碳纖維(carbon fiber)為比鐵及混凝土輕且強韌的材料,應用於航太領域、產業領域,以至於運動用品等各式各樣的產品。在此介紹使用數位顯微鏡觀察、量測碳纖維的案例。

使用數位顯微鏡觀察、量測碳纖維

何謂碳纖維

以約1000°C的高溫燒烤稱為PAN原絲的壓克力纖維(聚丙烯腈纖維)並使之碳化的纖維。 PAN原絲的直徑為每條5至15微米,僅頭髮的約十分之一,但是拉伸強度約為鐵的10倍,密度(單位體積的質量)約為四分之一,比強度(單位重量的強度)約為40倍。除強度(抵抗破壞的能力)之外,該材料在彈性率(抵抗變形的能力)方面也很優異。

何謂CFRP

CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic:碳纖維強化塑膠)為FRP的一種。
FRP為組合兩種以上材料的複合材料(composite material),以塑膠為母材,添加纖維做為強化材,達到高剛性及高強度。FRP之中,將碳纖維(carbon fiber)做為強化材添加的材料稱為CFRP。除了高剛性及高強度,此類材料也具備導電性、耐熱性、低熱膨脹性、自潤性、X光穿透性等特徵。
雖然是非常優秀的材料,但是價格比GFRP(玻璃纖維強化塑膠)高。
而且,也有難以加工、顏色暗沉且表面會變成纖維形狀等缺點。

碳纖維的活用案例

碳纖維廣泛活用於各種產業。在此介紹主要活用案例。

汽車、機車
用途:車頂、擾流板、座椅框架、輪框、排氣管護蓋、車身框架
太空產業
用途:火箭、人造衛星零件
航空產業
用途:機身、直升機螺旋槳
鐵路
用途:車身、車輛台車
工業機械
用途:機械手臂零件、搬運裝置的手部、臂部、框架
電氣產品
用途:PC機殼、殼體、智慧型手機外殼
日用品
用途:眼鏡、太陽眼鏡框架、安全帽
壓力容器
用途:CNG桶槽、氫氣槽、消防用氣瓶
醫療器材
用途:X射線拍攝機台天板、X射線底片卡匣
福利、護理
用途:輪椅、義肢、輔助服
運動產業
用途:高爾夫球桿桿身、網球拍、自行車車架
休閒產業
用途:釣竿、帆船、遊艇、滑雪雙板、滑雪單板

使用數位顯微鏡觀察、量測碳纖維的案例

以下介紹使用KEYENCE的4K數位顯微鏡「VHX系列」觀察、量測碳纖維的最新案例。

碳纖維截面的觀察
VHX-E2500 2500× 同軸落射照明
CFRP積層板的裂痕觀察
ZS-200 1000× 同軸落射照明+影像連接
使用影像連接功能,可以高解析度觀察大範圍。
車身碳纖維布的觀察
VHX-E20 20× 環狀照明
Optical Shadow Effect Mode影像
VHX-E20 20× 環狀照明
Optical Shadow Effect Mode+Color影像
即使不使用SEM,也可透過Optical Shadow Effect Mode觀察纖維的細微凹凸。
高爾夫球桿桿身截面的自動面積量測
ZS-200 1000× 同軸落射照明 量測前
ZS-200 1000× 同軸落射照明 自動面積量測後
使用自動面積量測功能量測碳纖維的面積率,分析高爾球桿桿身的強度及重量。
燃油箱截面的自動面積量測
VHX-E500 2000× 同軸落射照明 量測前
VHX-E500 2000× 同軸落射照明 自動面積量測後
以往是由人花費時間量測碳纖維的面積率,現在使用自動面積量測功能,任何人都能正確量測。