纖維複合材料www.tool-tool.com

複合材料種類繁多，其中應用廣者，當屬纖維補強之高分子複合材料，而其基本的組成為纖維及高分子基材 。纖維是決定複合材料機械性質的主要因素，用以承受主要負載，限制微裂紋延伸，提高材料剛性與抗疲勞及潛變性能等，高分子一般分為熱塑性塑膠(thermoplastic)及熱固性塑膠(thermoset)兩大類，而纖維則有不同的材料及形式，常用的有玻璃纖維、碳纖維、Ｋevlar纖維、硼纖維、及碳化矽纖維幾種，形式上有短纖、連續長纖、編織纖維、及粉狀纖維等。在航太工業的應用上，因為對於材料強度的要求較高，所以在強化纖維的選擇上，通常以連續長纖為主。

熱塑性塑膠

常溫下為固體的高分子塑膠，但加熱加壓後軟化或熔解，並能流動成形，冷卻時會回到原來的固體狀態，而此種作用可以重覆發生。熱塑性塑膠內部的高分子鏈為線性，在加熱過程中，會產生相互移動而使材料軟化。如 Nylon,PP,PBT,PPO,PC,ABS,PVC 等均屬於熱塑性塑膠。

熱固性塑膠

由分子鏈交鏈形成三度空間固體結構的塑膠，稱為熱固性塑膠。此種材料加熱加壓後，並不會軟化或熔解，因此無法製成所要之形狀。所以在製造上是採用未形成高分子塑膠的液態樹脂，於流動成形後，以促進劑或觸媒促使樹脂反應形成交鏈分子鏈的高分子固體。部份樹脂系統於反應時需要加熱。如不飽和聚酯樹脂，環氧樹脂，酚樹脂等，均為可形成熱固性塑膠的熱固性樹脂。

玻璃纖維

常用的玻璃纖維一般可分為E-glass、S-glass、C-glass三種：
E-glass: 為鈣-硼矽玻璃纖維，用於一般之補強塑膠，電氣性質甚為優良。
S-glass: 具高強度及高彈性係數，用於太空方面，與E-glass比較，比重小約2%，抗拉力約大35%，而彈性係數約大20%。
C-glass: 為鈉-鈉-硼矽玻璃纖維，耐化學品侵蝕的性質優良，適合於耐腐蝕性之纖維複合材料製品。

　

碳纖維

纖維其含碳量在99%以上者稱為石墨纖維，若在93%-95%之間，則稱為碳纖維。一般是在高溫下，以熱分解的方式將預形體(precursor)碳化成碳纖維。預形體的材質有嫘縈(rayon)、聚丙烯睛(PAN)纖維、及瀝青(pitch)，而PAN系列碳纖維為目前商業化的主流。

嫘縈(rayon)

最早用來製作碳纖維的原料。

聚丙烯睛(PAN)纖維

成本比嫘縈絲低，製作的碳纖維在抗拉強度可達 2.4GPa~3.1 GPa，彈性率 0.2~0.5 GPa。

瀝青(pitch)

若將等向性分子瀝青直接做成碳纖維，因分子不具方向性，所以機械性質低，用途有限。如果在 400℃~450℃ 的惰性氣體中長期處理，可將瀝青轉換成液晶瀝青(liquid crystal)的形態，因具有優勢的分子順向排列，可製成高性能的碳纖維。

　

Kevlar纖維

Kevlar為商業化的芳香聚醯銨纖維，為人造的有機纖維。具低密度、高強度、及低成本。一般而言與高分子基材的相容性不佳，因此製成的複合材料抗壓強度較低。常用的有 Kevlar 29 及 Kevlar 49。

　

硼纖維

幾乎所有的硼纖維都用來製作硼/環氧樹脂複合材料，硼纖維是用化學氣相沉積法將硼沉積於鎢絲上，鎢絲表面和硼反應後其直徑約17.5 mm，而硼纖維的直徑約 100 mm，如下圖所示。因為硼纖維的製作成本遠高於碳纖維，因此在高分子複材方面，幾乎為碳纖維所取代。

　



碳化矽纖維

碳化矽纖維亦是由化學氣相沉積法製成，其直徑約140mm。因為碳化矽纖維能承受較高的溫度，在 1000 ℃ 左右還能保持約50%的強度，所以大部份都使用在金屬基的鋁或鈦合金複合材料上。

引用出處：

http://www.iaa.ncku.edu.tw/~young/pccl/cha3.html

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