TWM510848U - 快速的樹脂轉注成型裝置 - Google Patents

Description

快速的樹脂轉注成型裝置

本新型是有關於一種樹脂轉注成型裝置，特別是指一種用於加工纖維補強材的漸壓式樹脂轉注成型裝置。

由於纖維與樹脂製成的纖維複合材料具有質輕以及高機械強度的特性，所以這類纖維複合材料廣受各產業的愛用。常見之纖維複合材料製程，大致有噴塗法、手積法及樹脂轉注成型法等數種，惟噴塗法與手積法是以人工操作為主，生產效率低，且因製程中易釋放出有害之有機化合物，會危害現場操作人員的健康；樹脂轉注成型法雖適用自動化製程，但對纖維含量高的大型成品，樹脂注入纖維材時間仍是太長，若需使用加熱爐硬化，則需購置大型高溫爐，所以設備成本偏高。

一般製造纖維複合材料的樹脂轉注成型過程，是先將裁切好的纖維材預置於模具內部，然後注入樹脂，待樹脂完成滲入纖維材後，再加熱模具，使樹脂受熱起化學作用而硬化，藉以得到所需的纖維複合材料產品。

例如中華民國專利公告第583068號「樹脂真空 吸入加壓成型方法」專利案，是利用模具內部的真空吸力將樹脂吸引注入纖維材，並使用彈性橡膠同時壓縮纖維材且對模具進行加熱，使樹脂與該纖維材料結合成一體。然而該成型法引入樹脂時間仍太久，主要是因為引入樹脂的同時，纖維材已被彈性橡膠薄膜壓縮，導致纖維材內可供樹脂流動孔隙大幅減少，所以需要花費較長充填時間。此外，在樹脂注入過程中，樹脂流動壓力會使彈性薄膜膨脹，因此在纖維材完全浸溼後，需經由持續抽真空來進一步將不需要的多餘樹脂移除，使製品達到均一壓縮厚度。但實驗得知，大部份的多餘樹脂是集中在樹脂入口處，離真空出口較遠，且壓縮後纖維材中供樹脂流動的孔隙已大幅減少，致使移除多餘樹脂所需的時間會相當長。總而言之，雖然此專利在樹脂流動過程中，同時引入高溫氣流加熱，可使樹脂黏度降低，而加速流動，但因充填與移除多餘樹脂時間過長，令樹脂在模具充填未完全或未完全移除多餘樹脂時，即提前硬化的機率大增。

再如中華民國專利公告第M474625號「樹脂轉注成型裝置」專利案，是將上模體的數個真空抽氣口施以真空抽取，吸附薄膜向上，讓補強材呈現疏鬆的堆疊狀態。接著再對下模真空抽氣口施以真空抽取，使樹脂能迅速滲透入疏鬆補強材內。當注入足夠樹脂後，會於上模具之真空抽氣口引入高壓的熱空氣以驅使薄膜膨脹，一方面利用該薄膜將纖維材壓縮至成品厚度，並使樹脂往尚未浸溼的乾纖維材內滲透，另一方面使熱空氣透過薄膜預熱樹脂 ，令樹脂更易於流動。在樹脂完全溼纖維材後，藉由薄膜進一步壓縮纖維材，將多餘樹脂由真空抽氣口擠出。但此專利會與專利第583068號具有相同的缺點，移除多餘樹脂所需時間亦過長。

因此，就薄膜式樹脂轉注成型法而言，通常會有充填時間過長與擠出多餘樹脂所需時間過長的缺點，即使如前述第M474625號專利案所述，能縮短充填時間，但亦有擠出多餘樹脂時間過長的缺點。也就是說，纖維補強材成型時，樹脂注入纖維時間以及抽取出纖維內的多餘樹脂時間的長短，是影響製程速度的關鍵因素。

因此，本新型之目的，即在提供一種可有效提高樹脂注入速度與多餘樹脂抽除速度，而相對提高製程速度的快速的樹脂轉注成型裝置。

於是，本新型快速的樹脂轉注成型裝置，適用於在真空狀態或接近真空狀態下輔助一樹脂轉注灌入一補強材內，並包含一模具單元、一個可被驅動輸出高溫氣體的熱氣供應單元、一個可被驅動輸出樹脂的樹脂注入單元、一個可被驅動進行抽氣的抽氣單元，及一連通安裝於該模具單元、該熱氣供應單元、該樹脂注入單元與該抽氣單元的開關閥單元。

該模式單元包括一個下模體、一個可拆離地蓋設於該下模體上方之上模體，及一個彈性薄膜，該下模體具有一個開口朝上並用以容置該補強材的容槽，及分別連 通於該容槽的兩相反端部的一個注入孔與一個抽吸孔，該彈性薄膜是可拆離地安裝於該上模體與該下模體間並封閉該容槽，且與該上模體相配合界定出一個介於兩者之間且與該容槽相間隔之膨脹空間，該彈性薄膜可被灌注於該膨脹空間之高壓氣體彈性擠壓而往該容槽彈性擴張並擠壓該補強材，該上模體具有一個與該膨脹空間連通的通孔。

該開關閥單元包括一個連通於該通孔與該熱氣供應單元間並可被開啟而將高溫氣體導入該膨脹空間而對該容槽加熱的第一閥體、一個連通於該通孔與該抽氣單元間並可被開啟而使該抽氣單元可經由該通孔對該膨脹空間施加負壓吸力的第二閥體、一個連通於該注入孔與該樹脂注入單元間並可被開啟而使樹脂經由該注入孔注入該容槽中的第三閥體、一個連通於該抽吸孔與該抽氣單元間並可被開啟而使該抽氣單元可經由該抽吸孔對該容槽施加負壓吸力的第四閥體，及一個連通於該抽吸孔與該注入孔間並可被開啟而使施加於該抽吸孔之負壓吸力連通施加於該注入孔的第五閥體。

本新型之功效：本新型具有加速充填樹脂的效果，可加速移除多餘不需要的樹脂，無需將模具置入高溫爐使樹脂硬化，對大型成品可省去建置大型高溫爐設備成本，確實能解決習知樹脂轉注成型技術長久以來的缺失。

2‧‧‧模具單元

21‧‧‧下模體

210‧‧‧容槽

211‧‧‧注入孔

212‧‧‧抽吸孔

22‧‧‧上模體

220‧‧‧膨脹空間

221‧‧‧通孔

23‧‧‧彈性薄膜

24‧‧‧密封件

3‧‧‧抽氣單元

31‧‧‧真空幫浦

32‧‧‧緩衝筒

5‧‧‧樹脂注入單元

6‧‧‧熱氣供應單元

7‧‧‧開關閥單元

71‧‧‧第一閥體

72‧‧‧第二閥體

73‧‧‧第三閥體

74‧‧‧第四閥體

75‧‧‧第五閥體

800‧‧‧樹脂

801‧‧‧補強材

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本新型快速的樹脂轉注成型裝置的一個實施例的架構圖；圖2是該實施例用以加工製造樹脂複合纖維補強材的步驟流程圖；圖3是該實施例的局部側剖圖，示意說明該實施例進行抽真空負壓以及注入樹脂時的情況；圖4是類似圖3之視圖，示意說明該實施例進行加熱壓縮步驟時的情況；及圖5是類似圖3之視圖，示意說明該實施例進行抽除多餘樹脂與加熱硬化步驟時的情況。

參閱圖1、圖3，本新型快速的樹脂轉注成型裝置的一個實施例，適用於在真空狀態或接近真空狀態下，輔助將樹脂800轉注灌入一個補強材801內，藉以製成一種樹脂複合纖維補強材。該補強材801一般為質量輕的纖維材料製成，其內部具有許多縫隙，當樹脂800充填於該補強材801內的縫隙，且經過加熱使樹脂800硬化後，即完成樹脂複合纖維補強材成型製程，所製成之樹脂複合纖維補強材的機械強度會大幅提昇。

該快速的樹脂轉注成型裝置包含：一個模具單元2、一個抽氣單元3、一個樹脂注入單元5、一個熱氣供應單元6，及一個開關閥單元7。

該模具單元2包括一個下模體21、一個可拆離地往下蓋設於該下模體21上方之上模體22、一個安裝於該 下模體21與該上模體22間的彈性薄膜23，及一個安裝於該下模體21頂面與該彈性薄膜23間的環狀密封件24。該下模體21具有一個開口朝上並用以容置該補強材801的容槽210、以及分別上下貫穿連通於該容槽210左端與右端的一個注入孔211與一個抽吸孔212。該上模體22具有一個上下貫穿設置於其左右中心處之通孔221，該密封件24為油封，是環繞該容槽210地設置於該下模體21頂面。該彈性薄膜23是可拆離地疊靠於該密封件24，並被夾置定位於該下模體21與該上模體22間而氣密蓋封該容槽210，且會與該上模體22相配合界定出一個間隔位於該容槽210上方，並與該通孔221連通的膨脹空間220。

該抽氣單元3連接於該開關閥單元7，包括一個用於抽取氣體的真空幫浦31，及一個安裝於該抽吸孔212與該真空幫浦31間的緩衝筒32。該真空幫浦31是連通安裝於該通孔221、該注入孔211與抽吸孔212，能抽取該容槽210與該膨脹空間220內的氣體，該緩衝筒32是設置於該抽吸孔212與該真空幫浦31間，可避免樹脂800從該抽吸孔212直接流到該真空幫浦31，而造成該真空幫浦31損壞。

該樹脂注入單元5容裝有預定用以進行灌注之樹脂800，且是連通安裝於該注入孔211，能夠經由該注入孔211將樹脂800轉注灌入該容槽210內，而填注於該補強材801之縫隙中。

該熱氣供應單元6是連通於該通孔221，可將外 界空氣加熱成高溫熱氣，並將高溫熱氣注入該膨脹空間220內。

該開關閥單元7包括一個可啟閉地連接於該熱氣供應單元6與該通孔221間的第一閥體71、一個可啟閉地連接於該抽氣單元3與該通孔221間的第二閥體72、一個可啟閉地連接於該注入孔211與該樹脂注入單元5間的第三閥體73，及一個可啟閉地連接於該緩衝筒32與該真空幫浦31間的第四閥體74，及一個可啟閉地連接於該注入孔211與該緩衝筒32的第五閥體75。

參閱圖1、圖2、圖3，本新型快速的樹脂轉注成型裝置用以製造樹脂複合纖維補強材的實施過程，是依序經由下列步驟來完成：(a)置放與封閉步驟、(b)抽真空負壓步驟、(c)樹脂注入步驟、(d)加熱壓縮步驟，及(e)加熱硬化步驟。

首先，在(a)置放與封閉步驟中，先將欲充填樹脂800的補強材801單獨或重疊地置放於該下模體21的容槽210，該補強材801置放時的厚度不大於該容槽210的高度，否則縮短樹脂800注入時間的效果不明顯。然後，將該彈性薄膜23蓋封該容槽210，再將該上模體22疊蓋於該下模體21與該彈性薄膜23頂側，使該彈性薄膜23被夾固定位於該上模體22與該下模體21間。

接著，進行(b)抽真空負壓步驟，先關閉所有閥體71~75，並啟動該真空幫浦31，直至該真空幫浦31達到穩定或接近負一大氣壓力。然後，開啟連接該通孔221的 該第二閥體72，將此負壓施加於該膨脹空間220，也就是抽取出該膨脹空間220內之氣體，如圖3箭頭803所示，利用此負壓產生之吸力將該彈性薄膜23往上吸附貼抵於該上模體22。接著，開啟該第四閥體74，經由該抽吸孔212對該容槽210進行抽氣，使容槽210達到穩定或接近負一大氣壓力，如圖3箭頭804所示。此時，因為該膨脹空間220與該容槽210都是處於等壓狀態，所以該彈性薄膜23不會往下變形壓迫該補強材801，因此該補強材801內的纖維可保持疏鬆的狀態。

然後，進行(c)樹脂注入步驟，開啟連接該注入孔211的第三閥體73，藉由該容槽210真空負壓吸力吸引該樹脂注入單元5的樹脂800，如圖3箭頭805所示，將樹脂800經由該注入孔211吸引注入該容槽210內，而填充於該補強材801的縫隙中，此時，因該補強材801內的纖維仍保持疏鬆狀態，所以可使樹脂800容易流動滲入縫隙中。完成樹脂800注入後，關閉該第三閥體73以停止樹脂800注入。進行(c)樹脂注入步驟時，可事先估算成品所需之樹脂800量，但為保險起見，避免成品出現樹脂800充填不足，在本實施例中，灌注的樹脂800量會多於所估算之樹脂800量，例如多20%，但實施時不以此為限。

參閱圖1、圖2、圖4，接著，進行(d)加熱壓縮步驟，先將熱氣供應單元6調整至預定溫度，使該熱氣供應單元6將內部氣體加熱成所需的高溫氣體。接著，關閉該第二閥體72，停止對該膨脹空間220抽氣，然後開啟該 第一閥體71，由於該膨脹空間220是處於負壓狀態，而該容槽210都仍處於持續被抽真空處狀態，所以加熱後的高溫氣體會由該通孔221被吸引灌注入該膨脹空間220，如圖4箭頭806所示，而將該彈性薄膜23往下彈性擠壓擴張變形，一方面利用高溫氣體傳導至該彈性薄膜23的熱能預熱該容槽210內的樹脂800，提高樹脂800的流動性，另一方面藉由該彈性薄膜23往下彈性擴張變形所產生的彈性擠壓力量，將已填注樹脂800之該補強材801逐漸壓縮至預設成品厚度，同時驅使該補強材801內部的多餘樹脂800往該抽吸孔212方向流動而填注於尚未浸溼處，直到樹脂800完全浸溼該補強材801的纖維後，多餘的樹脂800會經由該抽吸孔212被抽吸流入該緩衝筒32。

參閱圖1、圖2、圖5，接著，再開啟第五閥體75，對該注入孔211施以負壓吸力，將聚集在該注入孔211附近之不需要的多餘樹脂800快速吸入該緩衝筒32，如圖5箭頭807所示，也就是，透過同時對該注入孔211與該抽吸孔212施加負壓吸力以吸除多餘樹脂800的方式，可更加速抽取出該補強材801的纖維內的多餘樹脂800，使該補強材801厚度快速降低，而可快速達到所需的均勻成品厚度之目的。

最後，進行(e)加熱硬化步驟，利用灌注於該膨脹空間220的高溫氣體對樹脂800加熱，使樹脂800膠化反應加速，直至樹脂800膠化後硬化，即可脫模取出纖維補強材成品。

若於步驟(c)將傳統製程實施時於本新型快速的樹脂轉注成型裝置，也就是將樹脂800注滿該容槽210後，再進行加熱壓縮步驟時，會浪費掉很大量的樹脂800，且抽取出已灌注於該補強材801內的多餘樹脂800的時間也會更長，即便是改成注入剛好的樹脂800量，傳統製程也僅具有不會浪費樹脂800的優點，其壓縮步驟仍會十分緩慢，而且實際上也很難注入剛好的樹脂800量。

透過該開關閥單元7與該模具單元2、該抽氣單元3、該樹脂注入單元5及該熱氣供應單元6間的連通結構設計，使得本新型該快速樹脂轉注成型裝置可在關閉第三閥體73以停止輸出樹脂800，並以該彈性薄膜23加壓該補強材801，且同時高溫氣體加熱輔助樹脂800快速流動浸溼纖維後，再進一步變換成同時對該抽吸孔212與該注入孔211抽真空的方式，來快速移除灌注於該補強材801內的多餘樹脂800，而可在浪費些微樹脂800量的情況下，大幅縮短製程，並且無需將補強材801置入高溫爐將樹脂800硬化，能降低建置所需成本。

綜上所述，本新型快速的樹脂轉注成型裝置具備以下優點：(一)具有加速充填樹脂的效果。(二)可加速移除多餘不需要的樹脂。(三)無需將模具置入高溫爐使樹脂硬化，對大型成品可省去建置大型高溫爐設備成本。故，本新型確實能解決習知樹脂轉注成型技術長久以來的缺失，因此確實可達到本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已 ，當不能以此限定本新型實施之範圍，即大凡依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧模具單元

21‧‧‧下模體

210‧‧‧容槽

211‧‧‧注入孔

212‧‧‧抽吸孔

22‧‧‧上模體

221‧‧‧通孔

23‧‧‧彈性薄膜

24‧‧‧密封件

3‧‧‧抽氣單元

31‧‧‧真空幫浦

32‧‧‧緩衝筒

5‧‧‧樹脂注入單元

6‧‧‧熱氣供應單元

7‧‧‧開關閥單元

71‧‧‧第一閥體

72‧‧‧第二閥體

73‧‧‧第三閥體

74‧‧‧第四閥體

75‧‧‧第五閥體

800‧‧‧樹脂

801‧‧‧補強材

Claims (3)

1. 一種快速的樹脂轉注成型裝置，適用於在真空狀態或接近真空狀態下將樹脂轉注灌入一個補強材內，並包含：一模具單元，包括一個下模體、一個可拆離地蓋設於該下模體上方之上模體，及一個彈性薄膜，該下模體具有一個開口朝上並用以容置該補強材的容槽，及分別連通於該容槽的兩相反端部的一個注入孔與一個抽吸孔，該彈性薄膜是可拆離地安裝於該上模體與該下模體間並封閉該容槽，且與該上模體相配合界定出一個介於兩者之間並與該容槽相間隔之膨脹空間，該彈性薄膜可被灌注於該膨脹空間之高壓氣體彈性擠壓而往該容槽彈性擴張並擠壓該補強材，該上模體具有一個與該膨脹空間連通的通孔；一個熱氣供應單元，可被驅動輸出高溫氣體；一個樹脂注入單元，可被驅動輸出樹脂；一個抽氣單元，可被驅動進行抽氣；及一開關閥單元，連通安裝於該模具單元、該熱氣供應單元、該樹脂注入單元與該抽氣單元，包括一個連通於該通孔與該熱氣供應單元間並可被開啟而將高溫氣體導入該膨脹空間而對該容槽加熱的第一閥體、一個連通於該通孔與該抽氣單元間並可被開啟而使該抽氣單元可經由該通孔對該膨脹空間施加負壓吸力的第二閥體、一個連通於該注入孔與該樹脂注入單元間並可被開啟而使樹脂經由該注入孔注入該容槽中的第三閥體、一 個連通於該抽吸孔與該抽氣單元間並可被開啟而使該抽氣單元可經由該抽吸孔對該容槽施加負壓吸力的第四閥體，及一個連通於該抽吸孔與該注入孔間並可被開啟而使施加於該抽吸孔之負壓吸力連通施加於該注入孔的第五閥體。
2. 如請求項1所述的快速的樹脂轉注成型裝置，其中，該抽氣單元包括一個用於抽取氣體的真空幫浦與一個緩衝筒，該緩衝筒是連通安裝於該抽吸孔與該真空幫浦間，該第二閥體是連通於該通孔與該真空幫浦間，該第四閥體是連通於該緩衝筒與該真空幫浦間。
3. 如請求項1所述的快速的樹脂轉注成型裝置，其中，該模具單元還包括一個環繞設置於該下模體頂面的環狀油封，該彈性薄膜是氣密疊靠於該油封而封閉該容槽。