複合材料層積成型 (Composite Laminating)

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1 複合材料層積成型 (Composite Laminating)
曾琳雅 林晏慈 賴翊銘 賴霈宜 陳雅婷 孫汶如

2 複合材料層積成型(Composite Laminating)
何為複合材料 所謂複合材料，是指以兩種或以上之材料結合而成，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。 高分子複合材料與傳統金屬材料的機械性質比較，二者可謂互有優缺點。但纖維強化高分子基複合材料擁有質量輕、單位重量之強度與剛性均高，韌性佳，且能耐天候、耐腐蝕，耐疲勞等性質則明顯較金屬優越，尤其其機械性質的設計自由度高。 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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何為層積成型 複合材料層積成型(Composite Laminating)

4 複合材料層積成型(Composite Laminating)
‧品質　 成品的機械性質取決於組合的材料以及積層方法。只有在接觸模具的一面具亮面。 ‧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。 ‧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。製造周期時間不同：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。 ‧材料 強化纖維材料包括玻璃纖維，碳纖維和芳綸。積層熱固性樹脂包括聚酯，乙烯基酯和環氧樹脂。 ‧環境衝擊 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。 複合材料層積成型(Composite Laminating)

5 複合材料層積成型(Composite Laminating)
關聯工法 ‧預浸積層 ‧濕式積層 替代及競爭公法 ‧熱壓成型 ‧纖維纏繞 ‧木質薄片積層 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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關聯工法 - 預浸積層 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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關聯工法 - 預浸積層 將所需的 預浸材 (長纖維及樹脂的混合物) 經過疊層的方式，再加壓及加溫將材料 固化，通常是將樹脂均勻的塗包在長纖維上，而長纖維可是單向的，或是雙向編 織的，以形成複合材料。 預浸材常見的商業產品，有單向或雙向編織的玻璃或碳纖維，而含浸的樹脂則以 環氧樹脂為主。 複合材料層積成型(Composite Laminating)

8 關聯工法 - 預浸積層 預浸成型 將成捲的強化材料，經由樹脂槽含浸後，成為預浸物，然後透過裁剪、疊層、熱壓，即可形成品質均一、纖維含量高之高性能產品，預浸材料硬化成型方法主要可應用於釣桿、高爾夫球桿、球拍、印刷電路板、各型結構梁、飛機零組件等。

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關聯工法 -濕式積層 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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關聯工法 - 濕式積層 什麼是濕式積層? 第一階段，在單面膜面塗上凝膠膜。凝膠膜為厭氧性熱固性樹脂，也就是說，樹脂可在無氧狀況下固化，使用在模具表面相當理想。鋪上編織的強化纖維後在噴塗上熱固性樹脂。這是為了維持適當的樹脂與強化纖維的比例。之後使用滾筒以去除氣砲孔隙。第二階段為脫模。與模具表面接觸一面是通常是成品的外觀面。 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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關聯工法 - 濕式積層 積層複合緞帶椅 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -熱壓成型 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -熱壓成型 熱壓成型是一種高分子材料的加工方法，大致上可分為兩類，真空熱壓成型(vacuum forming)以及壓縮成型(compression molding)。將厚度均的 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。 ‧熱壓機 示意圖 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -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，因為以下兩個主要的特性 ‧塑膠的記憶性(plastic memory)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。如果對於產品不滿意或是想改變產品的形狀，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(hot strangth and elonggation)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 %。 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -熱壓成型 熱壓成型設備 熱壓成型機器有很多型式，不過都具有下列的特點 ‧可以迅速均勻的加熱。 ‧可以升降動作的模具。 ‧真空或是高壓空氣設備。 ‧具有挾料的裝置。 ‧有控制器可以控制加熱、抽真空、冷卻的時間。 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -纖維纏繞 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -纖維纏繞 快速的將連續性的纖維補強物纏繞在已設計好的模型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、亞麻作成的纖維的一種製造過程。 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -纖維纏繞 纏繞成型法最主要的優點有： 1.放置纖維的方法具有高度重複性(從層和層之間與) 2.能將纖維連續不斷的纏繞在一個整體上而不使纖維斷掉並可由捲進纖維的方向輕易的控制纖維的定位 3可減少建造壓力鍋的龐大費用 4.可以建造比任何壓力鍋還大的結構物 5.可得高纖維比例的物體 6.因為纖維和樹酯可以被充分的使用而比預浸布製造更能減少材料的使用 而纏繞成型法最主要的缺點有： 1.被纏繞的結構物的形狀必須符合在纏繞完後，心軸可以被移除的先決條件 2.不能完整均勻的佈滿曲率太大的物體 3.不能輕易的改變纖維的路徑 4.需要心軸來製造，然而，心軸是複雜且昂貴的 5.完成的成品表面是粗糙的，有損空氣動力(增加表面摩擦力) 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -纖維纏繞 纖維纏繞機(Filament Winding Machine)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(mandrel)上，經由後續的固化(curing)等步驟處理後，得到一個質量輕但高強度的材料組件。最初是用作高壓容器(pressure vessel)、腔體(tank)和管路(pipe)之用，隨著科技的進展，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。 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -纖維纏繞 由於其蜘蛛結網一樣幾何，最明顯的方法製造碳纖維自行車架和其他的結構是纖維捲繞，雖然這需要時間來製造一個車架或結構，並限制製造單一網格樣式結構。  複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -纖維纏繞 德國的斯圖加特大學( university of stuttgart )計算設計研究所( ICD )和建築系的學生，在建築結構和結構設計( ITKE )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。結構的發展集中於材料，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。 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -纖維纏繞 由一個六軸機器人加上外部七分軸現場進行編織，過程中的部分材料，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，以及隨後再進行熱處理。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。 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -木質薄片積層 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -木質薄片積層 積層材 (LVL-LAMINATED VENEER LUMBER)  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。  複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -木質薄片積層 積層材設計： 積層材結構  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。 (上圖)積層材結構 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -木質薄片積層 成型尺寸：可因不同壓力不同而改變厚度。 積層材加工： 1.層數：積層材層數大部份為單數。 2.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。  複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -木質薄片積層 積層材成本： 1.成本較實木彎曲高，但較無加工及選材之限制。 2.積層材模具費用高，需考量模具之共用性。 3.平板形積層材不需製作模具 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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替代及競爭公法 -木質薄片積層 基層板設計作品 複合材料層積成型(Composite Laminating)

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