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尖端復合材料(Material)在航天上的應用,以使用預浸材疊層的制作方法為主。碳纖維配件“外柔內剛”,質量比金屬鋁輕,但強度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼備紡織纖維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。此一方法是將預浸材仔細疊層后,加壓及加溫將材料固化,以形成復合材料。其成型的主要步驟(procedure)詳述如后。
預浸材疊層的方法所使用的材料為各種預浸材,預浸材為長纖維及樹脂(Resin)的混合物,通常是將樹脂均勻(jūn yún)的涂包在長纖維上,而長纖維可是單向的,或是雙向編織(to braid)的。碳纖維配件一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成,經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。在室溫下,此一材料通常具有一些黏性,并且樹脂容易產生化學反應(Chemical reaction),因此,都儲存在低溫的環境中,直到疊層完畢后,再加溫使樹脂反應固化。預浸材常見的商業產品(Product),有單向或雙向編織的玻璃材質或碳(C)纖維,而含浸的樹脂則以環氧(Oxygen)樹脂(Epoxy resin)為主。
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于復合材料(Material)的成型上,是將預浸材依設計上纖維的方向,加以裁減,然后一層一層貼在模具(稱號:工業之母)上,并加上包裝后,即可進行固化。碳纖維生產具有許多優良性能,碳纖維的軸向強度和模量高,密度低、比性能高,無蠕變,非氧化環境下耐超高溫,耐疲勞性好,比熱及導電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數小且具有各向異性,耐腐蝕性好,X射線透過性好。良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等。預浸材中樹脂(Resin)的包含比重通常過高,而且于疊層中容易將空氣夾于層更層之間,因此,在固化的同時,需加壓以將多余的樹脂擠出,并同時將空氣帶出。而固化時的包裝,即是為了此一目的。
預浸材疊層包裝中,各種材料(Material)有不同的用途。分述如下:
1. peel ply: 置于預浸材疊層之上下,用以保護成型后的合材料(Material)表面, 免于遭受感染,通常于黏接組合安裝或噴漆前脫離。如無黏接組裝的必要,亦可省去。peel ply可採用耐龍或玻璃材質的編織(to braid)纖維布。
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2. separator: 為多孔性的材料(Material)品質,置于peel ply之上,可允許多余樹脂通過(tōng guò),并防止成型后的復合材料與其他物質相黏,而易于取出。
3. bleeder: 玻璃材質編織(to braid)纖維布所構成,置于separator之上,可吸收多余的樹脂(Resin)。使用層數的多寡,視預浸材疊層的厚度,及多余樹脂的量 來決定。
4. barrier: 置于bleeder與breather之間,防止樹脂流入breather之中。
5. breather and vacuum bag: vacuum bag封裝整個組合安裝,以便抽取真空。而breather置于vacuum bag之下,形成真空抽取的通道。
6. dam: 側邊防漏的金屬塊。
預浸材經疊層于模具(稱號:工業之母)上并包裝后,即可進行加壓加溫固化。
對于簡單的平板結構,可直接置于熱壓機上來成型。
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