常用的高分子基材www.tool-tool.com

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基材 (matrix)在纖維複合材料中的主要功能是傳送應力，保護並固定纖維，使其避免直接的模擦及侵蝕。通常基材的選擇關係到複合材料將使用的溫度、所需的電氣特性、及使用環境侵蝕作用的大小等因素。常用的高分子基材依其化學特性可分為熱塑性塑膠(thermoplastic) 及熱固性塑膠(thermoset) 兩大類，本文僅就一般常用之高分子基材做介紹。

熱固性塑膠

不飽和聚酯樹脂(Unsaturated Polyester)

不飽和聚酯樹脂價格低，有良好的機械及電氣性質，能夠抗酸腐蝕。不飽和聚酯樹脂之聚合反應，需加硬化劑，經硬化劑之分解產生自由基而促使樹脂進行連結，而形成共聚合體。一般硬化劑的種類不同，其硬化程序可在室溫或高溫下進行，而其反應溫度則與硬化劑之分解溫度有關。

室溫硬化：
一般硬化反應在室溫下進行，可以省去加熱裝置，使大型物件製作上更為容易。但為便於儲存，硬化劑之分解溫度都較室溫為高，在室溫下不易進行分解，因此短時間內反應不易完成。此時可加入促進劑來加速反應。促進劑需加於樹脂中，經混合後再加入硬化劑，直接與硬化劑混合易造成過速反應，甚至導致爆炸。常用硬化劑有 MEKP。

高溫硬化：
樹脂與硬化劑混合後即進行加工，有些加工程序耗時較久，為防止樹脂在加工完前硬化，可使用高溫硬化之硬化劑，待加工最後階段再加溫促使反應進行，而完成硬化程序。常用硬化劑有BPO、TBPO。

使用上經常加入一些添加物，以達成不同的特性。

搖變劑(Thixotropy)

加入搖變劑後，於靜止狀態下樹脂黏度增加，以防止加工時樹脂流失，經攪拌後樹脂黏度可暫時下降以利纖維含浸樹脂。因此加工時，先攪拌樹脂使黏度下降，然後使將纖維含浸樹脂，而樹脂含浸於纖維內後，黏度增加，以防止流失。

防火劑

氫氧化鋁可增加防火性，但使樹脂黏度增加。

Low profile additives(LPA)

加入塑性塑膠粉，可以減少收縮，以改善材料表面平整度。常用的有聚乙烯、聚苯乙烯及聚酯類等。

增稠劑(thickening)

使用氫氧化物或鈣鎂氧化物以增加樹脂黏度，便利材料的傳遞，常用於模造成形如SMC及BMC。

環氧樹脂(Epoxy)

環氧樹脂中含有多個環氧乙烷基，環氧乙烷基是由一個氧及兩個碳所形成之環。常見的環氧樹脂有以下幾型：

BPA型的環氧樹脂是在鹼性鈉的環境下，將丙二酚A(BPA)與環氧 -1-2-綠-3-丙烷(EPI)反應所合成。由 BPA/EPI之不同比例，可製出不同分子量和環氧當量的液態或固態的BPA環氧樹脂。此型樹脂廣泛的使用在塗料、土木建築、電氣材料、及接著劑等。

酚醛型環氧樹脂(novolac)係將phenolic novolac 或 cresol novolac聚合而形成的樹脂，俱耐熱及耐藥品的特性，常用於IC封裝及積層板之改質劑。

氫化BPA型的環氧樹脂是將BPA型環氧樹脂，去除苯環之雙鍵後獲得，因此其耐候性良好。

溴化型環氧樹脂係指分子結構中的苯環含有溴，其他分子結構與BPA型相同，除具有BPA型之優良物性及電氣特性外，本身有耐燃性，因此廣泛的使用在積層板的製作上。

氨型環氧樹脂(amine type)具有四個環氧基，因此硬化後之架橋密度高，所以具有優良的機械性質。廣泛的使用在纖維強化複合材料的基材。

環氧樹脂的硬化劑有氨類、酸干類、甲醛類等，由於機械性質優良，廣泛的使用在高分子複合材料的基材中。

酚樹脂 (Phenolic)

酚類和甲醛反應形成酚樹脂或稱酚醛樹脂，反應時以酸或鹼當作催化劑，聚合物的化學組成跟所使用的催化劑及反應物的比例有關。酚醛樹脂具有良好的耐熱及耐腐蝕的特性，其安定性佳，低可燃性及吸濕性，並有優良的黏著性質。酚醛樹脂可製成預浸布，以製作疊層板。

Bismaleimide(BMI)

BMI的工作環境約在177到230°C，較環氧樹脂為高，具有良好的機械強度及勁度，但比環氧樹脂性脆，縮收率也較大。因耐熱性佳，在高性能戰機上應用逐漸顯著。

熱塑性塑膠

熱塑性塑膠在飛機上的使用已有一段時間，主要是在內裝及其他非結構性零組件。一般常用於複合材料基材的熱塑性塑膠以機械強度較佳為主，這類塑膠統稱為工程塑膠，工程塑膠有較高的熔點，其使用的溫度可從121°C到200°C。熱塑性塑膠為基材的複合材料其耐溼性佳，有良好的耐撞擊性質。而相對於熱固性塑膠的主要優點為成形速度快，及可回收再利用。一般熱塑性塑膠先以熱熔膠法或溶劑法將塑膠均勻散佈於纖維之間，以形成預浸布，爾後再經其他加工法加工成所需的形狀。

熱塑性塑膠分為兩大類，一為部份結晶塑膠，一為非結晶塑膠，其特性差別如下

部份結晶塑膠(semi- crystalline)

* 有固定熔點(melting point, Tm)。
* 溫度高於玻璃轉移溫度 (glass transition point, Tg)時，強度逐漸降低。
* 依結晶度的不同，材料的密度有少許變動。
* 機械性質與結晶度有關，而結晶度則依製造程序而定。

非結晶塑膠(amorphous)

* 並無固定熔點。
* 比結晶塑膠易溶於溶劑中。
* 製造上無需考慮結晶的問題，程序較為容易。
* 比結晶塑膠耐腐蝕性差。

常用的有如：

耐龍(Nylon)

聚苯乙烯(Polystyrene)

聚碳酸酯(Polycarbonate)

聚乙烯(Polyethylene)

聚丙烯 (Polypropylene)

乙烯類樹脂(Vinyl)

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