張立功      張佐光

（北京航空航天大學材料學院    100083）

l 前言
    碳纖維增強樹脂基復合材料由于低密度、高強度、高模量和低膨脹系數等性能，在汽車工業、建筑材料、體育制品等領域有著越來越廣泛的應用。特別是高模量碳纖維／環氧樹脂復合材料在航空航天領域有著更為廣泛的應用，當今衛星的主承力結構件、次承力結構件甚至地面裝置，盡量采用它們制造。然而在復合材料制件的制造和使用過程中由于環境因素導致復合材料力學性能下降，影響了復合材料的可靠性，制約了復合材料的應用。因此，本文重點研究了加工過程中水及脫模材料對復合材料性能的影響，結果清楚顯示雜質的混入能夠導致復合材料性能嚴重下降。由此可知加工過程中環境的嚴格控制是得到高可靠性復合材料的主要因素之。

2 實驗部分
    （l）原材料
    碳纖維預浸料： M40－3K－40B／648環氧樹脂，含膠量：39±3％，纖維含量117g／m²，厚度：
0.125mm。
    （2）雜質選擇
    自來水及脫模材料。
    （3）試件制備
    單向鋪層，14層，含膠量 32±3％；AO板：標準板，沒有任何雜質；AI－AS板：自來水整層均勻噴
灑，單層噴灑重量30.77g／m²，具體噴灑位置見圖 1黑體部位 ；BI－B4板：雜質種類：脫模材料（特 221號潤滑膏，SH0459－92），材料寬度約25mm，單層重量 2.36mg／cm²‘層，共兩層，刷涂位置見圖 2黑體部位；固化工藝見表1。

表1 復合材料試樣固化工

    （4）實驗用主要設備
    美國MTS力學性能試驗機，100Kg材料試驗機。
    (5）性能測試
    拉伸性能按GB／T3354－99測試，壓縮性能按GB3856－83測試，層間剪切性能按GB3357－82測試，彎曲性能按GB／T3356－99測試。

3 結果與討論
3．l 雜質對復合材料性能影響實驗結果
    復合材料在加工過程中，外部環境中的固體顆粒及濕度能夠嚴重影響復合材料的機械性能。加工過程中由于操作人員的不小心，可能導致脫模材料混入復合材料制件中，同樣會對復合材料的性能及可靠性構成致命的危害。本課題研究方案是通過在復合材料的鋪制過程中故意分別加入了自來水及常用脫模材料，根據力學性能測試相關標準得出了實驗結果，表2為水的不同含量對復合材料性能影響實驗結果，表3為脫模材料刷涂不同位置對復合材料性能影響實驗結果（含脫模材料的板材在加工測試力學性能用試片時脫模材料應在試樣的中部）。
3．2 試驗結果討論
    表2－3分別列出了水及常用脫模材料對復合材料單向板材性能影響的測試結果。從測試結果可知，與無任何雜質標準板材機械性能數據對比，含雜質復合材料板材各種強度及模量有不同程度的下降，有些甚至下降的比較嚴重。另外也可以看出，雜質含量越高，對各種性能影響越大。由此可知，在復合材料加工過程中，雜質的混入可導致復合材料性能下降。

                           表2脫模材料對復合材料性能影響實驗結果

試樣編號           AO          B1         B2        B3        B4
層剪強度（MPa）    60.56      40.66      49.80     40.65     46.70
標準基S            2．33      7．51      2．55     7．69     4．36
離散系數Cv/%       3．80      18．5      5．12     18．9     9．33
下降率／％         0          32．86     17．77    32．88    22．89
彎曲強度／MPa      914．30    692．52    580．54   733．94   831．28
標準差S            55．34     190．19    45．46    24．27    33．96
離散系數Cv／%      6．05      27．5      7.83      3．31     4.09
下降率／％         0          24．26     36．50    19.73     9．08
彎曲模量／GPa      148．85    127．04    133．06   132．29   134．54
標準基S            3．17      3．25      2．17     2．79     2.53
高做系數Cv／％     2．13      2．56      1．63     2．11     1．88
下降率／％         0          14．65     10．61    11．13    9．61

                         表3水對復合材料性能影響實驗結果
試樣編號        AO          A1         A2         A3         A4         A5
層剪強度／MPa   60．56      59．61     58．28     56．71     53．85     5l．25
標準差S         2．33       2．38      3．27      0．41      1．88      4．49
離散系數 CV／％ 3．80       4．03      5．61      0．71      3．49      8．76
下降率／％      0           2．31      3．77      6．36      11．08     15．38
彎曲強度／MPa   914．30     895．15    875．86    874．75    840．68    813．18
標準差S         55．34      32．86     70．32     32．82     27．23     54.99
離散系數Cv／％  6．05       3．67      8．03      3．75      3．24      6.76
下降率／％      0           2．09      4．20      4．33      8．05      11.06
彎曲模量／GPa   148．85     144．14    141．25    139．66    129．56    125.36
標準差S         3．17       2．96      3．11      1．19      4．48      1.62
離散系數Cv／％  2．13       2．05      2．20      0．85      3．46      1.29
下降率／％      0           3．16      5．11      6．17      12．96     15.78
拉伸強度／MPa   1059．93    993．49    917．37    923．59    801．78    774.41
標準差S         43．48      39．75     52．46     75．03     70．70     100.44
離散系數 CV／％ 4．10       4．00      5．72      8．12      8．82      12.97
下降率／％      0           6．27      13．45     12．86     32．20     26.94
拉伸模量／GPa   230．26     223．42    209．03    205．41    200.00     195.65
標準差S         4．84       8．97      10．13     4．76      14．55     1.00
離散系數Cv／％  2.10        4．01      4．84      2．32      7．27      0.51
下降率（%）     0           2．97      9．22      10．79     13．14     15.03
壓縮強度／MPa   791．84     788．0     788．68    771．27    767．52    611.68
標準差S         6．09       58.73      79．66     30．80     44．45     62.07
離散系數 CV／％ 0．76       7.45       10．10     3．99      5．79      10.15
下降率／％      0           0．48      0．40      2．60      3．07      22.75
壓縮模量／GPa   67．66      65．27     64．55     63．40     63．32     61.93
標準差S         2．27       1．81      3．30      1.38       3．700     1.32
離散系數cV／%   3.35        2．78      5．11      2．18      5．84      2．14
下降率／％      0           3．53      4.60       6．30      6．41      8．47
    液體雜質對復合材料結構的影響可能歸結于以下幾種因素：①增加孔隙含量：液體雜質的存在可能
增加復合材料的孔隙含量，因為在固化過程中液體的揮發在復合材料中留下孔隙。孔隙含量的提高能
夠嚴重降低復合材料的機械性能；②纖維含量的提高：含有雜質試樣在固化名門到中大約3一4%的樹脂
被擠出，導致復合材料纖維含量的提高，可能是ILSS降低的因素之一；③液體雜質抑制結合：液體雜質可能抑制環氧樹脂的粘結性能；④另外的因素可能是在復合材料固化成型過程中雜質影響了環氧樹脂的化學與界面成分；⑤測試結果顯示不含有雜質的多層板結合好，它是作為一個整體共同承擔載荷，含有雜質的試樣由于層間疏松，性能下降。這是因為無雜質時復合材料中纖維與環氧樹脂結合力好，含有雜質時，基體／纖維界面受到影響，不同層門纖維被分開導致結構疏松，性能下降。加載時，由于結合差，含有的雜質引起應力集中導致部分纖維首先承擔載荷，受載纖維失效，然后其它纖維承擔載荷，又快速斷裂。
    總之，加工過程中由于雜質的混入，導致復合材料產生各種缺陷，如孔隙、分層等。所以，與無雜質試樣相比，在同樣載荷條件下，由于模量更小，應變更大．失效載荷也更小。當然終拉伸強度及模量還與其它因素有關，如纖維、基體性能，界面結合強度，孔隙含量，內部應力應變的分布情況等。

4 結論
    實驗結果表明加工過程中水及脫模材料的混入能夠嚴重影響復合材料的拉、壓、彎、剪性能。因此
在加工過程中，為制得符合性能設計質量要求的產品，避免各種雜質混入影響復合材料的可靠性，在確
保原材料及制品設計合理的前提下，還應對如下方面進行有效控制與管理：（l）對原材料的質量進行全面的檢驗，使用前儲存在潔凈、溫、濕度適宜的環境中；（2）對制造復合材料所用設施、設備、模具進行有效管理；（3）保證作業場所清潔、通風良好、溫、濕度適宜；（4）對成型、固化工藝有效控制；（5）操作人員有較高的技能。制定產品質量標準及工藝規程，在生產中嚴格執行，只有這樣才能避免成型過程中各種缺陷的產生，確保復合材料制品質量得到設計要求。

透過上述文章的介紹

無論是碳纖維板材還是其他複合材料，產品的後加工品質，一直以來都是製造廠爭取客戶訂單的關鍵

因為好的加工品質才能讓客戶的產品精細度更好

過去以量取勝的策略在現在的環境上，對於一般產品可能還適用～

但是對於精密產業與複合材料的廠商而言

「質大於量」這是不爭的事實

為了讓後加工的品質更上一層樓，切割機臺的選擇就非常重要

瑞士ZUND數位切割機為全球最頂尖數位切割機品牌，也是世界知名品牌指定合作的切割機臺

鋁板及發泡材質切割：

19mm厚度的發泡型PVC材質與3mm鋁合金材質皆可快速切割

皮革切割：

厚度為2mm的皮革材料，影片中切割速度為1000mm/s 在極短的時間內即可完成複雜的圖型切割

確實的完全切斷,輕鬆取下切割完成的部件

預浸布與碳纖維材料：

工程師於電腦前繪製出要切割圖形與各部件標示記號或料號
噴印標示完成後隨即進行外型切割作業

三層碳纖維編織乾布裁切：

碳纖維重量僅鋼鐵的五分之一，但強度卻是鐵的10倍
透過ZUND的高速切割系統與模組化刀具設備，裁切完成

蜂巢板切割：

蜂巢板是一種相當輕且透氣的材料，使用覆蓋一層塑膠布料在蜂巢板上幫助固定

ZUND切割機不僅可以穩定物件，銑刀模組更能讓確實完成銑切斷差製程

朝安科技協助您擁有四大服務

最完整的教育訓練：解析ZUND切割機所有設定
來自原廠專業訓練：100%傳授所有設定技巧
最快速的參數設定：針對不同材質不同參數完整複製
最完善客服機制：操作問題馬上替您解決

讓ZUND在臺灣的夥伴們想有最完整與專業的技術服務.

聯繫方式
公司地址： 臺中市豐原區三豐路二段549巷417號
營業時間： 星期一 - 星期五： 9AM - 5PM
聯繫電話： 04-25226221

zund碳纖維切割機，zundcarbon fiber切割機，zund玻璃纖維切割機，zundglass fiber切割機，zund預浸布切割機，zundprepreg切割機，zundpre-preg切割機，zund蜂巢板切割機，zundhoneycomb切割機，zund克維拉切割機，zundkevlar切割機，zund石墨切割機，zundgraphite切割機，zund光學壓克力切割機，zund光學擴散板切割機，zundacrylic 切割機，zundpc切割機，zundpe切割機，zundpvc切割機，zundpeek切割機，zund工程塑膠切割機，zundCFRP切割機，zundGFRP切割機，zundCFRTP切割機，zund熱塑板切割機，zund先進材料切割機，zund新進複合材料切割機，zund複合材料切割機，zundcomposite切割機，zund功能性織品切割機，zund功能性織布切割機，zund橡膠墊片切割機，zund皮革切割機，zundFpc軟性印刷電路板切割機，zund手機保護貼切割機，zund紡織布切割機，zund飛機零件切割機，zund防彈背心切割機，zund合成纖維切割機，zund凱夫拉纖維切割機，zund風力發電機風扇切割機，zund直升機螺旋槳切割機，zund汽車零件切割機，zund卡車篷布切割機，zund地毯切割機，zund遮雨棚切割機，zund熱氣球切割機，zund風帆切割機，zund木質框架切割機，zund海綿橡膠切割機，zund醫療器材切割機，zund濾心切割機，zund濾網切割機，zund高壓電塔零件切割機，zund滑鼠裝備切割機，zund皮帶切割機，zund皮革公事包切割機，zund皮手套切割機，zund皮鞋切割機，zund絲絨沙發切割機，zund皮靴切割機，zund皮夾克切割機，zund真皮座椅切割機，zund真皮座墊切割機，zund鞋底切割機，zund皮錢包切割機，zund半導體材料切割機，zund太陽能電板切割機，zund高溫超導材料切割機，zund絲綢切割機，zund塑料切割機，zund玻璃纖維樹脂複合材料切割機，zund碳纖維樹脂複合材料切割機，zund紡織pos架切割機，zund木質產品切割機，zund金屬雕刻切割機，zund標誌雕刻切割機