尼龍與短碳纖的複合材料製程

尼龍與短碳纖（耐特）的混合材料其製作過程與尼龍與長碳

纖的混合材料製程相同，但需注意的是因為短碳纖外觀猶如棉 絮一般較輕且膨鬆，在加入時需另外用竹筷子束將碳纖與尼龍 一起壓入雙螺桿押出機中，否則短碳纖很容易積在入口處形成 架橋而不能跟尼龍材料混合。

另外還有尼龍與鋼絲（圖 3.2d）的混合材料，尼龍與鋼絲的 混合材料其製作過程和尼龍與碳纖的混合材料製程相同，但需 注意的是因為鋼絲比較堅硬，且比重較大，成形性差，摩擦力 大，需調高設定溫度以及並隨時注意轉速，以免材料遲滯導致 混合比例不均勻，而鋼絲混合塑料的製作過程對於螺桿的傷害 也很大，需特別留意。

3.1.4 液晶聚合物與長碳纖的複合材料製程

液晶聚合物（E6000，華宏新技，圖 3.2f）與碳纖的複合材 料其製作過程亦和尼龍與碳纖的複合材料製程相同，但液晶聚 合物之融化溫度更高（融點 350℃，雙螺桿押出機 9 段的溫度設 定分別設為 360℃、350℃、350℃、350℃、340℃、320℃、320

℃、320℃、300℃，馬達轉速 200rpm∼500rpm，），因液晶聚合 物原料為黃色粉末，在加入時需注意不要吹到外面或是吸入肺

機將無法切斷的材料打碎備用。

除此之外，因為液晶聚合物的融點較高，用聚乙烯較無法清 洗乾淨，往往在入口管壁就融化了，因此在清洗時需特別費心 處理，因過熱而熱裂解的材料亦需要清除乾淨。

由實驗結果我們得到以下結論：

一、 各段溫度參數之設定以材料特性表為基準，依照輸出情形（原 料穩定度，柔軟性）作參考並調整，直到調出最佳之經驗值。

此實驗中溫度設定比材料融化溫度高 20℃左右。

二、 經由螺桿元件之改變，調整各段的排列結構使材料之混合均勻 且出料穩定。例如碟形的元件（非螺旋狀）雖可提供高剪切力，

使原料輸送至此區能混合更均勻，但此段無將材料向前輸送的 作用，會降低流速，造成纖維的囤積。故需依材料特性權衡設 計不同的螺桿組合。

三、 碳纖長度無法太長，否則容易造成出料不穩定，產生混合不均 勻、纖維向外突出，甚至出口阻塞的現象。由於我們使用的碳 纖長度較長（5mm），故混合時需注意溫度、馬達轉速等參數，

並注意電流負荷變化以免跳機或引起阻塞。

四、 輸出之原料若均勻，則可由剪切機切成長圓柱狀顆粒，以便下 一階段成形作業使用。若不甚均勻，可利用打碎機打碎再回收，

重新加入雙螺桿押出機內加熱混煉。但材料特性（強度、融點）

會受影響。

3.2 製作方法

在此我們討論如何製作並加工量測用的圓片，以及具方向性 薄板的方法。

3.2.1 壓縮成形

得到混合完成的原料後，我們利用壓縮成形（Compression Molding， 圖 3.3）製作測試圓片。使用壓縮成形的優點有：

設備費用低、 可成形任何塑膠材料、 成形品配向性小（熔 融材料流動距離短）、 材料損失少。在使用壓縮成形製作時，

因各材料之融點不同而有不同的設定範圍（尼龍約 250℃，液晶 聚合物約 350℃），且為熱塑性塑膠，需快速的升降溫度（若為 熱固性塑膠如酚醛樹脂、環氧樹脂、尿素樹脂則不需如此），故 於模具中另外設置四根各 500W 之加熱管及不銹鋼遮罩，以加速 溫度上升（約半小時可達）。而降溫則使用風扇加速空氣對流，

使溫度降至 200℃以下（約半小時）後即可取出成形之圓片。

100℃，烘烤 3 個小時以上以去除水分。

二、 將模具之公母模版（圖 3.4）分別固定於壓縮成形機的 上下模版固定槽內，並將加熱管固定於模具上，插上 電源。

三、 用銅刷將模具內部所殘餘的雜料與附著物清除乾淨，

以免製作完成的成品黏在模具上。

四、 在模具上噴上少許的 silica oil 作為離形劑以助脫模，

並用抹布沾少許機油擦拭表面，使離形劑均勻並除去 過多的離形劑。

五、 開啟壓縮成形機之加熱電源，將模具閉合，並加上不 銹鋼隔離罩，模具設定為材料之成形溫度（約融化溫 度-20℃，在此尼龍為 220℃，液晶聚合物為 320℃），

所需時間約 30∼40 分鐘。當溫度到達後，關閉電源，

使整個模具溫度均勻。

六、 將烘烤完畢的材料以燒杯量約 100 ml 的材料，並均勻 的置於已加熱之模穴內。

七、 逐漸將上下模版關閉，並鎖模加壓。在壓緊的過程中，

約需再添加數次材料，以免成品中有太大的空隙。

八、 鎖模後保持壓力（150 噸）開始清除溢出料，並用電

風扇開始吹模具來加速空氣對流幫助散熱。

九、 當溫度降至 150℃時，打開模具，並將成品取出，去 除毛邊及殘餘材料（圖 3.6）。

十、 圓片做出之後，將殘餘在模具上的材料清除乾淨，此 時再將電源打開加溫，並噴上離形劑以便繼續下一個 成品之製程。