從SAMPE看先進複合材料的開發與應用(上)

 

刊登日期:2017/7/26
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陳世明/工研院材化所

前言
由尖端材料與製造工程北美協會(Advancement of Material and Process Engineering;SAMPE)所主辦的SAMPE 2017是一匯聚先進材料和工藝的技術會議和展覽會。今年的與會者來自26個國家,有超過200篇技術論文發表,並有254家公司參展,本文特別重點整理展會/研討會相關內容,以分享國內關心先進複合材料發展的讀者朋友。

2017 Lubin Award Winner
2017年的盧賓獎(Lubin Award)得主是查爾斯·布朗寧Charles E. Browning博士。盧賓獎以尖端強化塑料的創始人喬治·盧賓(George Lubin)的名字命名,這是因為喬治·盧賓對先進複合材料的開發和應用有傑出之貢獻。該獎項是SAMPE之最高榮譽,用於認可對尖端材料和工藝工程領域作出重大貢獻的個人。

查爾斯·布朗寧博士是國際公認高級複合材料技術的專家。他是美國國防及航空航太工業的主要貢獻者。通過管理,他規畫了從1983年到2005年間共22年期間的投資策略,使美國空軍能夠體認及實現先進複合材料在F-16,B-1,B-2,F-22和F-35之應用。他在複合材料加工、熱塑性塑料、高溫聚醯亞胺和複合材料能力方面的投資,為美國空軍提供了顯著的戰爭能力。此外,通過航空航太工業及空軍飛機使用複合材料的信心,使複合材料也應用於民用飛機上,如波音787的商用飛機就是一個非常具代表性之案例。

重點主題演講
Blue Origin致力於航空器發展
演講者:羅布·邁耶森,藍色起源(Blue Origin)總裁
Blue Origin是由Amazon.com創始人傑夫·貝佐斯(Jeff Bezos)設立的美國私人航太製造商和服務公司,總部位於華盛頓州肯特。該公司的目標是開發可大幅降低成本並提高將人員安全送至太空之技術。藍色起源採用了次軌道到軌道飛行的漸進式方法,每個發展步驟都建立在其先前的工作基礎之上。藍色起源開發了進入次軌道和軌道太空間之各種技術,重點是火箭式垂直起飛和垂直著陸(VTVL)載具。

傑夫・貝佐斯(Jeff Bezos)在2017年3月公佈了Blue Origin的首支組裝 BE-4 發動機(如圖一)。根據 Blue Origin 官網報導,BE-4 火箭的開發是努力結束美國對俄羅斯製造的 RD-180 發動機依賴的一部分。該網站稱,BE-4 發動機開發了四年,預計將在 2019 年執行飛行任務。

貝佐斯並在2017年4月的第33屆太空研討會(Space Symposium)中宣布,他將賣出價值10億美元(約新台幣307億元)的亞馬遜股票,用於資助他個人投資的太空企業「藍色起源(Blue Origin)」,最快在明年實現太空旅行!

圖一、Blue Origin的首支組裝BE-4發動機
圖一、Blue Origin的首支組裝BE-4發動機

TenCate的TENCATE Cetex®熱塑性複合材料
TenCate公司之Cetex商標熱塑性複合材料是熱塑性先進複合材料供應商中公認的行業領導品牌之一。Cetex熱塑性複合材料具有:工藝的穩健性、耐衝擊性、阻燃性、耐濕性、耐溶劑性及可回收或重新成型等特性,被廣泛應用於結構材,如商用飛機之內飾以及各種工業應用,如汽車(圖二~三)。

圖三、一次成型之Cetex®熱塑性複合材料汽車件
圖三、一次成型之Cetex®熱塑性複合材料汽車件

Cetex ®纖維熱塑性複合材料包括一定含量的纖維和樹脂的組合,以提供各種高性能航空太空應用。目前可提供之樹脂系統包括PEEK、PPS、PEKK和PEI(聚醚醯亞胺),包含了預浸料、半浸料和積層體等形式。PEEK、PEKK以及PPS特別適用於一次和次級結構之應用,其可提供優良的韌性和耐化學性,應用包括飛行控制及檢修門板、機翼前緣、機身托架、地板、座位和貨物圍護系統等。另外Cetex ®也有用於工業應用的熱塑性複合材料,其使用一般工程級熱塑性塑料,如尼龍、聚乙烯、聚丙烯、PET和聚碳酸酯、 ABS等。這些材料通常是單向三英寸寬度之帶狀形式。

Oxeon AB公司的Spread tow fabric for ultra light composites
Oxeon AB 生產之商標TeXtreme®超薄布乃利用碳纖維絲束展纖技術製作而成之補強纖維材料(圖四),可以用來生產超輕型優化的複合材料。展纖技術是將纖維束分散展開成薄層(非常薄的紗帶)後形成編織結構或單向(UD)之型態,其製作之複合材料較傳統複合材料具有較好的機械和輕薄化性能(圖五),這是由於---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

圖五、TeXtreme®碳纖維展纖之優點及與傳統預浸材料帶之型態示意圖比較
圖五、TeXtreme®碳纖維展纖之優點及與傳統預浸材料帶之型態示意圖比較

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