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蜂窩三明治樑製程

本文從三明治樑的製造著手,改善製作過程,提高樑彎曲剛性,

減低樑質量,將於本章說明製作時遇到的困難及改進方法,並說明製 作方法是否達成目標,之後將相同製程用於製作揚聲板。

2-1 蜂窩三明治樑製作程序

本文欲製作六角蜂窩孔芯和四角孔芯層[7],並應用作為三明治 樑芯層,然而,本文揚聲器的應用上,因為厚度範圍約略固定,四角 孔芯層在目前使用材料下,接合處上膠不易,橫向和縱向的肋條交接 處材料易斷裂,使用玻璃纖維和碳纖維雖然可以克服,但是又因材料 本性而衍生新的問題,見圖 2-1,無法克服製程上的困難,故以六角 蜂窩孔芯樑為探討對象,於本節說明製造方法[8]。

1.先將各紙板於間隔位置處塗膠,見圖 2-2。

2.將各紙板依上下層交錯貼合,裁切成條狀,拉伸成蜂窩狀組織,見 圖 2-3,手動將蜂窩角端成型,紙張區編號與成形後位置見圖 2-4。

3.環氧樹脂及硬化劑攪拌均勻,以滴管控制液面高度,並將已拉伸 蜂窩組織壓入液面,靜置數秒,水平夾起,黏貼在預先裁好的面板 上,放入烤箱以 80 度烘烤 2 小時,蜂窩組織的材料密度越低者,靜

置時間越短,見表 2-1。

4.重複步驟三,此時另一面板尺寸必須大於步驟三黏貼之面板尺寸,

且烘烤時間須延長至 3 小時。

5.以砂帶機加工至尺寸。

如果面層屬天然材料帶有毛邊者,將表面以#200 以下水砂紙加工。

2-2 製程缺陷及改進方法

 試片邊裁切時面板部分產生撕裂,見圖 2-5

改善方法:切削時先使用粗砂帶,之後使用細砂帶並減小切削角度,

見圖 2-6。

 膠量不足產生撥離,見圖 2-7

改善方法:使其中一層面板和蜂窩組織先固化連結後再黏貼另一層面 板,以避免因重力導致膠液流失,見圖 2-8。

 芯層和面層接著部分膠中產生氣泡,見圖 2-9 改善方法:試片於乾燥時進行抽真空。

 樹脂往芯層擴散嚴重,見圖 2-10

改善方法:調整芯層膠浴厚度,見圖 2-11,縮短浸膠時間,見表 2-1,

芯層膠浴後即水平夾出,隨即進行烤乾。

 蜂窩網格大小不均勻

改善方法:塗膠時沿塗膠線預留空間,90 及 100gcm 紙張芯層預留約 0.5 毫米,50,60,70 毫米紙張芯層預留約 0.3 毫米,見圖 2-12,

以避免加壓黏合時膠液滲出格線。

2-3 實驗結果

本文將製程用於揚聲板上,板材抗彎剛性為揚聲板優劣之重要因 素,故本文在剛性的探討上以樑三點彎矩的負載-撓度曲線結果作討 論,於圖上標示單位質量的初始點斜率,試片尺寸為 10 15 120

mm

3

由改變網格大小的三點彎矩實驗曲線,可看出隨著蜂窩網格大小 變小,樑的強度,剛度皆增大,見圖 2-13,單位質量的初始點斜率 於 5 毫米蜂窩網格附近得到較大的值。

由改變試片厚度三點彎矩實驗結果,可看出隨著試片厚度增大,

試片的抗彎剛度增大,單位質量的初始點斜率也增大為原來的約兩 倍,見圖 2-14。

由改變芯層材料種類的三點彎矩實驗曲線,可看出隨著芯層材質 密度增大,樑的剛度有增大的趨勢,見圖 2-15。

由改變面板材料種類的三點彎矩實驗曲線,可看出隨著面板剛度 增大,樑的剛度亦增大,見圖 2-16,同時因當面板不透水時,單位 質量的初始點斜率增加不明顯。

由圖 2-17 可見,採用蜂窩結構作為三明治樑芯層比發泡材作為 芯層的剛度要佳,單位質量的初始點斜率亦較高,本論文製程使蜂窩 三明治板真正可行。

各試片質量如圖 2-18,下面比較樑剛度和單位質量剛度,見圖 2-19 一至四號試片皆採鋁面板,圖示為剛度值,一號試

片蜂窩芯為 50gcm 紙張,蜂窩網格大小 5

毫米

,試片質量 2.27g,

二號試片蜂窩芯為 50gcm 紙張,蜂窩網格大小 7 毫米,試片質量 1.93g,三號試片蜂窩芯為 60gcm 紙張,蜂窩網格大小 5 毫米,試片 質量 2.85g,四號試片蜂窩芯為 60gcm 紙張,蜂窩網格大小 7 毫米,

試片質量 1.88g,五至八號為單位質量剛度,上列數值並未反應出隨 著芯層材料密度越低,試片質量應越輕的現象,可能是因為 50gcm 的 紙張較薄,潤濕性大,試片製作時,沾上膠量較多,故質量反較大,

其中 50gcm 紙張 E=2.48e8Pa,平均單層厚度 0.081 毫米,120gcm 紙 張 E=1.12e9Pa,平均單層厚度 0.088 毫米,鋁箔 E=6.54e9Pa,平均 單層厚度 0.026 毫米。

由圖 2-18 可見,蜂窩網格大小越小,試片質量越大,由圖 2-19 可見芯層材料剛度越大,或蜂窩網格大小越小,試片剛度越大,換算 成單位質量後發現除 Gxy 之外各剛度圖皆顯示芯層材料密度比蜂 窩網格大小的影響大。

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