複合媒材層積成型 授課導師：郭鶴琳 10313425 張伶憶 10313436 何宛鈺 10313437 孫臆婷 10313448 許榮欣 10313466 許瑜珊 10313476 周思妤 授課導師：郭鶴琳

目錄 ㄧ、何為複合材料？ 二、何為層積成型？ 三、複合材料積層 四、替代及競爭工法-熱壓成型 五、替代及競爭工法-纖維纏繞 六、替代及競爭工法-木質薄片積層 七、影片賞析

複合材料 複合材料，是以兩種或以上不同性質材料，通過物理或化學的方法，組成具有新性能的材料，使其綜合之性質同時兼具其組成之成分材料的一些性質上的優點，而避免組成之成分材料的缺點。 複合材料基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化矽纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質細粒等。 纖維複合材料 填充式骨質複合材料 片狀複合材料 粒子複合材料 層狀複合材料

層積成型-擠製成形法 PE積層器的構造略圖 積層是將形模擠出的熔融模覆於紙、玻璃紙、鋁箔等基材上。 連續製造複合模。

主要提供強度或一些特殊性質，其形狀可是纖維狀、顆粒狀、板狀 複合材料積層-種類 強化材 主要提供強度或一些特殊性質，其形狀可是纖維狀、顆粒狀、板狀

是用來強化相結合再一起，除了黏結效果外，可能會有其他特別性能，如韌性、保護強化材等 複合材料積層-種類 基材 是用來強化相結合再一起，除了黏結效果外，可能會有其他特別性能，如韌性、保護強化材等

複合材料積層-種類 結合材 分類上有兩種方法，一種是以強化材的形狀來分類，如粒子複合材料、纖維複合材料和板狀複合材料。另一種分類方法是以基材種類來分，有塑膠基複合材料、金屬基複合材料、陶瓷基複合材料三大類。

複合材料積層-一般應用 越來越廣泛，包括賽車，船體，飛機和家具的結構框架 航空航天領域 復合材料熱穩定性好，比強度、比剛度高。 可用於製造飛機機翼和前機身、衛星天線及其支撐結構、太陽能電池翼和外殼、航天飛機結構件等。 汽車工業 復合材料具有特殊的振動阻尼特性，可減振和降低噪聲、抗疲勞性能好，損傷後易修理，便於整體成形。 可用於製造汽車車身、受力構件、傳動軸、發動機架及其內部構件。 化工、紡織和機械製造領域： 有良好耐蝕性的碳纖維與樹脂基體複合而成的材料。 可用於製造化工設備、紡織機、造紙機、複印機、高速機床、精密儀器等。 醫學領域 碳纖維複合材料具有優異的力學性能和不吸收X射線特性 可用於製造醫用X光機和矯形支架等。 碳纖維複合材料還具有生物組織相容性和血液相容性，生物環境下穩定性好，也用作生物醫學材料。 複合材料還用於製造體育運動器件和用作建築材料等。

複合材料積層-環境衝擊、成本和生產速度 模具製造成品由中到高，因為過程可能為人工密集型，並需要高度技巧。 製造週期時間不同：小型工件可能需要一個小時左右，而大型複雜的工作可能需要長達150小時。 在生產過程中使用有害的化學品，且無法直接回收剩料或廢料。目前正在發展減少對環境衝擊的製程材料。 例如：正在研究以麻料替代玻璃纖維。

替代及競爭工法-熱壓成型 種類 真空熱壓成型 壓縮成型 熱壓成型是一種高分子材料的加工方法。 材料置於模具中，加熱模具使材料軟化而覆蓋於模具表面，再以機器壓擠或是抽真空以大氣壓擠，經過冷卻階段固化後，就可得到熱壓成型的產品。 種類 壓縮成型 真空熱壓成型

熱壓成型材料 一般的熱塑性塑膠材料，都可使用在熱壓成型的加工方法上，因為有兩個主要的特性 塑膠的記憶性此特性可以使塑料經過加熱後，軟化而平貼於模具之上，得到我們所需要的產品。如果對產品不滿意或想改變產品的形狀，不需再用新的塑料只要把原來的塑料經過平版的熱壓，便能回復原來的狀態，符合經濟的效益。   熱強度及熱延展性熱強度是指塑料經過熱化之後所剩餘的材料強度。而一個好的熱延性材料在加熱之後，可以輕易的被延伸不會產生撕裂的現象，一般而言可以達到延伸量500-600%。

熱壓成型步驟 冷卻階段是熱壓成型中最耗時的階段，而且不能過分的縮短冷卻時間，以免引起產品的熱應力發生扭曲的現象。冷卻完畢後有些產品由於收縮，很容易可以卸下，較難卸下者，可以在模具內以高壓空氣頂出。 挾料 將事先裁好的塑料平放於模具表面上，如果需要大量生產的情況，挾料這個動作通常是以機械自動化的步驟，在一個循環週期移除產品之後，會自動的放上下一個塑料，以節省時間。 加熱 加熱的方法有很多種，有熱壓、烤箱到較進步的紅外光線加熱。更可以加上遮蓋物用以選擇加熱的範圍。 成型 真空熱壓成型法是最簡單而且是最早用來大量生產的的加工法。 適合形狀簡單及不需要高延展性的產品，其程序是將膠板夾緊，加熱軟化至快產生垂墜時，開起真空系統而在母模上成型。 使用此種方法會在膠板外層產生最清晰的紋路，而在折角部份有變薄的現象。 利用母模成型，成品在冷卻時有收縮的情形，通常不需要留拔取斜度即可自然的脫落。 冷卻

5.有控制器可以控制加熱、抽真空、冷卻的時間。 熱壓成型設備的優點 1.可以迅速均勻的加熱。 2.可以升降動作的模具。 3.真空或是高壓空氣設備。 4.具有挾料的裝置。 5.有控制器可以控制加熱、抽真空、冷卻的時間。

成形分類 固態成形 流動成型 成型時材料保持於固體狀態，成型溫度介於玻璃轉換溫度及熔點間，能使用於半結晶材料成型速度快(10-20秒)表面狀態良好。 其缺點是不適於成型形狀複雜零件，零件厚度不能有大幅變動，延伸率最大在 5-10 %之間。 成型溫度高，但一般仍低於射出及擠出溫度，材料不限於半結晶溫度，可成形形狀複雜之零件成型時間較長(約在數秒內) ，表面因樹脂熔融而產生纖維條痕，且有樹脂與纖維分離現象，限制連續纖維複材之使用。

替代及競爭工法-纖維纏繞 快速地將連續性纖維補強物纏繞在已設計好的模型上是纏繞成型法最基本的概念。 基本上是一種在旋轉的心軸上，纏繞沾滿樹酯的紗束或由大麻、亞麻作成的纖維製造過程。

纖維纏繞-纖維纏繞機 纖維纏繞機可將纖維束依照設定的繞線模式，有規則並均勻地纏繞於旋轉的心軸上，經由後續的固化等步驟處理後，得到一個質量輕但高強度的材料組件。 最初是用於高壓容器、腔體和管路之用，隨著科技進展，應用在越來越多的工業和軍事領域，包括航太、車輛、建築、運動休閒用品、能源和環境等。

乾法纏繞 濕法纏繞 半乾法纏繞 纖維纏繞-成型分類 採用經過預浸膠處理的預浸紗或帶，在纏繞機上經加熱軟化至粘流態後纏繞到芯模上。由於預浸紗（或帶）是專業生產，能嚴格控制樹脂含量（精確到2%以內）和預浸紗品質。因此，乾法纏繞能夠準確地控制產品品質。 乾法纏繞 濕法纏繞是將纖維集束（紗式帶）浸膠後，在張力控制下直接纏繞到芯模上。 濕法纏繞 半乾法纏繞是纖維浸膠後，到纏繞至芯模的途中，增加一套烘乾設備，將浸膠紗中的溶劑除去，與乾法相比，省卻了預浸膠工序和設備；與濕法相比，可使製品中的氣泡含量降低。 半乾法纏繞

纖維纏繞-原材料 纖維增強材料 主要是各種纖維紗如： 無堿玻璃纖維紗 中堿玻璃纖維紗 碳纖維紗 高強玻璃纖維紗 芳綸纖維紗 表面氈 樹脂 樹脂基體是指樹脂和固化劑組成的膠液體系。 纏繞製品的耐熱性，耐化學腐蝕性及耐自然老化性主要取決於樹脂性能，同時對工藝性、力學性能也有很大影響。 填料 種類眾多，加入後能改善樹脂基體的某些功能，如提高耐磨性，增加阻燃性和降低收縮率等。 在生產大口徑地埋管道時，常加入30%石英砂，藉以提高產品的剛性和降低成本。 為了提高填料和樹脂之間的粘接強度，填料要保證清潔和表面活性處理。

纖維纏繞-應用 德國的斯圖加特大學計算設計研究所和建築系的學生，在建築結構和結構設計已經完成了由機器人製造的碳纖維和玻璃纖維複合材料的研究亭。以節肢動物骨架形態為原則，探索新的化合物來源運用在建築上。 由一個六軸機器人加上外部七分軸現場進行編織，合成聚合物用飽和樹脂穿過機器人直接運轉。完成後纏繞與樹脂混和的長絲纖維，隨後再進行熱處理。全自動化的編織，但纖維結構局部分化，導致只有4mm厚度非常薄的外殼，臨時架設的鋼架可以被拆卸和移除。

替代及競爭工法-木質薄片積層 積層材特性：積層材是木製家具除實木彎曲外，能將木材製成曲線造型之加工法，其強度佳且造型自由度大於實木彎曲。

木質薄片積層-積層材設計 積層結構: 1.積層材薄片可採同紋及交錯木紋製作。 2.薄片各層可使用不同材質及厚度但須對稱使用。 積層材薄片： 積層材木薄片可依客戶之要求使用相同或不同規格之薄片。

木質薄片積層-積層材加工 層數：積層材層數大部份為單數。 結構： A.一般平板形積層材因厚度較薄寬度較寬，均需採交錯木紋,以防止積層材翹曲及薄片裂。 B.一般單R形積層材因厚度較厚寬度較窄，為避免塗裝有色差，需採同向木紋。

木質薄片積層-積層材成本 成本較實木彎曲高，但較無加工及選材之限制。 積層材模具費用高，需考量模具之共用性。 平板形積層材不需製作模具。

木質薄片積層-應用

影片-木質薄片積層方法 https://www.youtube.com/watch?v=g7FuNHshRnw