複合材料實驗室 負責老師： 張瑞榮教授.

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1 複合材料實驗室 負責老師： 張瑞榮教授

2 簡 介 前言 研究教學及設備介紹 研究發展及實驗步驟與方法 專利說明 研討時間 總結

3 一、前言 複合材料工業為一多方面技藝的綜合產業、它所需之人才包括材料、化學、化工、機械、電子…等各方面之人才，來解決配方、中間材料製作、成品製程控制、結構設計、應力分析、材質測試、功能驗證、破壞分析及品保可靠度技術等等與實際應用時相關的問題。本學程之目標除了訓練學生瞭解材料力學在纖維複合材料之設計外，並實際從事複合材料產品製作以便更進一步領悟複合材料在各種不同製造過程之重要性。 二、課程班級及時數  研 究 所:每週三小時。 2. 二技二年級:每週三小時。 3. 四技三年級:每週六小時。 三、教學師資 教授 : 張瑞榮博士。 講師 : 朱瑞明老師。

4 四、教學內容簡介 1. 複合材料網球拍製作。 2. 複合材料羽球拍製作。 3. 複合材料平板製作。 4. 複合材料三明治板製作。 5
四、教學內容簡介 複合材料網球拍製作。 複合材料羽球拍製作。 複合材料平板製作。 複合材料三明治板製作。 複合材料機翼板製作。 複合材料套筒扳手製作。 複合材料圓柱壓力容器製作。 複合材料球體壓力容器製作。 複合材料高爾夫球桿製作。 複合材料齒輪結構製作。 複合材料自行車把手結構製作。 複合材料自行車曲柄連桿結構製作。 纏繞式複合材料心模製作。 複合材料無塵室地板。 複合材料離心機轉子。 複合材料音箱結構製作。

5 五、實習(驗)設備簡介 1. 烤箱。 2. 樹脂轉注成型機。 3. 熱壓機。 4. 冷藏室。 5. 鑽石切割機。 6. 模具。 7
五、實習(驗)設備簡介 烤箱。 樹脂轉注成型機。 熱壓機。 冷藏室。 鑽石切割機。 模具。 空氣壓縮機。 增壓機。 鑽孔機 扭力實驗機。 砲擊機。 量測記錄儀。 紅外線量測儀。 PC電腦。 粉碎機。

6 六、實習(驗)材料 1. 石墨(graphite)纖維預浸複合材料。 2. 玻璃(glass)纖維預浸複合材料。 3
六、實習(驗)材料 　1.石墨(graphite)纖維預浸複合材料。 玻璃(glass)纖維預浸複合材料。 克不拉(kevlar)纖維預浸複合材料。 碳纖維糰料(B.M.C.) 。 玻璃(glass)纖維編織布。 樹脂AB膠。 應變規(strain gage) 。 奈米材料。

7 七、實習(驗)步驟 　 1.分組輪流製作不同產品。 　 2.預先電腦模擬設計纖維排列方向。 3.講解各種產品之特色及製造方法。 4.儀器設備操作及安全注意事項規定。 5.專利申請實作練習。 6.期末測驗評分。 　

8 八、實習(驗)評量方式 1.學習態度是否積極。 2.設計理念是否正確。 3.製造程序是否正確。 4.產品品質是否合乎標準。
八、實習(驗)評量方式 學習態度是否積極。 設計理念是否正確。 製造程序是否正確。 產品品質是否合乎標準。 九、專題製作名稱 複合材料音箱結構及製作。 無塵室地板結構及製作。 血袋轉子結構及製作。

9 十、 研究發展 期刊論文: 1. T. Y. Kam and R. R. Chang, 1989, “Optimal Design of Laminated Composite Plates with Dynamic and Static Considerations,” Journal of Computers and Structures, 32(2), pp  2. T. Y. Kam and R. R. Chang, 1992, “Buckling of Shear Deformable Laminated Composite Plates,” International Journal of Composite Structures, 22(3), pp 3. T. Y. Kam and R. R. Chang, 1992, “Optimal Lay-up of Thick Laminated Composite Plates for Maximum stiffness,” Journal of Engineering Optimization, 19(4), pp   4. R. R. Chang, K. H. Chu and T. Y. Kam, 1993, “Design of Laminated Composite Plates for Maximum Shear Buckling Load,” Journal of Energy Resources Technology, ASME, 115, pp 5. T. Y. Kam and R. R. Chang, 1993, “Design of Laminated Composite Plates for Maximum Buckling Load and Vibration Frequency,” Journal of Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 106, pp 6. T. Y. Kam and R. R. Chang, 1993, “Finite Element Analysis of Shear Deformable Laminated Composite Plates,” Journal of Energy Resources and Technology, ASME, 115, pp

10 7.T. Y. Kam and R. R. Chang, 1994, “Design of Thick Laminated Composite Plates for Maximum Damping,” International Journal of Composite Structures, 29, pp T. Y. Kam, H. F. Sher, T. N. Chao and R. R. Chang, 1996, Predictions of Defection and First-ply Failure Load of Thin Laminated Composite Plates via The Finite Element Approach,” International Journal of Solids Structures, 33(3), pp R. R. Chang, 2000,“Experimental and Theoretical Analyses of First- ply Failure of Laminated Composite Pressure Vessels,” Journal of Composite Structures, 49, pp R. R. Chang, 2001, “Optimal Design of Laminated Composite Torque Wrench,” Journal of Computers and Structures, 79, pp R. R. Chang, 2002, “Finite Element Analyses and Experimental Considerations of the Deflection and Failure Behavior of an Asymmetrical Composite Bicycle Handlebar,” Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers Parts E: Journal of Process Mechanical Engineering, 216, pp R. R. Chang, J. M. Chu, 2003, “Predictions of First-ply Failure Load of Laminated Composite Shafts,” Journal of Experimental Mechanics, 43(2), pp

11 1.“複合材料結構元件之製作、測試及分析”, 國科 會暑期短期科技計劃 NSC – 83-0115-C-009-005.
國科會研究計畫: 1.“複合材料結構元件之製作、測試及分析”, 國科 會暑期短期科技計劃 NSC – C 2.“複合材料壓力容器的最佳化設計”, 國科會計劃 NSC – E 3.“複合材料手工具之研究(I)”, 國科會計劃 NSC –85- 2212-E 4.“複合材料手工具之研究(II)”,國科會計劃 NSC –86- 5.“複合材料壓力容器之氣密性研究”, 國科會計劃 NSC – E 6.“纏繞式複合材料構件之心模研製(I)”, 國科會計劃 NSC – E 、

12   7.“複合材料齒輪製作”, 國科會計劃 NSC – 88-2815-E-157-
E E. 9.“利用組合式心模製造非軸對稱纏繞式複合材料構件之研究 (II)”, 國科會計劃 NSC – E 10.“非軸對稱疊層複合材料自行車手把之補強結構製作”, 國 科會計劃 NSC – C R-E. 11.“複合材料齒輪結構與製程之研究”, 中華技術學院計 劃,89-chit-r-005. 12.利用組合式心模製造非軸對稱纏繞式複合材料構件之研究 (III)”, 國科會計劃 NSC – E 13.“樹脂轉注成型法在桁架式三明治複合材料構件之研製”, 國科會計劃 NSC – E

13 14.“非軸對稱疊層複合材料桿件之製作”,中華技術學院
計劃, 90. 15.“樹脂轉注成型法在桁架式三明治複合材料構件之研 製(II)”,國科會計劃 NSC – E 16.“複合材料離心機轉子在樹脂轉注成型法下之研製”, 國科會計劃 NSC – E CC3 17.“樹脂轉注真空成型法下複合材料壓力容器之研製”, 國科會計劃 NSC – E CC3 18.“樹脂轉注真空成型法下複合材料音箱之研製”, 國 科會計劃NSC – E CC3 19.“樹脂轉注真空成型法下複合材料無塵室地板之研 製”, 國科會計劃 NSC – E 20.“複合材料血袋容器在樹脂轉注真空成型法下之研 製”, 國科會計劃 NSC – E CC3

14 十一、 專利 1.複合材料手工具製作  本發明包括一種複合材料手工具製作方法，其長纖與短纖層充填包圍金屬介面環一側，其中握把部分可圍撓成圓錐形，其中心層可為短纖之蜂巢層，而外層即為長纖之預浸布予以包覆。以一種含複合材料所製作之扭力扳手，其特徵係包括複合材料本體、介面環、齒面內壁及凸肋外壁；其齒面內壁面臨通孔與相對應之換向齒面接受承受阻力；他側之凸肋外壁與相對之扳手本體複合材料嵌合。 類別：發明 專利：中華民國專利公告第 號 專利期間:1996/12~2015/12

15 2. MANUFACTURE OF COMPOSITE MATERIAL HAND TOOL
 In this invention, composite material is used in manufacturing the body of hand tool, which greatly reduces the weight of hand tool. It also uses an interface ring, in which its interior wall is designed with a contact tooth surface engaging with commutation mechanism when wrench torsion is applied. Outer wall of ring has a groove inserted in the composite material of wrench body to reduce its weight. With regards to torsion application and commutation mechanism (ratchet component) in this invention, it is the application of a conventional technique such as the structure used in the American STANLEY tool brand. Therefore, it shall not be discussed in this invention.  類別：發明 專利：美國專利公告第 號 專利期間:1997/4~2016/4

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17 3.複合材料壓力容器結構及製作 一種複合材料壓力容器結構及製作，係利用複合材料質輕高強度之特性，藉由手積疊層法將短纖複合材料和金屬接頭，與長纖複合材料包覆而成的瓶體崁合，並且利用開放模造法及壓力袋成型法在設定壓力與溫度之下使其充壓固化成型，如此減輕運送負擔進而增進整體運用效果為主要目的。本發明之次要目的係提供金屬接環，同樣利用短纖複合材料崁合能力，將壓力容器本身分成數段，主要在增加與減少容量時僅需藉金屬接環螺接，來增加與減少段數而輕易可改變壓力容器的容量。 類別：發明 專利：中華民國專利公告第 號 專利期間:1997/5~2016/5

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19 4.複合材料自行車手把之製法與製成 本創作之主要目的在提供一種自行車手把結構，利用複合材料之質輕高強度特性，同時解決運動之衝擊負荷問題。本發明之次要目的，在提供一補強部，特別是指金屬介面環設於自行車手把與自行車套接處，利用金屬介面環上定義之凹與凸部份與複合材料做較佳之接合，如此可同時得到複合材料與金屬材料之優點。本發明之再一次要目的，是利用補強部之長纖複合材料不同疊層角度，以降低手把本體彎曲部位之應力集中現象。本發明之再一次要目的，另提供複合材料蜂巢層補強桿，設於自行車手把間並與手把本體一體成型，以增加其結構機械強度，有效解決自行車手把之衝擊負荷，且兼顧結構之整體強度與重量。    類別：發明 專利：中華民國專利公告第 號 專利期間:1999/5~2018/5

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21 5.複合材料齒輪之製法與其製成 本案「複合材料齒輪之製法與其製成」與一種泛用之機械元件齒輪有關，特別指一種利用長、短纖之複合材料成型齒論有關。本案揭示此類齒輪之成型方法與其製品，概況性而言，係一方面利用複合材料重量輕、強度高及可撓性等特質取代傳統金屬材料齒輪的設計，有效達到減輕重量同時兼顧強度之設計考量。同時，另一方面利用在強度之設計要求下，有效解決非金屬材料普遍的磨耗性與傳動性不足之問題。 類別：發明 專利：中華民國專利公告第 號 專利期間:1999/3~2018/3

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23 6.複合材料阻尼負載元件之製法與製成 本發明與一種阻尼負載元件有關，特別指一種複合材料阻尼負載元件之製法與製成。主要是利用複合材料具有質輕、高強度及高勁度等特性，藉由線絲纏繞法、模造熱壓成型法及壓力袋充氣成型法等方式，將金屬元件及複合材料分別嵌合製成複合材料缸筒主體、桿體、活塞、第一端缸蓋及第二端缸蓋等元件，以形成質輕又耐壓之複合材料阻尼負載元件製品。同時，另一方面是利用金屬材料之高耐磨性，以解決非金屬材料普遍的磨耗性之不足，有效解決不同材料間之結合，進而同時運用不同材料之機械性質，以達到質輕、強度高及耐磨耗等目的。 類別：發明 專利：中華民國專利公告第 號 專利期間:1999/9~2018/9

24 7.模造內壓氣袋頭端與尾端封口之方法 本案模造內壓氣袋頭端與尾端封口之方法在提供一種模造法內壓成型系統，主要在提供一對稱軸套均勻壓制氣袋與氣嘴，利用該成對之軸套夾緊氣袋與氣嘴，避免習用膠帶繁複之操作過程，有效減少操作時間，同時允許較精確的控制氣袋與氣嘴在模具之各部尺寸，特別是避免習用膠帶之厚度難以精確化問題。其次要目的在提供一端蓋，設於氣袋之自由端，相對於氣嘴之一端，以消除或減緩習用打結造成之局部應力集中，避免氣袋破裂問題。 類別：發明 專利：中華民國專利公告第 號 專利期間:1999/5~2018/5

25 8.連桿元件特別是腳踏車曲柄的製法與製成 本案與一種連桿元件有關，特別是指一種腳踏車曲柄的製法與製成有關。主要在連桿或腳踏車曲柄本體以複合材料取代傳統金屬材料之大部分重量與強度同時利用傳統材料之特性，例如耐磨耗、衝擊等特點，有效結合同質或異質材料，達到設計最佳化目的。本案之次要目的在提供一種連桿元件特別是腳踏車的製法與製成，利用複合材料製成該連桿元件或曲柄本體，而大大減輕連桿之重量，同時利用至少一個介面環，內壁設有預定形狀之開口或螺紋以便與軸或其它元件套接或螺接，外壁則設有與複合材料嵌合之高摩擦表面結構，使得達到減輕重量之目的。  類別：發明 專利：中華民國專利公告第 號 專利期間:2002/11~2019/7

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27 9.複合材料音箱結構及製作 一種複合材料音箱結構及製作，係利用複合材料質輕高強度之特性，藉由乾式長纖維疊層包覆成音箱本体及後蓋板等結構形態，再利用樹脂轉注成型法注入樹脂於設定之模具內，使模穴內之長纖維預成形物與樹脂充分膠合浸潤，並在設定溫度之下一體熱硬化成形，如此可減輕音箱結構重量及加工成本，進而利用高強度均勻結構，增進整體音響共振效果為主要目的。本發明之次要目的係提供長纖維預成形物結構，利用模造成形法將平面之乾式疊層纖維布熱壓成立體音箱結構體預成形物，而其中平面疊層纖維布是由具有經緯交叉排列之編織布或單一方向纖維布結合膠合劑，層層相互堆疊而定形。 類別：發明 專利：中華民國專利公告第 號 專利期間:2004/5~2019/5

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29 10.複合材料高架地板結構及製作 一種複合材料高架地板結構及製作，係利用複合材料質輕高強度之特性，藉由乾式長纖維疊層包覆成高架地板本體之預成形物結構形態，再利用真空輔助式樹脂轉注成型法注入樹脂於設定之模具內，使模穴內之長纖維預成形物與樹脂充分膠合浸潤，並在設定溫度之下一體熱硬化成形，如此可減輕高架地板結構重量及加工成本，進而利用高強度均勻結構，增進整體地板支撐效果為主要目的。本發明之次要目的係提供長纖維預成形物結構，利用模造成形法將平面之乾式疊層纖維布熱壓成立體高架地板結構體預成物，而其中平面疊層纖維布是由具有經緯交叉排列之編織布或單一方向纖維布結合膠合劑，層層相互堆疊而定形。 類別：發明 專利：中華民國專利公告第 號 專利期間:2004/11~2019/11

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31 十二、其他產品: 1.複合材料圓形壓力容器 2.複合材料汽車平衡桿 3.複合材料自行車曲柄 4.複合材料高爾夫球球桿 5.複合材料高爾夫球頭
6.複合材料網球拍 7.複合材料羽毛球拍 8.複合材料三明治板 9.複合材料分段式壓力容器 10.複合材料離心機轉子

32 複合材料圓形壓力容器

33 複合材料汽車平衡桿

34 複合材料自行車曲柄

35 複合材料高爾夫球球桿

36 複合材料高爾夫球頭

37 複合材料網球拍

38 複合材料羽毛球拍

39 複合材料三明治板

40 複合材料分段式壓力容器

41 報告完畢 敬請指教 感謝各位蒞臨指導