纖維複合材料—輕量化高強度的最佳選擇

 

刊登日期:2017/3/5
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【專題導言】

纖維複合材料主要由連續相的基材(Matrix)與補強材(Reinforcement)所組成,其中常見的加強材有玻璃纖維(Glass Fiber)、克維拉纖維(Kevlar)及碳纖維(Carbon Fiber),而基材則包括熱固性及熱塑性的高分子材料。熱固性樹脂如環氧樹脂(Epoxy)、酚醛樹脂(Phenolic)、不飽和聚酯樹脂(Unsaturated Polyester);熱塑性樹脂如聚丙烯(PP)、聚碳酸脂(PC)、尼龍(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚二醚酮(PEEK)等。在循環經濟的要求下,為了縮短製程時間,熱塑纖維複材是未來的發展趨勢。根據Frost & Sullivan的調查資料,2015年輕量化材料市場規模為1,166億美元,市場年成長率13%,預計至2019年市場規模將超過2,000億美元。

材化所的輕量化穿戴式輔具結構設計與製程技術,以輕量化的碳纖維外骨骼結構設計,將異向性碳纖複材之纖維安排於最有效率的方向與空間位置,並利用複合材料易於成型複雜結構特性,設計模組化一體成型結構,設計兼具低模具費用、低加工量、低設備投資之新製程,並採用預浸材料製程以得到高品質成品,同時開發金屬/碳纖異質接合技術,與機械所共同實現可調式機構及驅動系統整合設計。藉由模組化設計達到符合90%使用者需求及有效降低成本,機器人骨架結構重量由20 kg降低至5 kg,馬達等部分動力組件少50%以上的重量,並降低運轉時的噪音。此外,開發一種水性高分子改質劑作為碳纖維表面處理用,不需先去除纖維表面原有漿料,而直接塗覆於市售碳纖維紗束或編織布上,提高碳纖維與熱塑樹脂間的接著力,目前初步使用於行李箱,未來將陸續應用於鞋子大底、汽車部件等。

本技術專題將介紹「奈米碳纖維制振複材與應用」、「纖維複合材料設計與力學模擬」、「從國內軌道車輛運輸市場看FRP產業之發展與商機」、「碳纖維複合材料壓縮強度量測方法之探討」等。希望藉由本技術專題引發讀者對纖維複合材料有更深的了解,加速輕量化纖維複合材料的產業應用。


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