鋁合金/APC-2奈米復(fù)材積層板之高溫機(jī)械與疲勞性能之探討

論文作者：臺(tái)灣中山大學(xué) / 宋宜駿

指導(dǎo)教師：任明華《研究領(lǐng)域：復(fù)合材料力學(xué)、疲勞力學(xué)、破壞力學(xué)、顯微力學(xué)。》

本文主旨在于研制鋁合金/碳纖維/聚醚醚酮三明治結(jié)構(gòu)創(chuàng)新奈米復(fù)合材料積層板，及深入探討其奈米復(fù)材積層板在室溫及高溫環(huán)境下之機(jī)械性能、鉆孔機(jī)械性能、疲勞曲線及疲勞極限，并觀察其破壞機(jī)制將結(jié)果分析、討論并提出結(jié)論。

首先，為了克服未經(jīng)表面處理之鋁合金在復(fù)合材料制程上常見(jiàn)之脫層問(wèn)題，本文在材料前處理上采用二種常見(jiàn)之鋁合金表面處理法，分別為鉻酸化學(xué)蝕刻法及鉻酸陽(yáng)極處理法，二種方法經(jīng)由一系列之實(shí)驗(yàn)與結(jié)果數(shù)據(jù)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)鉻酸陽(yáng)極法擁有更好的抗脫層表現(xiàn)，且在機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果中也優(yōu)于鉻酸化學(xué)蝕刻法。

制程方面，碳纖維/聚醚醚酮奈米復(fù)合材料積層板則采用二種迭序，分別為十字迭與類似均向迭，再與經(jīng)由表面處理后之2024-T3鋁合金薄板熱壓成型，制成鋁合金/碳纖維/聚醚醚酮三明治結(jié)構(gòu)創(chuàng)新奈米復(fù)材積層板，其奈米復(fù)材積層板經(jīng)由ASTM D3039規(guī)范切割成試片，并采MTS-810萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)獲得其機(jī)械與疲勞性能。

在機(jī)械性能上，經(jīng)由實(shí)驗(yàn)獲得不同迭層在室溫及高溫下之應(yīng)力-應(yīng)變曲線，將其結(jié)果分析并得出預(yù)測(cè)模型，其預(yù)測(cè)應(yīng)力-應(yīng)變曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，特別在轉(zhuǎn)折點(diǎn)之預(yù)測(cè)也相當(dāng)準(zhǔn)確。在鉆孔試片上，本文將改良型PSC預(yù)測(cè)模型延伸成高溫改良型預(yù)測(cè)模型，并用此延伸模型預(yù)測(cè)室溫與高溫下之鉆孔殘留強(qiáng)度，其預(yù)測(cè)結(jié)果再與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比對(duì)下相當(dāng)準(zhǔn)確。

疲勞性能方面，經(jīng)由實(shí)驗(yàn)獲得不同迭層在室溫及高溫下之應(yīng)力-疲勞周期曲線與疲勞極限，分析并驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其預(yù)測(cè)疲勞曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。