本實(shí)用新型系有關(guān)于一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，特別是指一種具有金屬特性的單一纖維預(yù)浸材料，該單一材料的整體結(jié)構(gòu)能夠有效降低不同材質(zhì)間在環(huán)境溫度影響下，膨脹系數(shù)極大差異所造成的內(nèi)應(yīng)力結(jié)合性松動與位移性的破壞，及能夠承受應(yīng)用于產(chǎn)品時(shí)的機(jī)械加工如：鉆孔、鉚釘接合時(shí)所形成破孔處連續(xù)纖維斷裂的結(jié)構(gòu)性破壞，以及有利于產(chǎn)品表面金屬加工優(yōu)質(zhì)化處理。

背景技術(shù)：

按，復(fù)合材料為金屬材料、碳纖維材料或玻璃纖維材料等兩種或兩種以上的材料經(jīng)過復(fù)合工藝而制備的材料，各種材料在性能上互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于單一組成材料，而滿足各種不同場合的應(yīng)用要求。傳統(tǒng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(Fiber Metal Laminate Structures；FML Structures)由多層纖維堆疊的纖維預(yù)浸素材，其為了利于產(chǎn)品應(yīng)用端的機(jī)械加工處理如：鉆孔、鉚釘接合、鎖螺絲、焊接等，基本上在該纖維預(yù)浸素材上外加一厚金屬層，使成為具有金屬特性的單一纖維預(yù)浸材料，藉由該具有金屬特性的單一纖維預(yù)浸材料，提供具有韌性高、耐沖擊性、抗彎曲，且同時(shí)具抗腐蝕、隔熱、隔音、耐震性、耐高低溫等諸多特點(diǎn)。

傳統(tǒng)該具有金屬特性的單一纖維預(yù)浸材料已被廣泛使用在各大行業(yè)領(lǐng)域，如航空航天、汽車、運(yùn)動器材、電子產(chǎn)品、建筑等。然而，由于該具有金屬特性的單一纖維預(yù)浸材料雖具有極佳的物理與化學(xué)特性，但整體結(jié)構(gòu)卻存在瑕疵，如圖1所示，傳統(tǒng)具有金屬特性的單一纖維預(yù)浸材料5為一種具有復(fù)數(shù)纖維堆疊之纖維層與外加單一厚金屬層復(fù)合一體的結(jié)構(gòu)(FML Structures)，其是由具有復(fù)數(shù)纖維堆疊之纖維層51外加具有相當(dāng)強(qiáng)度及厚度的單一厚金屬層52組固一體而成，應(yīng)用上視需要將單一纖維預(yù)浸材料5以多層堆疊，藉該金屬層52的金屬特性提供有利于進(jìn)行機(jī)械加工處理，如：鉆孔、鉚釘接合、鎖螺絲、焊接等應(yīng)用，惟，該纖維層51雖能夠藉多方向性堆疊實(shí)現(xiàn)出色的徑向抗拉強(qiáng)度，但其在軸向機(jī)械加工的承受度方面卻不可行，一旦須進(jìn)行機(jī)械加工處理，如：鉆孔、鉚釘接合、鎖螺絲、焊接等應(yīng)用時(shí)，因無法承受加工件(如鉚釘、鎖螺絲)以軸向打入的穿刺力道，而在互相堆疊的纖維層51刺穿點(diǎn)周圍，因連續(xù)纖維斷裂，而產(chǎn)生斷裂或脆裂的纖維破壞，造成不可逆的結(jié)構(gòu)性破壞，而使得相互間的結(jié)合性變?nèi)趿钫w強(qiáng)度也變?nèi)酢?/p>

此外，該纖維層51與外加該單一厚金屬層52組固一體，其結(jié)合面極容易在環(huán)境溫度影響下，因不同材質(zhì)之膨脹系數(shù)的極大差異，所造成內(nèi)應(yīng)力影響，而發(fā)生相互接合面的松動影響到相互間的結(jié)合穩(wěn)固性，更甚者會造成相互剝離現(xiàn)象，造成不可逆的結(jié)構(gòu)破壞。

有鑒于此，本發(fā)明人乃秉持從事該項(xiàng)業(yè)務(wù)多年之經(jīng)驗(yàn)而了解到以往復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上的之美中不足之處并嘗試找出其問題癥結(jié)所在，經(jīng)多方探討，詳加設(shè)計(jì)且審慎評估后，最終提出一套創(chuàng)新且可行之法，能夠達(dá)到在單一厚金屬層的相同厚度規(guī)格下，將該厚金屬層薄型化后，以交錯(cuò)層疊方式與復(fù)數(shù)纖維堆疊一體，強(qiáng)化整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及韌度，以提升產(chǎn)品應(yīng)用質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型之目的，即在于提供一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，乃系提供一種具有金屬特性的單一纖維預(yù)浸材料，該單一材料藉具有金屬的特性不但強(qiáng)化整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，能夠承受應(yīng)用于產(chǎn)品時(shí)的機(jī)械加工所形成鉆孔處連續(xù)纖維斷裂的不可逆結(jié)構(gòu)性破壞，且能夠降低金屬層與纖維層間，在環(huán)境溫度影響下因不同材質(zhì)之膨脹系數(shù)極大差異，所造成內(nèi)應(yīng)力結(jié)合性松動與位移性破壞，并且能夠有利于產(chǎn)品表面金屬外觀優(yōu)質(zhì)化質(zhì)感效果。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，系指一種具有金屬特性的單一纖維預(yù)浸材料，該單一材料包括：復(fù)數(shù)纖維堆疊之纖維層及金屬層，其特征在于：該金屬層包含相同(或不同)的復(fù)數(shù)金屬材，以交錯(cuò)層疊方式與該復(fù)數(shù)纖維堆疊一體，形成與傳統(tǒng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(FML Structures)在同樣具有復(fù)數(shù)纖維堆疊之纖維層及外加單一厚金屬層的相同厚度規(guī)格下，具有復(fù)數(shù)金屬材和復(fù)數(shù)纖維交錯(cuò)堆疊的結(jié)構(gòu)型態(tài)。

附圖說明

圖1為習(xí)知具有金屬特性的單一纖維預(yù)浸材料以兩個(gè)材料堆疊的立體圖。

圖2為本實(shí)用新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)之第一實(shí)施例以兩個(gè)材料堆疊的立體圖。

圖3為本實(shí)用新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)之第一實(shí)施例以兩個(gè)材料堆疊后的示意圖。

圖4A與圖4B分別為習(xí)知復(fù)合材料與本實(shí)用新型復(fù)合材料于進(jìn)行機(jī)械加工之鉆孔處理后的比較圖。

圖5為本實(shí)用新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)之第二實(shí)施例剖面圖。

附圖標(biāo)記包括：

1，1’，5-單一纖維預(yù)浸材料 2，2’，51-纖維層

3，3’，52-金屬層 20，20’-復(fù)數(shù)纖維

30，31’-金屬材 20a，30a，51a-刺穿點(diǎn)周圍

60，61-鉆孔

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。

請參閱圖2及圖3為本實(shí)用新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)之第一實(shí)施例，如圖2所示，本實(shí)用新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)系指一種具有金屬特性的單一纖維預(yù)浸材料1，該單一纖維預(yù)浸材料1包括：纖維層2及金屬層3，其中該纖維層2具有復(fù)數(shù)纖維20，該復(fù)數(shù)纖維20系選自碳纖維(Carbon Fiber)、玻璃纖維(Glass Fiber)或芳香族聚酰胺類纖維(Kevlar；Twaron)之復(fù)合材料之一種，且每一層纖維20皆均勻含浸有熱固性樹脂(Thermoset)或熱塑性樹脂、熱塑性塑料(Thermoplastic)，且實(shí)際實(shí)施時(shí)，采用的復(fù)數(shù)纖維20可以為相同或不同等級的拉伸強(qiáng)度(Tensile Strength)及拉伸模量(Tensile Module)。該金屬層3包含復(fù)數(shù)相同金屬材30，其系選自鈦、鈦合金、銅、鋼、鋁、鋁合金、鎂鋁合金之一種。本實(shí)用新型之特征在于將該每一相同金屬材30以交錯(cuò)層疊方式與該復(fù)數(shù)纖維20堆疊一體，形成與傳統(tǒng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(FML Structures)同樣具有復(fù)數(shù)纖維堆疊之纖維層及外加單一厚金屬層的相同厚度規(guī)格下，具有復(fù)數(shù)金屬材30和復(fù)數(shù)纖維20交錯(cuò)堆疊的結(jié)構(gòu)型態(tài)，換言之，本實(shí)用新型單一纖維預(yù)浸材料1所形成的結(jié)構(gòu)型態(tài)，是在傳統(tǒng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(FML Structures)同樣相同厚度規(guī)格下，具有復(fù)數(shù)薄型化金屬材30和復(fù)數(shù)纖維20交錯(cuò)堆疊的結(jié)構(gòu)型態(tài)，藉如是結(jié)構(gòu)型態(tài)能夠?qū)⒔饘賹?與纖維層2間在環(huán)境溫度影響下，因不同材質(zhì)之膨脹系數(shù)極大差異，所造成的內(nèi)應(yīng)力，而使得相互接合面的結(jié)合性松動與位移性的破壞有效降低，藉以提升復(fù)合材料結(jié)構(gòu)之整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

請續(xù)參閱圖4A、圖4B為傳統(tǒng)單一纖維預(yù)浸材料5與本實(shí)用新型單一纖維預(yù)浸材料1各以兩層堆疊，并進(jìn)行機(jī)械加工之鉆孔處理后的比較圖，如圖所示，在同樣相同厚度規(guī)格下，傳統(tǒng)單一纖維預(yù)浸材料5(圖4A)雖然具有復(fù)數(shù)纖維層51與外加單一厚金屬層52組固一體而成，但是，經(jīng)鉆孔60后無法承受加工件(如：鉆孔、鉚釘接合、鎖螺絲、焊接等)以軸向打入的穿刺力道，而在互相堆疊的纖維層51刺穿點(diǎn)周圍51a因連續(xù)纖維斷裂，而產(chǎn)生斷裂、脆裂的破壞，造成不可逆的結(jié)構(gòu)性破壞，而使得相互接合面的結(jié)合性變?nèi)?，令整體強(qiáng)度也變?nèi)?。而反觀本實(shí)用新型單一纖維預(yù)浸材料1(圖4B)在與傳統(tǒng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(FML Structures)同樣相同厚度規(guī)格下，因?yàn)檎麄€(gè)結(jié)構(gòu)型態(tài)不同，由復(fù)數(shù)金屬材30和復(fù)數(shù)纖維20交錯(cuò)堆疊強(qiáng)化整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因而，經(jīng)鉆孔61后被軸向打入的穿刺力道的每一層纖維20的刺穿點(diǎn)周圍20a，皆能夠因?yàn)榻饘俨?0乃為等方向性材質(zhì)，不受鉆孔刺穿影響，而能夠在金屬材30的穿刺點(diǎn)周圍30a上下組固一體支撐夾持下，將每一層纖維20的纖維即使在斷裂處也能夠形成有效的組固一體支撐夾持效果，有效降低由上方穿透所產(chǎn)生的軸向破壞力，且均勻分配承受，因此對于相互間的結(jié)合性及整體強(qiáng)度的影響有效降低，而能夠解決傳統(tǒng)在機(jī)械加工處理，如：鉚釘接合，或鉆孔、鎖螺絲等應(yīng)用時(shí)，僅以纖維層51及外加單一厚金屬層52由于在纖維層51因連續(xù)纖維斷裂，因無法承受軸向的結(jié)構(gòu)破壞情形，而造成不可逆的結(jié)構(gòu)性破壞，使其達(dá)到具有金屬特性的單一纖維預(yù)浸材料整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)化效果。

本實(shí)用新型所提供的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)實(shí)際生產(chǎn)能夠依照不同尺寸的需求，以大尺寸做成成卷的纖維預(yù)浸布，或者是以小尺寸作成類似膠帶(tapes)的成卷纖維預(yù)浸膠帶(Towpreg)，而能夠使得產(chǎn)品應(yīng)用端視產(chǎn)品所需規(guī)格進(jìn)行選擇。

請參閱圖5為本實(shí)用新型第二實(shí)施例，本實(shí)施例之復(fù)合材料結(jié)構(gòu)1’與第一實(shí)施例所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)1大致相同，同樣為纖維層2’及金屬層3’交錯(cuò)堆疊的結(jié)構(gòu)型態(tài)，其中該纖維層2’具有復(fù)數(shù)纖維20’；該金屬層3’包含復(fù)數(shù)不相同金屬材31’，該金屬層3’藉不相同金屬材31’的不同金屬特性，能夠配合實(shí)際所應(yīng)用產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需求來采用，一旦與復(fù)數(shù)纖維20’交錯(cuò)堆疊一體后，更加使得整體的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，如是，與傳統(tǒng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(FML Structures)單一纖維預(yù)浸材料5結(jié)構(gòu)型態(tài)(圖4A具有復(fù)數(shù)纖維層51與外加單一厚金屬層52)比較，同樣能夠?qū)⒃摾w維層2’及金屬層3’間在環(huán)境溫度影響下，因不同材質(zhì)之膨脹系數(shù)極大差異，所造成的內(nèi)應(yīng)力影響，而發(fā)生相互接合面的結(jié)合性松動與位移性的破壞有效降低，藉以提升復(fù)合材料結(jié)構(gòu)之整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并且同樣能夠利于所應(yīng)用之產(chǎn)品的機(jī)械加工處理，如：鉆孔、鉚釘接合、鎖螺絲、焊接等，以及利于所應(yīng)用產(chǎn)品的表面金屬外觀優(yōu)質(zhì)化質(zhì)感效果。

如前所述，本實(shí)用新型于第一、第二實(shí)施例所介紹之復(fù)合材料結(jié)構(gòu)均為復(fù)數(shù)纖維與復(fù)數(shù)金屬材的交錯(cuò)層疊設(shè)置，當(dāng)交錯(cuò)層疊時(shí)令該金屬材位于最外層的表面，則有利于進(jìn)行金屬表面機(jī)械加工處理，使得所應(yīng)用的產(chǎn)品表面能夠具有噴紗處理、陽極處理、鏡面拋光、鍍膜、發(fā)絲紋路等金屬表面處理特性，有利于產(chǎn)品做金屬表面加工優(yōu)質(zhì)化的效果，此乃一般傳統(tǒng)纖維只能用噴漆或烤漆做表面加工所無法達(dá)到的真正金屬質(zhì)感。

惟，以上所述，僅為本實(shí)用新型最佳之一的具體實(shí)施例之詳細(xì)說明與圖式，惟本實(shí)用新型之特征并不局限于此，并非用以限制本實(shí)用新型，本實(shí)用新型之所有范圍應(yīng)以下述之申請專利范圍為準(zhǔn)，凡合于本實(shí)用新型申請專利范圍之精神與其類似變化之實(shí)施例，皆應(yīng)包含于本實(shí)用新型之范疇中，任何熟悉該項(xiàng)技藝者在本實(shí)用新型之領(lǐng)域內(nèi)，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利范圍。