碳纖維樹脂基複合材料真空輔助轉注成型研究-以縮小比例(1/5)汽車引擎蓋為例

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陳俊豪(Chun-Hao Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系在職專班

論文名稱

碳纖維樹脂基複合材料真空輔助轉注成型研究-以縮小比例(1/5)汽車引擎蓋為例
(Process development and experimental validation of composites carbon fiber reinforced plastics(CFRP) vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) technique ---1/5 scale down automobile bonnet model as an example.)

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摘要(中)

本碩士論文以低成本非熱壓釜為主要製造程序之研究工具，並以汽車輕量化 CFRP 碳纖維強化樹脂基複合材料零組件與汽車引擎蓋開發為載具，進行系統化研究，主要研究範圍包含轉換設計，製程參數實驗模擬，真空輔助樹脂轉注滲透成型製程(VARTM) 應用，縮小尺寸比例模型(1：5)實例等實際開發程序。主要研究著眼以最低成本模擬真正產品的實際驗證，從基礎物性檢測、積層平板試作、複合材料的特性、古典層殼理論、強化樑肋三明治架構試作、最後以複合式VARTM 快速成型製程整合、匯整各製程缺陷比較優劣、進行複材表面處理，整體過程中希望能夠將此低成本高效率 CFRP 複合材料 VARTM製程予以徹底熟練，進一步藉此成功轉換成汽車零組件。

關鍵詞：碳纖維、樹脂基複材、真空輔助轉注成型

摘要(英)

ABSTRACT

Low-cost non-autoclave, lightweight carbon fiber reinforced resin matrix composites (CFRP) components are widely used in automobile industry. This thesis is used a smaller-scale model (1:5) of automotive bonnet as an example, to systematically investigate the key issues in the development and implementation of assisted resin transfer molding process (VARTM) technology.
Key issues such as development conversion design, simulation process parameters of VARTM and prototyping flexibility. In conclusion, this thesis successfully implements the developed process to fabricate low cost efficient CFRP composite bonnets using the VARTM process. It is believed that future successful implementation and conversion of existing car components via the process flow of this thesis can be of great commercial value and very promising in the lightweight construction of various industries.

Key words : Carbon Fiber、 Resin Matrix Composites 、Vacuum Assisted Resin Transfer Molding( VARTM)

關鍵字(中)

★ 碳纖維
★ 樹脂基複材
★ 真空輔助轉注成型

關鍵字(英)

★ Carbon Fiber
★ Resin Matrix Composites
★ Vacuum Assisted Resin Transfer Molding

論文目次

目錄　　　　　　
中文提要 ……………………………………………………………… i
英文提要 ……………………………………………………………… ii
誌謝 ……………………………………………………………… iii
目錄 ……………………………………………………………… iv
圖目錄 ……………………………………………………………… vi
表目錄 ……………………………………………………………… xv
符號說明 ……………………………………………………………… xvi

一、緒論………………………………………………………… 1
1-1 前言………………………………………………………… 1
1-2 世界環保…………………………………………………… 1
1-3 國內環保…………………………………………………… 2
1-4 節能減碳的大趨勢………………………………………… 2
1-5 碳纖維及其材料的發展…………………………………… 4

二、
文獻討論與回顧…………………………………………… 9
2-1 專用的汽車複合材料……………………………………… 9
2-2 「Applied Composite Material;應用複合材料」
於2013年 4月，曾刊載…………………………………………… 9
2-3 高分子基聚合物複合材料的基本法則與原理……………… 10
2-4 複合材料的市場…………………………………………… 17
2-5 高分子聚合物複合材料在汽車方面的使用趨勢………… 19
2-6 綜合汽車零部件的製造技術……………………………… 21
2-7 廣泛系統性應用碳纖維強化高分子聚合物複合材料CFRP
於汽車零組件……………………………………………… 34

三、研究主題方法架構與動機………………………………… 36
3-1 轉換1/5雛製品CFRP碳纖維強化複材VARTM快速製程應
用，導入碳纖維強化複合材料系統於車輛零組件中…… 36
3-2 架構1/5碳纖維引擎蓋雛製品CFRP輕量化汽車零組件VARTM
複合式快速製程模擬實例，Audi A4汽車複材引擎蓋簡介
……………………………………………………… 43

四、應用技術…………………………………………………… 51
4-1 碳纖維複材平板構件試作及基本疊層設計原理………… 51
4-2 TC-36S 12k斜紋FAW400(g/m2)VARTM碳纖平板標準試作
簡介………………………………………………………… 54
4-3 完成平板機械物性測試片裁切…………………………… 61
4-4 碳纖維強化積層平板複材構件基本疊層設計原理……… 66
4-5 古典層板理論簡介………………………………………… 83
4-6 獲取物性數據資料………………………………………… 97

五、碳纖維複合材料之檢測實驗依據………………………… 98
5-1 碳纖維複材組成的樹脂基本物性測試…………………… 98
5-2 樹脂基本化性測試………………………………………… 98
5-3 碳纖維複材積層塊的物性及機械性質測試……………… 98
5-4 碳纖維複材基本纖維布料物性…………………… 100
5-5 碳纖維複材樹脂基本性質檢測…………………………… 107
5-6 碳纖維複材樹脂系統預達成的目標值…………………… 118
5-7 碳纖維複材疊層板構件ASTM物理性質檢測…………… 120

六、研究實驗方法……………………………………………… 156
6-1 整體複合式製程設計、應用重點流程………………… 156
6-2 複合式製程1/5比例引擎蓋快速成形VARTM製程整體
流程………………………………………………………… 159
6-3 探討汽車引擎蓋輕量化概念設計需求改為碳纖複材疊層
設計………………………………………………………… 161
6-4 基本碳纖維複材平板疊層設計應用CAE工程分析……… 168
6-5 設計製作內板件轉換成三明治夾層結構PU硬質發泡塊
強化樑肋…………………………………………………… 170
6-6 執行1/5碳纖維複材引擎蓋複合式(VARTM+三明治夾層
結構)製程方法1~9項。………………………………… 176

七、研究實驗探討……………………………………………… 207
7-1 本研究重要探討…………………………………………… 207
7-2 本研究重要貢獻…………………………………………… 207
7-3 未來研究方向……………………………………………… 224

八、結論 ………………………………………………………… 227
參考文獻 ……………………………………………………………… 228

參考文獻

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指導教授

傅尹坤(Yiin-Kuen Fuh)

審核日期

2016-4-6

推文