複合材料定義
- 廣義的複合材料(Composite Material)係指兩種以上材料結 合,形成一種根據兩總以上材料截長補短、產生性能更佳的材料。
- 製造飛機所使用複合材料則係以高強度纖維強化材 (Reinforcement)和基材(Matrix)固結形成, 除了將強化材固定使其得以發揮強度與 剛性外,並其有保護纖維、提供韌度與抗壓強度之功能。
- 先進複合材料所使用強化材料型式包括纖維粒子(Fiber Particle)或纖維(Fiber), 此外纖維材料 其有易撓曲、高強度、高剛性及低密度之特性,因此纖 維成為複合材料最普遍使用之強化材,常見高強度纖維 包括玻璃纖維(Fiberglass)、石墨(Graphite)纖維、克夫龍 (Keviar)纖維及硼(Boron)纖維等。
蜂巢式結構
合材料應用上,可區分為由多層纖維預浸材料逐一依特 定纖維方向疊製膠合而作的積層板構造(Laminate Construction)和由上、下面層及夾層巢心結構所構成之三 明治構造(一般稱蜂巢構造)。飛機上應用
目前航空飛機應用蜂巢式玻璃纖維地方：
- 鼻輪艙門
- 主輪艙門
- 渦輪發動機引擎罩
- 飛機主機翼後緣崁板結構內
- 飛機主機翼外側擾流板
- 飛機主機翼內側擾流板
- 方向舵結構內側
- 尾翼升降舵內側結構。
蜂巢式複合材料優點
- 具有極高強度與剛性重量比(Strength Stiffness/ Weight Ratio)
- 高抗疲勞(Fatigue)強度特性
- 複合材料不發生銹蝕腐化(Corrosion)
- 可做結構承受負載特性配置複合材料疊層,使結構承載效率大 為提高
- 可降低所需零件材料使用量
- 輕量化飛機結構,進而節省燃油損耗及提高飛機載重量
- 結構造型變化大時,製造上比較容易
蜂巢式複合材料缺點
- 材料成本高
- 純手工製造勞力密集
- 承壓強度(Bearing Strength)和積層間強度(Inter laminar Strength)較低。
- 生產過程中機械特性受溫度/濕度影響大。
- 複合材料結構強度、剛性及其他特性、檢查難度提高
- 與鋁合金搭配時, 鋁合金結構容易產生異常
- 當有破損需要修補時花費很長時間
- 需嚴謹控制製造環境與人為技術
纖維布特性與編織
纖維布複合材料製作與一般布匹相同,係將纖維股以經線方向(Warp Direction) 和緯線方向(Fill Direction)彼此垂直、相互 排列編織而成, 其目 的除提供部份橫向強度和剛性外,尚可固 定經線纖維使其不易分散。纖維布之編織種類纖維布依編織之鬆緊可分為各種不同編織型式
- 簡單編織法
- 四線編織法
- 五線編織法
- 八線編織法
預浸型纖維布
預浸型纖維布(PrepregFabric)當纖維布編織完成後,將纖維施以浸膠處理, 先塗覆樹脂,同時並將此樹脂作初步成化(Curing),這 種處理方式稱為B一階段(B-Stage)預浸型纖維布,B一 階段樹脂材料在室溫中會繼續反應成化,一旦成化固 結就無法再使用,因此需將預浸型纖維布儲存於冰箱 中以延緩樹脂成化反應速率。高強度纖維之種類
商用直升機常使用纖維強化複合材
- 玻璃纖維
- 黃色之克夫龍纖維
- 黑色之石墨纖維或碳纖維
- 混合結構
蜂巢巢心材料
蜂巢密度之特性如果構成蜂巢之材料相同時,蜂巢的強度取決於密度,高密度巢心 其蜂巢壁較厚 故強度較高,反之低密度蜂巢巢心其強度較低, 蜂巢巢心修補更換時,必需選擇與原設計相同材 質且密度相同之巢心替代,若無相同密度則可由 較高密度巢心取代。蜂巢夾心依材料可區分為金屬與非金屬兩大類, 依其構造又可區分為巢心構造(Honeycomb Core) 和實體夾心(Solid Core)
蜂巢依型分類
- 六角型蜂巢(Hexagonal Cell):此造型蜂巢結構最 強,然彈性、彎曲度較差,適合作為平面結構之 蜂巢件。
- 四角型蜂巢(Rectangular或Overexpanded Cell):此 型蜂巢結構較弱,但彈性和彎曲度較佳,可作為 曲面結構之蜂巢件。
- 鈴型蜂巢(Flexible ExpandedCell):此種蜂巢斷面 呈現鈴型(Bell)可作三度空間之彎曲,主要用於雷 達罩、鼻錐罩等曲率特大之曲面結構之蜂巢件。
高分子基材分析
- 熱塑性基材不產生化學反應,溫度達600°F~700°F 即融化,可製作所需工件,待基材冷卻後即變得非 常強韌、堅硬,如果欲改變工件形狀,則可將溫度 昇高使基材軟化重新加工,因此熱塑型樹脂為一可 重複使用材料,熱塑性複合材料並不適合作為結構 性構件,特別是高溫區域,因此一般航空器之複合 材料並不使用熱塑性基材。
- 熱固性基材成化實為一種化學反應,待基材成化 固結後就無法以加熱方式使其軟化,因此為一種不 可重複使用材料,熱固性樹脂之機械、物理特性極 佳,抗環境及化學性良好、因此為現代商用客機先 進複合材料所普遍使用之基材,其中環氧樹脂 (Epoxy)則為最常作為熱固性基材之材料。
資料來源：網路彙整
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