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尖端復(fù)合材料(Material)在航天上的應(yīng)用,以使用預(yù)浸材疊層的制作方法為主。碳纖維配件“外柔內(nèi)剛”,質(zhì)量比金屬鋁輕,但強(qiáng)度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國(guó)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?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,是新一代增強(qiáng)纖維。此一方法是將預(yù)浸材仔細(xì)疊層后,加壓及加溫將材料固化,以形成復(fù)合材料。其成型的主要步驟(procedure)詳述如后。
預(yù)浸材疊層的方法所使用的材料為各種預(yù)浸材,預(yù)浸材為長(zhǎng)纖維及樹(shù)脂(Resin)的混合物,通常是將樹(shù)脂均勻(jūn yún)的涂包在長(zhǎng)纖維上,而長(zhǎng)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(qiáng)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(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成,經(jīng)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(shù)脂容易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)(Chemical reaction),因此,都儲(chǔ)存在低溫的環(huán)境中,直到疊層完畢后,再加溫使樹(shù)脂反應(yīng)固化。預(yù)浸材常見(jiàn)的商業(yè)產(chǎn)品(Product),有單向或雙向編織的玻璃材質(zhì)或碳(C)纖維,而含浸的樹(shù)脂則以環(huán)氧(Oxygen)樹(shù)脂(Epoxy resin)為主。
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于復(fù)合材料(Material)的成型上,是將預(yù)浸材依設(shè)計(jì)上纖維的方向,加以裁減,然后一層一層貼在模具(稱號(hào):工業(yè)之母)上,并加上包裝后,即可進(jìn)行固化。碳纖維生產(chǎn)具有許多優(yōu)良性能,碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高,密度低、比性能高,無(wú)蠕變,非氧化環(huán)境下耐超高溫,耐疲勞性好,比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性,耐腐蝕性好,X射線透過(guò)性好。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性好等。預(yù)浸材中樹(shù)脂(Resin)的包含比重通常過(guò)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(shí),需加壓以將多余的樹(shù)脂擠出,并同時(shí)將空氣帶出。而固化時(shí)的包裝,即是為了此一目的。
預(yù)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(yù)浸材疊層之上下,用以保護(hù)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(wú)黏接組裝的必要,亦可省去。peel ply可採(cǎi)用耐龍或玻璃材質(zhì)的編織(to braid)纖維布。
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2. separator: 為多孔性的材料(Material)品質(zhì),置于peel ply之上,可允許多余樹(shù)脂通過(guò)(tōng guò),并防止成型后的復(fù)合材料與其他物質(zhì)相黏,而易于取出。
3. bleeder: 玻璃材質(zhì)編織(to braid)纖維布所構(gòu)成,置于separator之上,可吸收多余的樹(shù)脂(Resin)。使用層數(shù)的多寡,視預(yù)浸材疊層的厚度,及多余樹(shù)脂的量 來(lái)決定。
4. barrier: 置于bleeder與breather之間,防止樹(shù)脂流入breather之中。
5. breather and vacuum bag: vacuum bag封裝整個(gè)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(cè)邊防漏的金屬塊。
預(yù)浸材經(jīng)疊層于模具(稱號(hào):工業(yè)之母)上并包裝后,即可進(jìn)行加壓加溫固化。
對(duì)于簡(jiǎn)單的平板結(jié)構(gòu),可直接置于熱壓機(jī)上來(lái)成型。
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