本章的重點在介紹高分子複合材料的補 強原理、機械性質的預測、破壞的機制與加 工的方式，以作為了解高分子複合材料的初 步。

　　複合材料指的是將兩種以上性質相異的材料結合在一起，而獲得一種結合這
多種組合成份各自優點之材料。複合材料的某項物性有可能不如該組成成份。這
之間是一種物性交換的哲學。目前高分子複合材料很多是用在需求高強度且質輕
地方（例如航空工具、交通工具、運動器具），因此補強功能是一項非常種要的
功能。高分子複合材料常常是將補強材料分散在高分子材料內，因此補強材料即
為分散相（dispersed phase）而高分子為基材（matrix）。

　　複合材料可依分散相的幾合形狀而分類成粒狀、纖維狀及結構複合材料。在
高分子複合材料中以後兩者為主。粒狀複合材料分散相的形狀為顆粒，即其三軸
的尺寸差不多。纖維狀複合材料分散相的形狀為纖維狀，即其三軸的尺寸中一軸
遠大於另二軸。結構複合材料在高分子複合材料中以層狀最常見。

補強原理與機械模式預測
　　在複合材料中，纖維上每一點所承擔的應力均不同。以上左圖表示。纖維的
兩個端點所承擔的應力為零，隨著遠離端點，承擔的應力漸增。而位於　l_c/2　與
1-l_c/2之間的點，將可以承擔施加應力的全部。換句話，與其接觸的基材將不必分
擔應力。因此纖維越長，則能承擔全部施加應力的點越多，補強效果越強。上右
圖則為纖維與基材界面上的點所承擔的剪切應力。在兩個端點最大。

　　最簡單的機械模數預測模式即並聯模式與串連模式

上式中的E與V分別代表機械模數與體積分率。足標c、m、f分別代表複合材料、
基材及纖維。由上圖可以看出纖維排列方式將會影響材料的機械模數。並聯時會
有較佳的補強效果，串聯則否。

　　上式亦可代表長纖維（長度遠長於關鍵長度）排列整齊時，複合材料在纖維
方向與垂直纖維方向的機械模數。

　　若纖維長度接近或小於關鍵長度，雖然排列整齊，補強效仍較長纖維差。

破壞過程
　　首先是產生裂縫，裂縫成長至纖維。然後分成兩部份進行。一部份沿著纖維
與基材界面進行。若碰到纖維的弱處，則纖維斷裂進行纖維的拉出。另一部份沿
著原裂縫方向前進。每一個部份均需能量，因而阻止裂縫產生。在複合材料設計
上即是使每一部份都儘量的吸收能量，以阻止裂縫的成長。因此基材選強而韌者
。基材與纖維的接著要好。纖維要無弱處。

　　由上面理想化的描述已可領會基材與纖維的角色及選則原擇。
基材
　　基材的功能在結合補強物，將應力傳予補強物。保護補強物，防阻化學藥品
、擦損．．．等等。防阻裂縫的成長。因此基材本身的韌性及與補強物之間的接
著非常重要。

纖維
　　纖維的基本選擇是高比強度，即質輕且強。並與基材有良好接著。

　　加工方式
　　與高分子的加工非長類似。主要的不同就是加了補強用的纖維。因此首先就
是將高分子基材與纖維混合，然後加溫反應或流動成型。
　　加工方法有pultrusion

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>(Last Update: Nov. 17, 1997)