【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

張貼日期：2017/6/8 上午 07:48:34

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

網站http://erdos.csie.ncnu.edu.tw/~rctlee/article/index.htm

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