Abstract
高強度及高剛性的碳纖維強化聚二醚酮(polyether Ether Ketone: PEEK)及聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide: PPS)等高性能熱塑性複合材料, 由於具有較佳的破壞韌性及抗脫層性, 目前已被大量使用於航空, 太空工業之零組件及結構件上, 並經廣泛之評估(59)。高級複合材料(Advanced composite materials)應用於航空器中, 當其在飛行時, 常會受到冰雹或飛鳥的撞擊, 而這些硬物的撞擊, 結構件之外表不易看出有任何破壞, 但材料之各種性質卻顯著的降低, 而又因為其受撞擊後又曝露在溫度, 濕度及化學品等外在環境的影響, 更進一步的使材料性質劣化, 降低材料性能, 本研究旨在在針對此情形, 探討碳纖維強化聚二醚酮(PEEK)及聚苯硫醚(PPS) 樹脂熱塑性複合材料之受撞擊破壞情形及受破壞後之環境安定性, 研究的重點包括:1.複合材料在各種撞擊能量下之破壞情形, 對機械性質等之影響。2.經撞擊後複合材料之樹脂基材, 纖維╱樹脂界面及複合材料整體受浸水老化, 航空油料侵蝕等之影響; 研究項目包含吸濕及吸溶劑之影響, 複合材料之破壞形態, 機械性質的改變情形。本研究結果顯示PEEK╱C.F.及PPS╱C.F. 均會受到撞擊及撞擊後環境效應之影響, 而使材料性能改變。撞擊會導致複合材料之脫層, 纖維斷裂及樹脂破裂情形, 而使結構受損, 並進而降低材料之機械性質。PPS╱C.F。而在角度排列效應部份, 撞擊破壞由脫層所支配之[±45╱O ] 也有比由纖維斷裂及樹脂破裂支配之[O ╱±45 ╱90 ╱±45] 由於有比[O ╱±45╱90 ╱±45] 較厚之厚度, 因此, 其破壞面積及情形均小於[O ╱±45 ╱90╱±45], 並且較佳之機械性質保持率。撞擊後材料之環境安定性方面, PEEK╱C.F.及PPS╱C.F. 未撞擊及經撞擊後材料之吸收行為均屬於Fickian Diffusion 方式, 而浸於80℃熱水中之PEEK╱C.F.及PPS╱C.F. 均會有膨潤(swelling), 微孔(microcavity) 之破壞, 使材料之機械性質下降, PEEK╱C.F.是由膨潤微孔所支配, 而PPS╱C.F. 則受額外結晶影響。當材料浸於JP-4中, PEEK╱C.F.在受高能量撞擊時, 由於纖維╱樹脂界面裸露的較多, 吸油後會有脫鍵(debonding) 行為發生, 並進而降低機械性質, 而PPS╱C.F. 則是由原本即已不佳的界面來支配性質之下降。