TWI802160B - 溫敏型核殼微球應用於rtm成型的方法 - Google Patents
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Abstract
一種溫敏型核殼微球應用於RTM成型的方法，步驟包含： 將熱塑性樹脂單體、催化劑及溫敏型核殼微球以低於150
oC溫度混合為灌注溶液；注入預先鋪設有纖維增強材封閉模具中，溫度升高至150
oC以上使該溫敏型核殼微球破裂並該釋放起始劑，後與該熱塑性樹脂單體、該催化劑產生反應並硬化為熱塑性樹脂，並與該纖維增強材形成高品質的複合成型材料；本發明以特殊的溫敏型核殼微球具有在溫度150度以上時破裂的特性，可以將其包覆的活性成分釋出，使RTM單體聚合反應可延後至灌注溶液浸潤均勻至模具中的纖維增強材後才發生，此方法可避免聚合反應提早進行，阻礙灌注的過程。
Description
一種RTM成型的方法，特別是一種使用溫敏型核殼微球的RTM成型方法。
樹脂轉注成型(Resin Transfer Molding, RTM)是一種廣泛應用於製造高機械強度與輕質量的高分子複合材料成型製程，主要是先將纖維補強材鋪放於模具中，之後密閉模具，注入樹脂並等其固化、硬化後，開模將成品取出。
樹脂轉注成型一般主要使用熱固性樹脂進行灌注，灌注前將熱固性樹脂硬化劑混合後注入模具中，使熱固性樹脂能夠浸潤預先鋪設的纖維補強材，隨後等之固化、硬化。然而此一成型技術的困難點之一在於樹脂流動性，由於硬化劑與熱固性樹脂混合後會快速反應固化，因此注入到模具中的流動性會快速地隨著時間而喪失，導致成品可能局部無法很好地浸潤到樹脂，產生品質上的問題。
再者，熱固性樹脂無法回收再利用所衍生的環保與環境危機，也是亟待解決的問題。
為了提高製成品的品質與降低樹脂填充灌入過程中，因為流動性或快速硬化所可能產生的製程難題與缺點，本發明提供一種溫敏型核殼微球應用於RTM成型的方法，其步驟包含：
將一熱塑性樹脂單體、一催化劑以及一溫敏型核殼微球以低於150
oC溫度混合為一灌注溶液，其中，該溫敏型核殼微球包含一活性成分、一溫敏型複合殼層包覆於該活性成分外部，該溫敏型複合殼層自內而外包含一有機殼層與一無機外殼；
將該灌注溶液注入預先鋪設有一纖維增強材的一封閉模具中，並將溫度升高至150
oC以上使該該溫敏型複合殼層破裂；以及
該溫敏型核殼微球中該起始劑釋放並與該熱塑性樹脂單體、該催化劑產生反應並硬化為一熱塑性樹脂，該熱塑性樹脂與該纖維增強材成型為一纖維複合材料。
其中，該熱塑性樹脂單體包含己內醯胺；以及該熱塑性樹脂包含尼龍。
其中，該活性成分包含一起始劑，該起始劑包含甲基丙烯酸異氰酸酯-已內醯胺。
其中，該起始劑接枝於一過渡基團表面並向外延伸呈現。
其中，該過渡基團包含聚苯乙烯。
其中，該纖維增強材包含碳纖維或玻璃纖維布。
其中，該有機殼層包含聚乙烯吡咯烷酮；以及該無機外包含二氧化矽。
藉由上述說明可知，本發明具有以下優點與有益功效：
1. 本發明以特殊的溫敏型核殼微球具有在溫度150度以上時破裂的特性，可以將其包覆的活性成分釋出，使RTM單體聚合反應可延後至灌注溶液浸潤均勻至模具中的纖維增強材後才發生，此方法可避免聚合固化提早進行，阻礙灌注的過程。
2. 本發明搭配纖維補強材能夠產出高含浸之熱塑碳纖複材，可調控的聚合反應發生時間點也可進而提高RTM製程穩定性，藉此提升聚合轉化率與產品外觀品質提升。
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些示例或實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖將本發明應用於其它類似情景。除非從語言環境中顯而易見或另做說明，圖中相同標號代表相同結構或操作。
應當理解，本文使用的“系統”、“裝置”、“單元”和/或“模組”是用於區分不同級別的不同組件、元件、部件、部分或裝配的一種方法。然而，如果其他詞語可實現相同的目的，則可通過其他表達來替換所述詞語。如本發明和請求項書中所示，除非上下文明確提示例外情形，“一”、“一個”、“一種”和/或“該”等詞並非特指單數，也可包括複數。一般說來，術語“包括”與“包含”僅提示包括已明確標識的步驟和元素，而這些步驟和元素不構成一個排它性的羅列，方法或者設備也可能包含其它的步驟或元素。
本發明中使用了流程圖用來說明根據本發明的實施例的系統所執行的操作。應當理解的是，前面或後面操作不一定按照順序來精確地執行。相反，可以按照倒序或同時處理各個步驟。同時，也可以將其他操作添加到這些過程中，或從這些過程移除某一步或數步操作。
＜溫敏型核殼微球＞
請參考圖1，其為本發明溫敏型核殼微球10的一較佳實施例示意圖，其為核殼型態並自內而外包含一活性成分11、一溫敏型複合殼層12包覆於該活性成分11外部。
該活性成分11包含一起始劑，例如甲基丙烯酸異氰酸酯-已內醯胺(2-(Methacryloyloxy)ethyl isocyanate ε-caprolactam, MOCC)。
該溫敏型複合殼層12自內而外包含一有機殼層121與一無機外殼122，該有機殼層121較佳實施例為聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone, PVP)，該無機外殼122較佳實施例為二氧化矽(SiO
2)。其中該溫敏型複合殼層12具有溫度敏感性，在溫度150
oC以上會破裂並將其內包覆的該活性成分11釋放出。
較佳地，該活性成分11於該溫敏型複合殼層12內部是接枝於一過渡基團13表面並向外延伸呈現，如圖1所示，該過渡基團13於本發明中較佳是聚苯乙烯(Polystyrene, PS)。
本發明在製造該溫敏型核殼微球10上，請參考圖2，以製造前述包覆MOCC活性成分11為例，首先取MOCC與苯乙烯單體進行分散聚合反應後，得到如圖2所示的MOCC-PS結構，且該MOCC是接枝於PS表面(即該過渡基團13)並向外延伸呈現。
接著再將MOCC-PS結構以乙醇(EtOH)/去離子(DI)溶液、氨水(NH
4OH)與四乙基氧基矽烷(Tetraethyl Silicate, TEOS)反應將該有機殼層121與該無機外殼122包覆於該MOCC-PS結構外部，形成本發明該溫敏型核殼微球10。
＜溫敏型核殼微球應用於RTM成型的方法＞
請參考圖3，本發明將前述該溫敏型核殼微球10應用於RTM成型方法，其步驟包含：
步驟S1：將一熱塑性樹脂單體、一催化劑以及前述該溫敏型核殼微球10以低於150
oC溫度混合為一灌注溶液；
步驟S2：將該灌注溶液注入預先鋪設有一纖維增強材的一封閉模具中，並將溫度升高至150
oC以上；以及
步驟S3：該溫敏型核殼微球10破裂並將內包覆的該起始劑釋放並與該熱塑性樹脂單體、該催化劑產生反應並硬化為一熱塑性樹脂，該熱塑性樹脂與該纖維增強材成型為一纖維複合材料。
此實施例以成型熱塑性樹脂尼龍(Polyamide, PA, Nylon)為例，可能是尼龍6或尼龍66，以己內醯胺作為該熱塑性樹脂單體、該催化劑與包覆有該活性成分11的該溫敏型核殼微球10於低於150
oC溫度混合為該灌注溶液，隨後將該灌注溶液灌注於預先鋪設該纖維增強材的該封閉模具中並將溫度升高至150
oC以上，因著溫度的升高，該溫敏型核殼微球10破裂並將其中的該活性成分11釋放後與己內醯胺單體與催化劑產生聚合反應，最終生成熱塑性尼龍樹脂並硬化，並與該纖維增強材成型為成品。
該纖維增強材較佳是碳纖維、玻璃纖維等增強無機纖維布。
本發明前述所提供的製程搭配纖維補強材能夠產出高含浸之熱塑碳纖複材，且透過該溫敏型核殼微球10的導入可調控的聚合反應發生時間點也可進而提高RTM製程穩定性，且經由測試可提升聚合轉化率(93%à97%)與產品外觀品質提升。
一些實施例中使用了描述成分、屬性數量的數字，應當理解的是，此類用於實施例描述的數字，在一些示例中使用了修飾詞“大約”、“近似”或“大體上”來修飾。除非另外說明，“大約”、“近似”或“大體上”表明所述數字允許有±20%的變化。相應地，在一些實施例中，說明書和請求項中使用的數值參數均為 近似值，該近似值根據個別實施例所需特點可以發生改變。在一些實施例中，數值參數應考慮規定的有效數位並採用一般位數保留的方法。儘管本發明一些實施例中用於確認其範圍廣度的數值域和參數為 近似值，在具體實施例中，此類數值的設定在可行範圍內盡可能精確。
最後，應當理解的是，本發明中所述實施例僅用以說明本發明實施例的原則。其他的變形也可能屬本發明的範圍。因此，作為 示例而非限制，本發明實施例的替代配置可視為與本發明的教導一致。相應地，本發明的實施例不僅限於本發明明確介紹和描述的實施例。
10:溫敏型核殼微球
11:活性成分
12:溫敏型複合殼層
121:有機殼層
122:無機外殼
S1-S3:步驟
本發明將以示例性實施例的方式進一步說明，這些示例性實施例將通過附圖進行詳細描述。這些實施例並非限制性的，在這些實施例中，相同的編號表示相同的結構，其中：
圖1為本發明溫敏型核殼微球一較佳實施例示意圖。
圖2為本發明製造該溫敏型核殼微球一較佳實施例流程圖。
圖3為本發明將該溫敏型核殼微球應用於RTM成型方法的步驟流程圖。
S1-S3:步驟
Claims (7)
- 一種溫敏型核殼微球應用於RTM成型的方法，其步驟包含：將一熱塑性樹脂單體、一催化劑以及一溫敏型核殼微球以低於150℃溫度混合為一灌注溶液，其中，該溫敏型核殼微球包含一活性成分以及一溫敏型複合殼層，其中該活性成分包含一起始劑，該溫敏型複合殼層包覆於該活性成分外部，且該溫敏型複合殼層自內而外包含一有機殼層與一無機外殼；將該灌注溶液注入預先鋪設有一纖維增強材的一封閉模具中，並將溫度升高至150℃以上使該該溫敏型複合殼層破裂；以及該溫敏型核殼微球中該起始劑釋放並與該熱塑性樹脂單體、該催化劑產生反應並硬化為一熱塑性樹脂，該熱塑性樹脂與該纖維增強材成型為一纖維複合材料。
- 如請求項1所述的溫敏型核殼微球應用於RTM成型的方法，其中，該熱塑性樹脂單體包含己內醯胺；以及該熱塑性樹脂包含尼龍。
- 如請求項1所述的溫敏型核殼微球應用於RTM成型的方法，其中，該起始劑包含甲基丙烯酸異氰酸酯-已內醯胺。
- 如請求項3所述的溫敏型核殼微球應用於RTM成型的方法，其中，該起始劑接枝於一過渡基團表面並向外延伸呈現。
- 如請求項4所述的溫敏型核殼微球應用於RTM成型的方法，其中，該過渡基團包含聚苯乙烯。
- 如請求項1、2、3或4所述的溫敏型核殼微球應用於RTM成型的方法，其中，該纖維增強材包含碳纖維或玻璃纖維布。
- 如請求項1、2、3或4所述的溫敏型核殼微球應用於RTM成型的方法，其中，該有機殼層包含聚乙烯吡咯烷酮；以及該無機外殼包含二氧化矽。
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