單向布（Uni-directional，UD），該第一基重介於120～145米平方重（gsm）。
該第二碳纖維複材層8包含一熱塑性樹脂81及至少一第二碳纖維布82，該第二碳纖維布82具有一第二基重，在本實施例中，該第二碳纖維布82的纖維型態亦可以採用平織或斜織等編織手法，或是採用單向布，該第二基重介於120～145米平方重（gsm）。
該第三碳纖維複材層9包含一熱塑性樹脂91及一感應片，該感應片為包含一第三基重的一第三碳纖維布92，在本實施例中，該第三碳纖維布92的纖維型態可以採用平織或斜織等編織手法，但不以上述編織手法作為本發明的限制，該第三基重介於220～320米平方重（gsm）。該第三基重大於該第一基重及該第二基重，故本發明相關領域中具有通常知識者可以理解，在相同感應時間與感應磁場的條件下，該第三碳纖維布92的升溫效率大於該第一碳纖維布72與該第二碳纖維布82。再且，該第一基重與該第二基重分別與該第三基重的差介於40至200米平方重（gsm）之間。
第二步驟S2’，將該第一碳纖維複材層7、該第三碳纖維複材層9及該第二碳纖維複材層8依序疊放於該感應銲接裝置6的感應線圈61之中。
第三步驟S3’，根據一製程參數控制該感應線圈61對該第一碳纖維複材層7、該第二碳纖維複材層8及該第三碳纖維複材層9加熱，直到該第三碳纖維布92升溫至超過該熱塑性樹脂的熔點，使位於該第一碳纖維複材層7與該第三碳纖維複材層9之間的熱塑性樹脂71，91，以及位於該第二碳纖維複材層8與該第三碳纖維複材層9之間的熱塑性樹脂81，91，分別形成熔融狀態，而讓該第一碳纖維複材層7、該第二碳纖維複材層8各自的熱塑性樹脂71，81，分別與該第三碳纖維複材層9的熱塑性樹脂91相互接合。
其中一實施例，選用厚度為1.3 mm的單向布作為該第一碳纖維布72與該第二碳纖維布82，且該第一基重與該第二基重皆為145米平方重（gsm）；選用基重為220米平方重（gsm）的3K碳纖維布（平織）作為該第三碳纖維布92，該感應銲接裝置6的感應線圈61為環型線圈型態。該製程參數為感應時間20秒、電流13安培、電壓54伏特、頻率218 kHz，以及該感應線圈61與該第一碳纖維複材層7的距離為1 mm。
其中另一實施例，選用厚度為1.0 mm的單向布作為該第一碳纖維布72與該第二碳纖維布82，且該第一基重與該第二基重皆為120米平方重（gsm）；選用基重為320米平方重（gsm）的6K碳纖維布（平織）作為該第三碳纖維布92，該感應銲接裝置6的感應線圈61為蝴蝶形線圈型態。該製程參數為感應時間20秒、電流12安培、電壓36伏特、頻率300 kHz，以及該感應線圈61與該第一碳纖維複材層7的距離為1 mm。
其中再一實施例，選用厚度為1.0 mm的編織布作為該第一碳纖維布72與該第二碳纖維布82，且該第一基重與該第二基重皆為200米平方重（gsm）；選用基重為240米平方重（gsm）的3K碳纖維布（平織）作為該第三碳纖維布92，該感應銲接裝置6的感應線圈61為環型線圈型態。該製程參數為感應時間20秒、電流7安培、電壓30伏特、頻率275 kHz，以及該感應線圈61與該第一碳纖維複材層7的距離為1 mm。
請參照圖6所示，其係本發明熱塑性複合材料的第一實施例，係包含：一第一碳纖維複材層1、一第二碳纖維複材層2、一感應片3、一第一高分子薄膜4及一第二高分子薄膜5，該感應片3位於該第一碳纖維複材層1與該第二碳纖維複材層2之間，該第一高分子薄膜4位於該第一碳纖維複材層1與該感應片3之間，該第二高分子薄膜5位於該第二碳纖維複材層2與該感應片3之間。
該第一碳纖維複材層1包含一樹脂11及至少一第一碳纖維布12，該第一碳纖維布12具有一第一基重，在本實施例中，該樹脂11可以為一熱塑性樹脂或一熱固性樹脂，該第一碳纖維布12的纖維型態可以採用平織或斜織等編織手法，或是採用單向布，該第一基重介於120～145米平方重（gsm）。
該第二碳纖維複材層2包含一樹脂21及至少一第二碳纖維布22，該第二碳纖維布22具有一第二基重，在本實施例中，該樹脂21亦可以為一熱塑性樹脂或一熱固性樹脂，該第二碳纖維布22的纖維型態亦可以採用平織或斜織等編織手法，或是採用單向布，該第二基重介於120～145米平方重（gsm）。
該感應片3為包含具有一第三基重的一第三碳纖維布31，在本實施例中，該第三碳纖維布31的纖維型態可以採用平織或斜織等編織手法，但不以上述編織手法作為本發明的限制，該第三基重介於220～320米平方重（gsm）。該第三基重大於該第一基重及該第二基重，故本發明相關領域中具有通常知識者可以理解，在相同感應時間與感應磁場的條件下，該第三碳纖維布31的升溫效率大於該第一碳纖維布12與該第二碳纖維布22。再且，該第一基重與該第二基重分別與該第三基重的差介於40至200米平方重（gsm）之間。
該第一高分子薄膜4與該第二高分子薄膜5各自包含熱塑性高分子，且可以為相同或不相同種類之高分子，在本實施例中，該第一高分子薄膜4與該第二高分子薄膜5皆為一聚醚醚酮薄膜，或皆為一聚碳酸酯薄膜，其中，部分該第一碳纖維複材層1與部分該感應片3，分別接合於該第一高分子薄膜4，且部分該第二碳纖維複材層2與部分該感應片3，分別接合於該第二高分子薄膜5。
將本發明熱塑性複合材料放置於前述的感應銲接裝置6中，並根據前述的製程參數控制該感應銲接裝置6的感應線圈61，以對該第一碳纖維複材層1、該第二碳纖維複材層2及該感應片3加熱，直到該第三碳纖維布31升溫至超過該第一高分子薄膜4與該第二高分子薄膜5的熔點，使該第一高分子薄膜4及該第二高分子薄膜5分別形成熔融狀態，使該第一碳纖維複材層1、該第二碳纖維複材層2與該感應片3分別接合於該第一高分子薄膜4與該第二高分子薄膜5，且該第一碳纖維複材層1與該第二碳纖維複材層2各自的表面不會因過熱而燒焦，而造成表面凹凸不平的情況發生。
請參照圖7所示，其係本發明熱塑性複合材料的第二實施例，係包含：一第一碳纖維複材層7、一第二碳纖維複材層8及一第三碳纖維複材層9，該第三碳纖維複材層9位於該第一碳纖維複材層7與該第二碳纖維複材層8之間。
該第一碳纖維複材層7包含一熱塑性樹脂71及至少一第一碳纖維布72，該第一碳纖維布72具有一第一基重，該第一基重介於120～145米平方重（gsm）。
該第二碳纖維複材層8包含一熱塑性樹脂81及至少一第二碳纖維布82，該第二碳纖維布82具有一第二基重，該第二基重介於120～145米平方重（gsm）。
該第三碳纖維複材層9包含一熱塑性樹脂91及一感應片，其中，該感應片為包含具有一第三基重的一第三碳纖維布92，該第三基重大於該第一基重及該第二基重，且該第一基重與該第二基重分別與該第三基重的差介於40至200米平方重之間，該第三基重介於220～320米平方重（gsm）。該第一碳纖維複材層7與該第二碳纖維複材層8各自的熱塑性樹脂71，81，分別與該第三碳纖維複材層9的熱塑性樹脂91相互接合。
將本發明熱塑性複合材料放置於前述的感應銲接裝置6中，並根據前述的製程參數控制該感應銲接裝置6的感應線圈61，以對該第一碳纖維複材層7、該第二碳纖維複材層8及該第三碳纖維複材層9加熱，直到該第三碳纖維布92升溫至超過該熱塑性樹脂的熔點，使位於該第一碳纖維複材層7與該第三碳纖維複材層9之間的熱塑性樹脂71，91，以及位於該第二碳纖維複材層8與該第三碳纖維複材層9之間的熱塑性樹脂81，91，分別形成熔融狀態，而讓該第一碳纖維複材層7、該第二碳纖維複材層8各自的熱塑性樹脂71，81，分別與該第三碳纖維複材層9的熱塑性樹脂91相互接合，且該第一碳纖維複材層7與該第二碳纖維複材層8各自的表面不會因過熱而燒焦，而造成表面凹凸不平的情況發生。
承上所述，本發明的熱塑性複合材料及其感應銲接方法，係可以藉由調整該第一碳纖維複材層、該第二碳纖維複材層及該感應片各自包含的碳纖維布之基重，使該感應銲接裝置對該第一碳纖維複材層、該第二碳纖維複材層及該感應片加熱時，該第三碳纖維布的溫度相較於該第一碳纖維布與該第二碳纖維布的溫度，能夠更快升溫達到該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜／該熱塑性樹脂的熔點，使該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜／該熱塑性樹脂形成熔融狀態，而讓該第一碳纖維複材層與該第二碳纖維複材層接合於該感應片，且該第一碳纖維複材層與該第二碳纖維複材層各自的表面不會因過熱而燒焦，而造成表面凹凸不平的情況發生。藉此，本發明的熱塑性複合材料及其感應銲接方法，具有回收方便性佳，以及維持熱塑性複合材料的表面光澤和色澤等功效。
上述揭示的實施形態僅例示性說明本發明之原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。
﹝本發明﹞
1, 7:第一碳纖維複材層
11:樹脂
12, 72:第一碳纖維布
2, 8:第二碳纖維複材層
21:樹脂
22, 82:第二碳纖維布
3:感應片
31:第三碳纖維布
4:第一高分子薄膜
5:第二高分子薄膜
6:感應銲接裝置
61:感應線圈
62:導磁鐵
71, 81:熱塑性樹脂
9:第三碳纖維複材層
91:熱塑性樹脂
92:第三碳纖維布
S1, S1’:第一步驟
S2, S2’:第二步驟
S3, S3’:第三步驟
[圖1]為本發明第一實施例之熱塑性複合材料感應銲接方法的步驟流程圖；
[圖2]為本發明第一實施例之熱塑性複合材料感應銲接方法之感應銲接裝置的使用情形圖；
[圖3]為本發明熱塑性複合材料感應銲接方法之不同基重的碳纖維複材層在加熱下的溫度曲線圖；
[圖4]為本發明第二實施例之熱塑性複合材料感應銲接方法的步驟流程圖；
[圖5]為本發明第二實施例之熱塑性複合材料感應銲接方法之感應銲接裝置的使用情形圖；
[圖6]為本發明第一實施例之熱塑性複合材料接合過程的側視剖面狀態圖；
[圖7]為本發明第二實施例之熱塑性複合材料接合過程的側視剖面狀態圖。
S1:第一步驟
S2:第二步驟
S3:第三步驟
Claims (10)
- 一種熱塑性複合材料感應銲接方法，包含：提供一第一碳纖維複材層，其包含一樹脂及至少一第一碳纖維布，該第一碳纖維布具有一第一基重；提供一第二碳纖維複材層，其包含一樹脂及至少一第二碳纖維布，該第二碳纖維布具有一第二基重；提供一感應片，其為包含具有一第三基重的一第三碳纖維布，該第三基重大於該第一基重及該第二基重，且該第一基重與該第二基重分別與該第三基重的差介於40至200米平方重之間；提供包含一熱塑性高分子的一第一高分子薄膜與包含一熱塑性高分子的一第二高分子薄膜，並將該第一碳纖維複材層、該第一高分子薄膜、該第三碳纖維布、該第二高分子薄膜及該第二碳纖維複材層依序疊放於一感應銲接裝置的感應線圈之中；及根據一製程參數控制該感應線圈對該第一碳纖維複材層、該第二碳纖維複材層及該感應片加熱，直到該第三碳纖維布升溫至超過該第一高分子薄膜及該第二高分子薄膜的熔點，使該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜形成熔融狀態，而讓該第一碳纖維複材層、該第二碳纖維複材層與該感應片分別接合於該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜，其中，該製程參數為感應時間20秒、電流12~14安培、電壓36~54伏特、頻率218~300kHz，以及該感應線圈與該第一碳纖維複材層的距離為1mm。
- 一種熱塑性複合材料感應銲接方法，包含： 提供一第一碳纖維複材層，其包含一熱塑性樹脂及至少一第一碳纖維布，該第一碳纖維布具有一第一基重；提供一第二碳纖維複材層，其包含一熱塑性樹脂及至少一第二碳纖維布，該第二碳纖維布具有一第二基重；提供一第三碳纖維複材層，其包含一熱塑性樹脂及一感應片，該感應片為包含具有一第三基重的一第三碳纖維布，該第三基重大於該第一基重及該第二基重，且該第一基重與該第二基重分別與該第三基重的差介於40至200米平方重之間；將該第一碳纖維複材層、該第三碳纖維複材層及該第二碳纖維複材層依序疊放於一感應銲接裝置的感應線圈之中；及根據一製程參數控制該感應線圈對該第一碳纖維複材層、該第二碳纖維複材層及該第三碳纖維複材層加熱，直到該第三碳纖維布升溫至超過該熱塑性樹脂的熔點，使位於該第一碳纖維複材層與該第三碳纖維複材層之間的熱塑性樹脂，以及位於該第二碳纖維複材層與該第三碳纖維複材層之間的熱塑性樹脂，分別形成熔融狀態，而讓該第一碳纖維複材層與該第二碳纖維複材層各自的熱塑性樹脂，分別與該第三碳纖維複材層的熱塑性樹脂相互接合，其中，該製程參數為感應時間20秒、電流12~14安培、電壓36~54伏特、頻率218~300kHz，以及該感應線圈與該第一碳纖維複材層的距離為1mm。
- 如請求項1所述之熱塑性複合材料感應銲接方法，其中，選用聚醚醚酮薄膜作為該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜。
- 如請求項1所述之熱塑性複合材料感應銲接方法，其中，選用聚碳酸酯薄膜作為該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜。
- 如請求項1或2所述之熱塑性複合材料感應銲接方法，其中，該第一碳纖維布與該第二碳纖維布的纖維型態採用平織或斜織，或是採用單向布，該第三碳纖維布的纖維型態採用平織或斜織。
- 如請求項1或2所述之熱塑性複合材料感應銲接方法，其中，該第一基重為120~145米平方重，該第二基重為120~145米平方重，該第三基重為220~320米平方重。
- 一種熱塑性複合材料，包含：一第一碳纖維複材層，其包含一樹脂及至少一第一碳纖維布，該第一碳纖維布具有一第一基重；一第二碳纖維複材層，其包含一樹脂及至少一第二碳纖維布，該第二碳纖維布具有一第二基重；一感應片，位於該第一碳纖維複材層與該第二碳纖維複材層之間，該感應片為包含具有一第三基重的一第三碳纖維布，該第三基重大於該第一基重及該第二基重，且該第一基重與該第二基重分別與該第三基重的差介於40至200米平方重之間；一第一高分子薄膜，包含一熱塑性高分子，該第一高分子薄膜位於該第一碳纖維複材層與該感應片之間，部分該第一碳纖維複材層與部分該感應片，分別接合於該第一高分子薄膜；及一第二高分子薄膜，包含一熱塑性高分子，該第二高分子薄膜位於該第二碳纖維複材層與該感應片之間，部分該第二碳纖維複材層與部分該感應片，分別接合於該第二高分子薄膜。
- 如請求項7所述之熱塑性複合材料，其中，該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜皆為一聚醚醚酮薄膜。
- 如請求項7所述之熱塑性複合材料，其中，該第一高分子薄膜與該第二高分子薄膜皆為一聚碳酸酯薄膜。
- 一種熱塑性複合材料，包含：一第一碳纖維複材層，其包含一熱塑性樹脂及至少一第一碳纖維布，該第一碳纖維布具有一第一基重；一第二碳纖維複材層，其包含一熱塑性樹脂及至少一第二碳纖維布，該第二碳纖維布具有一第二基重；一第三碳纖維複材層，位於該第一碳纖維複材層與該第二碳纖維複材層之間，該第三碳纖維複材層包含一熱塑性樹脂及一感應片，該感應片為包含具有一第三基重的一第三碳纖維布，該第三基重大於該第一基重及該第二基重，且該第一基重與該第二基重分別與該第三基重的差介於40至200米平方重之間，其中，該第一碳纖維複材層與該第二碳纖維複材層各自的熱塑性樹脂，分別與該第三碳纖維複材層的熱塑性樹脂相互接合。
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| CN103210159B (zh) * | 2010-11-12 | 2016-04-20 | 乐金华奥斯有限公司 | 通过高频感应加热熔接的夹层结构及其制造方法 |
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