碳纖維復合材料基礎知識

一、復合材料（Composite Material）的定義
        由兩種或兩種以上不同材質所制成的材料叫做復合材料。
      纖維（Fiber）

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補強材：提供復材絕大部分的強度（strength）及強性模數（Modulus）即復材的機械性能主要取決于所使用的纖維。
基材（ matrix）
基材的功能
傳送或分散應力至每根纖維上
固定纖維所需的排列方向
（1）    保護纖維免受摩擦或外界的侵蝕破壞
（2）    結合各纖維免受應力的破壞或變形
2、    分類：
可分為熱固性樹脂（Thermosetting）和熱塑性樹脂(Thermoplastic)兩大類。
熱固性樹脂主要包括不飽和聚酯（UP）、環氧樹脂（Epoxy）及聚亞酰胺樹脂（Polyimide 、BMI）
熱塑性樹脂主要包括：PE、Polysnfone等高性能工程塑膠。
碳纖維的特性與功能
（一）    碳纖維和其它補強材的機械性能比較

復合材料的補強材料有玻纖、碳纖、硼纖、碳化矽、鋁、芳香族的等各種相位，在選用補強材料時，首先是根據抗拉強度和抗拉彈性系數加以決定，對航空、航天等機具，重量對其性能影響極大，也就是輕強度特性極為重要，強度和彈性系數分別除以比重的比強度和比彈性大者，是航太工業所追求的材料，玻纖的彈性系數為70-80Gpa，東洋紡織公司所開發的可達，硼、碳化矽、氧化鋁等無機纖維的彈性系數為200-400，碳纖維為不等。
（二）    不同類碳纖維的性能比較
碳纖維是由六個具有SP2軌道的碳原子構成平面則會形成和石墨類似的結晶構造，結晶若沿著纖維軸理論強度為180Gpa,理論彈性系數為1020Gpa，目前碳纖實測強度以結晶(whiskwer)的21 Gpa最高，彈性系數則以UCC公司Pitch類碳纖維試驗品的965Gpa最高。
碳纖維化復合材料的優缺點
優點： 本文來自123
（1）    強度和彈性系數高、比重小
（2）    疲勞強度高
（3）    比金屬的震動衰減性好
（4）    潛變小
（5）    耐摩耗性佳，摩擦系數小
（6）    熱的扭安定性良好
（7）    極低溫度下的熱傳導性小
（8）    耐腐蝕及耐化學性優異
（9）    具有導電性但為非磁性體
（10）    X光射線的透過性大
（11）    具有電波的遮蔽性
缺點：
（1）    破壞伸度小，有剪斷或鉆孔時，靜力強度就會大幅度下降，而且耐沖擊強度低；
（2）    和纖維方向相比，非纖維方向及層間的物性低落，在最后破壞前和纖維方向成90度的橫方向會龜裂，受沖擊時會產生層間剝離，因此受沖擊后殘存強度低落； 123456
（3）    在吸濕情況下，高溫時的物性低落。 本文來自123

纖維強化復合材料中纖維作用 : 
?    承受主要負載
?    限制微裂紋延伸
?    提高強度與剛性
?    改善抗疲勞性、抗潛變性
?    提高材料使用壽命與可靠性
纖維強化復合材料中基材作用 : 
?    傳送應力 , 分散應力
?    固定纖維方向
?    決定復材的電氣特性、化學性質
?    決定復材最高使用溫度