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創新製程 Vacuum Carbon Process 碳纖維進化系列報導 (5)


刊登時間: 2014/04/12

國內首見新製程 樹脂轉注成型技術
經過上述介紹,其實手工披覆與熱壓成型皆有其優缺點,為了達成碳纖維的使用普及率,早在歐美國家發展出另一種碳纖維成型方式:樹脂轉注成型。RTM樹脂轉注成型(Resin Transfer Molding)就是俗稱的抽真空,是一種低壓、使用密閉容器的複合材料製造方式,簡單來說,不需要額外加壓、非開放空間(模具),就可以將所有原料透過抽真空、且同時注入樹脂的方式緊密黏合,完成複合材料的製作。

抽真空成型之所以會被重視的原因,就是所使用的模具為樹脂模,成本可比熱壓成型減少許多。

產品無尺寸限制 原料進口高單價
達信國際近年來積極開發碳纖維市場,也發現上述兩種碳纖維成型技術無法滿足日漸增多的市場需求,因此利用國外參展的機會,充分了解RTM樹脂轉注技術在空力套件上的運用,並在約三年前開始試作。達信國際將利用此技術製成的產品命名為「Vacuum Carbon」(抽真空碳纖維),製程中不需加壓、加熱,所以模具與製作FRP件相同、為樹脂模,改善熱壓成型需要使用鋼模生產的高成本。


在模具表面塗上膠殼之後,就會鋪上一層碳纖維布,施工者會把所有菱角壓出來,讓成品細節更為精緻。

再鋪上螺紋布、針扎棉以進行補強動作,若是要用抽真空製程來製作玻璃纖維製品,就會在螺紋布與針扎棉之間加入玻璃纖維布。

接下來就是所謂的離型布、導流網的鋪陳,到這裡前置作業才算完成,其實過程比手工披覆製程繁雜許多。

抽真空碳纖維的製程其實與FRP成型有些雷同,先在樹脂模內塗上膠殼,同樣是方便成品脫模用,再貼上碳纖維布,達信國際使用4k的碳纖維布,除了碳纖維絲密度剛好、花紋較為漂亮之外,也能有效控制重量,而在經過達信國際三年來的嘗試,4k碳纖維也正好符合抽真空成型的需求。接下來就是將一層一層的進口原料依照順序貼附上,像是補強用的螺紋布、針扎布、離型布,或是增強樹脂黏著性的導流網等,每個原料、步驟缺一不可,就連為了讓模具變成密閉容器的真空袋,也在之前試作中因為厚度不足而產生密閉不良的問題,所以真空袋也訂做專用型式。

最後用來封閉模具的真空袋也必須是專用品,若是真空袋的厚度不對,很容易在抽真空時破損。

將導流管連接之後,一端為抽真空機、另一端為樹脂,靠真空將樹脂吸入就可以讓所有原料黏合,至於抽真空機被達信國際視為機密,所以看不到抽真空機的廬山真面目。

其實抽真空原理並不難,在真空袋兩端留著兩條導流管,一條連接黏著用的樹脂,另一條則是連接抽真空機,抽真空機內部會形成真空狀態,當開啟時會將模具內的空氣抽入真空機中,而這時,另一端的樹脂會因此被吸入模具中,待樹脂流到另一條導流管時,表示模具已被樹脂填滿,等樹脂乾燥之後,再行脫模完成打模、修補、噴金油等後續加工。而此製程有何優點?抽真空成型可讓成品細節更加完整,成品厚度約1.5mm(手工披覆碳纖維件厚度約6mm),也只比熱壓成型厚一點,以福特野馬的引擎蓋來說,抽真空成型產品重量約8公斤(包含強化內骨),可展現碳纖維件的輕量化優勢。

這是達信國際早期試作時所用的抽真空設備,不過隨著成品體積變大,這種小泵浦的力量不夠,此設備已經丟置一旁不使用了。

樹脂乾燥之後就會變成圖中的樣子,摸起來感覺很像泡水之後乾掉的紙,達信國際表示,這是辨別是否為抽真空製程最容易的地方。

達信國際表示,目前抽真空碳纖維產品的價格仍高,主要原因是製程中所需要的多數原料需向國外購買,若是能在國內取得這些原料,價格會更有競爭力;與手工披覆碳纖維作比較,同樣一片野馬引擎蓋,手工披覆的成品價格約1萬元左右,但如果是抽真空成型,價格約2萬5千元左右,價格差異性頗大。目前達信國際的抽真空碳纖維產品以外銷為主,且以BMW、M.Benz以及美系Muscle Car車型居多,國內的能見度還不高,倘若知名度提升之後,會有更多對應車型推出市面。

成品脫模之後可以明顯看到產品已經成形,但仍需要打摸、噴金油等加工過程才算完成。

目前達信國際的Vacuum Carbon產品主力在外銷市場,國內能見度不高,不過參加本刊OP盃的鋐泰86賽車就使用了Vacuum Carbon產品,讀者下次來到大鵬灣賽車場,可以近距離看看Vacuum Carbon的厲害之處。