題目:法拉利腳踏車 組員:孫嘉宏 鄭丞良 方建仁

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1 題目:法拉利腳踏車 組員:孫嘉宏49840069 鄭丞良49840087 方建仁49840102
高分子概論報告 題目:法拉利腳踏車 組員:孫嘉宏 鄭丞良 方建仁

2 本報告以法拉利公司出產的鐵馬為例,對該產品的高分子材料做介紹
法拉利CX20 同樣擁有貼心的腳剎設計、全密式的鏈蓋，當然也少不了經典的法拉利旗幟以及F1賽車手級的儀表板，一貫的法拉利殷紅

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4 人工皮革 本文將以氨基甲酸酯(PU)為主要敘述的材料。
大致可分為三大類:人造革(主要有硝化纖維皮革﹑氯乙烯皮革尼龍皮革等) 、合成皮革(主要有氨基酸合成皮革、氨基甲酸酯合成皮革﹑丙烯酸合成皮革等) 、人工皮革(主要有銀面光滑人工皮革﹑仿鹿皮人工皮革等) 本文將以氨基甲酸酯(PU)為主要敘述的材料。

5 1.PU 聚胺酯（英語：Polyurethane，IUPAC 縮寫為 PUR，一般縮寫為PU）是指主鏈中含有胺基甲酸酯特徵單元的一類高分子。這種高分子材料廣泛用於黏合劑，塗層，低速輪胎，墊圈，車墊等工業領域。在日常生活領域聚氨酯被用來製造各種泡沫和塑料海綿。聚胺酯還被用於製造保險套（對乳膠保險套過敏的人適用）和醫用器材 由於PU具有酯基所以分子鍊容易旋轉，所以基本上是一種軟的高分子材料，其觸感會因加入不同的成分而有差異 。

6 結構及製備方式 要製造聚胺酯，需要有兩類至少兩種功能的物質作為反應劑：含有異氰酸酯官能團的化合物，和含有活性氫原子的化合物。這些化合物的物理化學特性、結構和分子 大小會對聚合反應、易加工性及聚胺酯加工後的物理特性產生影響。此外，助劑如催化劑、表面活性劑、發泡劑、交聯劑、阻燃劑，光穩定劑和填料的加入目的是為 了控制和改善反應工藝和聚合物的性能。 聚胺酯屬於反應型高分子材料，同類的塑料還包括：環氧樹脂、不飽和聚酯、酚醛塑料。 其中的氨基甲酸酯基團是由異氰酸酯官能團-N=C=O和羥基-OH反應生成的。聚氨酯是由聚亞氨脂和多元醇在催化劑和其它助劑存在下加成聚合反應而生成。 既然這樣，聚亞氨酯是一個含有兩個以上異氰酸官能團 R-(N=C=O)n ≥ 2 的分子，而多元醇是一個含有兩個以上羥基官能團 R'-(OH)n ≥ 2的分子. 反應產物是包含有胺基甲酸酯基 -RNHCOOR'-的聚合物. 異氰酸酯會和任何含有活潑氫離子的分子發生反應。更重要的是，異氰酸酯會和水反應生成脲鍵並放出二氧化碳。它們還會和聚醚胺反應生成聚脲

7 性質 聚胺酯抗多種酸鹼和有機溶劑腐蝕，因此經常被用在橡膠製品在惡劣環境下的替代品。
聚胺酯的力學性能具有很大的可調性。通過控制結晶的硬段和不結晶的軟段之間的比例，聚胺酯可以獲得不同的力學性能。 因此其製品具有耐磨、耐溫、密封、隔音、加工性能好、可降解等優異性能。

8 反光鏡 一般而言，反光鏡的支架由ABS製成，透光面則為壓克力

9 3.ABS ABS樹脂是丙烯腈（Acrylonitrile）、1,3-丁二烯（Butadiene）、苯乙烯（Styrene）三種單體的接枝共聚物。它的分子式可以寫為（C8H8·C4H6·C3H3N）x，但實際上往往是含丁二烯的接枝共聚物與丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物，其中，丙烯腈佔15%~35%，丁二烯佔5%~30%，苯乙烯佔40%~60%，最常見的比例是A:B:S=20:30:50，此時ABS樹脂熔點為175℃。 隨著三種成分比例的調整，樹脂的物理性能會有一定的變化： 1,3-丁二烯為ABS樹脂提供低溫延展性和抗衝擊性，但是過多的丁二烯會降低樹脂的硬度、光澤及流動性； 丙烯腈為ABS樹脂提供硬度、耐熱性、耐酸鹼鹽等化學腐蝕的性質； 苯乙烯為ABS樹脂提供硬度、加工的流動性及產品表面的光潔度。

10 結構及製備 ABS有兩種主要的工業生產方法： 將丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）與聚丁二烯（B）混合，或這將兩種膠乳混合後再共聚；
在聚丁二烯膠乳中加入丙烯腈及苯乙烯單體進行接枝共聚。 生產1公斤ABS樹脂需要的原料和能源大約相當於生產2公斤石油

11 性質 ABS樹脂是微黃色固體，有一定的韌性，密度約為1.04~1.06 g／cm3。它抗酸、鹼、鹽的腐蝕能力比較強，也可在一定程度上耐受有機溶劑溶解。 ABS樹脂可以在-25℃~60℃的環境下表現正常，而且有很好的成型性，加工出的產品表面光潔，易於染色和電鍍。因此它可以被用於家電外殼、玩具等日常用品。常見的樂高積木就是ABS製品。 ABS樹脂可與多種樹脂配混成共聚物，如PC／ABS、ABS/PVC、PA／ABS、PBT／ABS等，產生新性能和新的應用領域，如：將ABS樹脂和PMMA混合，可製造出透明ABS樹脂。

12 4.壓克力 聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate，簡稱PMMA，英文Acrylic），又稱做壓克力或有機玻璃，具有高透明度，低價格，易於機械加工等優點，是平常經常使用的玻璃替代材料。 聚甲基丙烯酸甲酯的單體為甲基丙烯酸甲酯（MMA，壓克力單體）

13 結構及製備 甲基丙烯酸甲酯單體以過氧化二苯甲醯為起始劑，，依不同需求倒入不同模具，反應即可得壓克力

14 性質 PMMA的密度比玻璃低：PMMA的密度大約在 kg/m3，是玻璃( kg/m3)的一半； 金屬鋁（屬於輕金屬）的43％。 PMMA的機械強度較高：有機玻璃的相對分子質量大約為200萬，是長鏈的高分子化合物，而且形成分子的鏈很柔軟，因此，有機玻璃的強度比較高， 抗拉伸和抗衝擊的能力比普通玻璃高7～18倍。有一種經過加熱和拉伸處理過的有機玻璃，其中的分子鏈段排列得非常有次序，使材料的韌性有顯著提高。用釘子 釘進這種有機玻璃，即使釘子穿透了，有機玻璃上也不產生裂紋。這種有機玻璃被子彈擊穿後同樣不會破成碎片。因此，拉伸處理的有機玻璃可用作防彈玻璃，也用 作軍用飛機上的座艙蓋。 PMMA的熔點較低：PMMA的熔點約130–140 °C (265–285 °F)比玻璃約1000度的高溫低很多。 PMMA的透光率較高 可見光：PMMA是目前最優良的高分子透明材料，透光率達到92％，比玻璃的透光度高。 紫外光：石英能完全透過紫外線，但價格高昂，普通玻璃只能透過0.6％的紫外線，但PMMA卻能透過73％。PMMA不能濾除 紫外光 (UV)。紫外光會穿透PMMA，部份製造商在PMMA表面進行鍍膜，以增加其濾除紫外光的效果和性質。另一方面，在照射紫外光的狀況下，與聚碳酸酯相比，PMMA具有更佳的穩定性 紅外線：PMMA允許小於2800nm波長的紅外線通過。更長波長的IR，小於25,000nm時，基本上可被阻擋。存在特殊的有色PMMA，可以讓特定波長IR透過，同時阻擋可見光，(應用於遠程控制或熱感應等)。

15 輪胎 輪胎，即為交聯之後的橡膠。又可分為天然橡膠與合成橡膠 天然橡膠是一種有彈性的碳氫化合物異戊二烯聚合物，未經加工時以乳劑的形態存在
合成橡膠主要有順丁橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠等。按橡膠製品形成過程可分為熱塑性橡膠和硫化性橡膠；按成品狀態可分為液體橡膠、固體橡膠、粉末橡膠及膠乳

16 5.橡膠 橡膠可分為天然橡膠與合成橡膠,天然橡膠產自橡膠樹而合成橡膠則是石化產品。其性質因單體不同而有差異
三葉橡膠樹提供最多的商用橡膠。它在受傷害（如莖部的樹皮被割開）時會分泌出大量含有橡膠乳劑的樹液。 最初的橡膠樹生長於南美洲， 但經過人工移植，現在東南亞也種有大量的橡膠樹。事實上，亞洲已成為最重要的橡膠來源地。

17 橡膠(續) 合成橡膠（synthetic rubber）指任何人工製成的，用於彈性體的高分子材料。合成橡膠是人工合成的高彈性聚合物，以煤、石油、天然氣為主要原料，所以價格也與三種主要原料的價格息息相關。品種很多，並可按需求之不同合成各種具有特殊性能的橡膠，因此目前世界上的合成橡膠總產量已遠遠超過天然橡膠。

18 製備 橡膠中會加入所謂的「碳煙」來促進橡膠的長晶，使其結構性更為堅固，這就是輪胎為什麼會是黑色的由來，因為碳煙是黑色的，在此值得一提的是，橡膠可以分為天然和合成二種，較好的輪胎其天然合成的比例會較高。 在混完膠料後，接下來會送到所謂的押出工程進行熟成及壓出的動作，利用膠與膠間的磨擦會產生 熱能，使膠料進行熟成，待熟成後會送到押出進行各項膠條壓出的動作，因輪胎是以一層一層不同功能的 膠粘合起來成型而成的，不同的膠料會變成不同的膠條，接下來會送到裁斷製程進行裁切的工作。

19 製備(續) 除了一般的胎面壓出外，輪胎還有分為簾布層、鋼絲層，鋼圈層等需要利用橡膠進行包覆的作業，故在壓延工程就是利用熟成後的橡膠包覆在鋼絲、簾布等不同的材質上，當作輪胎的材料 在不同的簾布、膠條後，在裁斷工程會因輪胎的尺寸、大小等不同的要件，利用裁斷機進行長度裁切的作 業，並送到下一個成型工作作組立的工作 在這就是將所有的材料、膠條、鋼圈進行組立的工作，就是屬於一個輪胎的原型 在成型後的輪胎，為了要使其膠料分子進行重新排列的動作，在此會利用蒸氣等方式進行加熱及成型的作 業，輪胎的胎紋也是在此成型嚕，此製程的輪胎就會變的像我們一般看到的輪胎一樣

20 6.碳纖維 碳纖維是一種具有很高強力和模量的耐高溫纖維，為化纖的高端品種 因為碳纖維又輕又堅硬，所以它的用途很廣泛。
用碳纖維製造的增強塑料質地強而輕，耐高溫、防輻射、耐水、耐腐蝕，是製造飛行器、兵器及耐腐蝕設備等的優良材料。 近年來碳纖維更是廣泛被使用於大型飛機，例如空中巴士的A350與A380，波音787均利用碳纖維複合材料來減輕耗油量。 另外大型風力發電機的葉片，賽車、汽機車與腳踏車的車身均為碳纖維複合材料需求量增加的重要因素。

21 性質與結構 每一根碳纖維由數千條更微小的碳纖維所組成，直徑大約5至8微米。在原子層面的碳纖維跟石墨很相近，是由一層層以六角型排列的碳原子所構成。兩者差別在於層與層之間的連結。石墨是晶體結構，它的層間連結鬆散，而碳纖維不是晶體結構，層間連結是不規則的。這樣便防止滑移增強物質強度。 一般碳纖維的密度為1750 kg/m3。導熱能力高但傳電能力低，碳纖維的比熱容量亦比銅低。當加熱的時候，碳纖維會變厚而短。雖然碳纖維的天然顏色是黑色，但可以把它染上不同的顏色。

22 製備 碳纖維是將原料纖維在一定的張力溫度下﹐經過一定時間的預氧化﹑碳化和石墨化處理等過程製成的。以聚丙烯纖維為原料的碳纖維﹐在預氧化過程中﹐聚丙烯原絲 中含氧化合物是碳化初期分子間交鏈反應的主因﹐氧是環化反應的催化劑,加熱形成熱穩定性的梯形結構。碳化和石墨化都是在氮氣中進行的﹐碳化反應是使非碳元 素藉分子間交鏈反應揮發出來。在熱處理過程中﹐大量氣體揮發後形成更多的石墨層狀結構﹐強度增大﹐模量增加﹐導電性也提高。纖維先由白色變為黃色﹐繼而呈 棕黃色﹐最後變為黑色。

23 製程 就目前而言,碳纖維的應用尚未發展完全,目前多以下列製程生產產品
1.真空高壓製程 在抽真空下，以20~30公斤的壓力去壓製成型， 不論是在耐高溫，光澤度，平整度，品質上，都是最好的，密度也最高，比較常運用在F1賽車上。 2.熱壓製程 在高溫鍋爐裡，施加6~15公斤的壓力，同樣也是有，耐高溫，平整度，光澤度佳的效果，只是沒有第一種方法好。 3.手工製程 最常見的製程方式，模具是用一般的樹酯模具或玻璃纖維披覆而成， 優點是價格比較便宜，缺點是不能耐高溫，而且鋼性也沒有那麼好，密合度較差，比較容易產生龜裂的情況。

24 參考資料 [1] [2]法拉利官方 [3]維基百科 [4]奇摩知識家 [5]充氣輪胎遲滯現象之研究,倉定國,成功大學,民國92年 [6]