【李家同】為台灣加油打氣專欄_(111) 工業基礎技術計畫:碳纖維製程控制技術

張貼者:2017年6月8日 上午12:48台灣精密工程學會   [ 已更新 2017年6月8日 上午12:48 ]

      碳纖維是一個非常重要的材料,任何一個精密工業不可能沒有這種材料,先進國家的航太工業就特別需要這種材料,所以我們國家當然也應該努力地做好碳纖維。

    碳纖維裡面有結晶區和非結晶區,如圖一:

 

圖一

 

    我們可以看出來結晶有一個方向性,問題是如果結晶像圖一這種樣子,我們就說這個纖維沒有順向性,所謂順向性顧名思義就是所有的結晶都是同一個方向,如圖二:

 

圖二


    我們如果要有高級的碳纖維,就必須要使我們的結晶有順向性。除此以外還有一個問題,好的碳纖維應該是圓柱形的,如圖三:

 

圖三

 

    可是我們有可能做出來的纖維有形狀不太圓,如圖四:

 

 

圖四

 

    還有一點,纖維上不能有小洞,有小洞的纖維是不堅固的。

    要克服以上的問題,我們工程師發現了一些方法,請看圖五:

 

圖五

 

    在製程中,碳纖維是要被放到一個凝固劑裡面去凝固的。在過去纖維是直接放到這種凝固劑裡頭去,我們的工程師改良了這一部分,他們使纖維不直接進入凝固液,而經過一段空氣間隙,如圖六:

 

圖六

 

    因為有這麼一段空氣間隙,纖維會因為重力的關係,使得它內部的結晶區有順向性,也就是說結晶區會都是從上到下的。而且因為有這種空氣間隙,纖維比較圓形。

    還有一個學問,那就是將纖維拉長,可以想像得到的是一旦纖維被拉長,裡面的結晶也會更有順向性。這使我想起我曾經有脊髓內軟骨跑出來的問題,一旦軟骨跑出來就會壓迫到神經,使得我的某一條腿不能行走,醫生就叫我躺下不要站起來,如此就使得我脊髓變直了。而且那個醫生威脅我說如果還不好,就要把我的腿吊到空中,這也就是拉長我的身體,使得脊髓變直。這些工程師將纖維拉長,也就會使得纖維內部的結晶區有順向性。

    可是拉長談何容易?弄得不好,纖維就會斷掉。為什麼他們可以拉長呢?這又牽涉到在製程中他們去掉了纖維上很多的小洞,如果纖維上有很多小洞當然一拉就斷掉了。如何去掉這些小洞的,那是相當複雜的事。我所能知道的是,凝固液的成分就是一大關鍵,這些工程師花了很多時間來設法找到最理想的凝固液。

    這個計畫也是因為有工業基礎技術計畫才能夠做的,先進國家有相當好的碳纖維,我們要有這種高級的碳纖維,不可能向外國買些設備就能做出高級的碳纖維,而是要花苦工的。最高級的碳纖維順向性到90%,我們已經超過了70%,但還是有一段路要走。這種研發的結果當然是很難令一般人瞭解的,可是我們應該感覺到很慶幸,因為我們國家還是有一批相當不錯的工程師,他們對於工業技術有熱情,這是相當重要的事。國家社會都應該鼓勵他們保持這種熱情。

 

李家同

清華大學、靜宜大學、暨南大學榮譽教授 

博幼社會福利基金會董事長

 劃撥帳號:22482053

(300)新竹市光復路清華大學資訊工程系 

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