材料特性分析

塑膠構裝元件中材料的組成包括金屬，半導體與高分子材料等，

這些材料的相互作用與破壞之發生行為為塑膠可靠度研究中極為複 雜的問題，其中水氣引致的破壞即為其中重要的因素之一。量測材料 的吸水性，根據定義：

- 100

(%)

= ×

含水前試片重量

含水前試片重量 含水後試片重量

吸水率

參考 ASTM-D570 測試方法，結果如表 3-1(P.20)。我們發現，電木抗

水性最好，LCP 較耐龍具抗水性，而加入纖維對吸水率有降低的效果。

3-3,P.21)，兩端施予拉力至斷裂。其量測結果如表 3-2(P.20)。耐龍添 加碳纖與鋼絲的強度與電木接近，約在 50Mpa 以上，而添加玻纖則 強度較強，可達 90Mpa 以上。

我們利用顯微鏡觀察材料，以便分析其纖維分佈與長度。當觀察 耐龍與碳纖，鋼絲混合的材料時，發現鋼絲混合情形較差。圖 3-4(P.23) 即為將耐龍與碳纖，鋼絲混合圓片的表面放大 10 倍所得，其中白色 纖維束狀部分即為鋼絲（長 4mm，直徑 11μm），鋼絲幾乎無分散均 勻。圖 3-5(P.23)為放大 200 倍觀察碳纖與鋼絲混合耐龍，鋼絲除了分 散不均外，可發現鋼絲與碳纖之間有許多空隙，將會降低材料特性。

圖 3-6(P.24)為無鋼絲的區域，碳纖與耐龍的分佈情形。白色纖維狀為 碳纖部分，分佈均勻呈現網狀。由於耐龍無法導電，鋼絲分佈又相當 不均勻，故可得知屏蔽效果是以碳纖維為主要的影響因素。在進一步 的研究上，若鋼絲與碳纖要混合均勻，變數較多，複雜度將提高。於 是實驗時塑膠材料以先加入碳纖維為主。

利用液晶高分子與碳纖的混合後，以熱壓縮法製作圓片。原料須 分次放入模具，且放入部分原料之後緩慢壓縮並保持非完全密合的狀 態約數分鐘，待原料加足後再使之完全緊閉。若一次全部壓縮，由於 原料尚未融化且顆粒之間有空隙，會造成相當多的氣泡。圖 3-7(P.24)

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為因排氣問題而產生的的氣泡，直徑約 0.2mm。圖 3-8(P.25)為 10%

碳纖與液晶高分子的混合，分佈相當均勻。白色點狀部分因纖維排列 朝觀察者的方向，故橫切面為圓形或橢圓形。圖 3-9(P.25)為混合 40%

碳纖的液晶高分子，其含量較高，明顯呈現網狀。圖 3-10 與 3-11(P.26) 則更清晰觀察碳纖維的外觀以及與液晶高分子接合處，並無孔隙與氣 泡產生。

表3-1不同材料的吸水率量測結果

0.1%

LCP+30%碳纖

0.2%

LCP+10%碳纖

1.2%

LCP

3.45%

PA66+碳纖+12%鋼絲

6.56%

PA66+12%鋼絲

4.47%

PA66+玻纖+12%鋼絲 電木 ~0%

吸水率 待測材料

試件 PA66+玻纖+12%

鋼絲

PA66+碳纖+12%

鋼絲

電木 斷 面 積 （A₀） 36mm² 36mm² 60mm²

長度（ L₀） 50mm 50mm 50mm

負載（ P） 3.25kN 1.96kN 3.106kN 應力（ P/A₀） 90.28MPa 54.44MPa 51.974MPa 位 移 變 形 量 (δ ) 3.7mm 10.6mm 1.0mm 應 變 （ δ/L₀） 7.4% 21.2% 2%

表3-2 機械強度量測結果

13mm 19mm

7mm

57mm

115mm 165mm

圖3-3 機械強度量測之拉伸試片

加熱器 模具

原料

圖3-1 熱壓縮成形法

圖3-2 雙螺桿壓出機結構圖

減速馬達

LCP碳纖 減速馬達

抽氣口 出料口

圖3-5 耐龍與碳纖，鋼絲混合情形（X200）

圖3-4 耐龍與碳纖，鋼絲混合情形（X10）

圖3-6 耐龍與碳纖混合情形(X100)

圖3-7 LCP與10%碳纖混合(X50)

圖3-8 LCP與10%碳纖混合情形(X100)

圖3-9 LCP與40%碳纖混合情形(X100)

圖3-10 LCP與10%碳纖混合情形(X200)

圖3-11 LCP與40%碳纖混合情形(X200)