纖維強化熱塑性複合材料常被汽車產業用於提高產品的機械性質，並降低翹曲變形問題。傳統的纖維通常為桿狀，且有圓形及不同形狀的橫切面。近來日本東京的紡織品及玻璃纖維製造商Nitto Boseki (NITTOBO)研發出扁平纖維技術[1]，扁纖的橫切面較接近長方形，其扁平率(FR)的計算方式為長除以寬(圖一)。

圖一 一般纖維及扁平纖維

我們將圓形橫切面的纖維稱之為一般纖維。根據其公開專利和報告[1]，扁纖 (寬7 µm，長28 µm，F_R = 4) 充填的熱塑性材料板，翹曲變形狀況顯然比添加一般纖維還要輕微[2]，其翹曲幅度改善了80%。

然而目前的學術研究中，對於扁纖複材知之甚少，甚至連現有的尖端技術也無法模擬扁纖填料的成型過程，使其成為一個相當具挑戰性的難題。因此目前的首要之務是找出可預測扁纖複材強化產品效益的方法。現在Moldex3D最新版本已可模擬先進的扁纖射出成型，以觀察其改善翹曲的情形。以下案例將進行分別含有圓纖和扁纖的複合材料來進行觀察，其玻纖/PP的濃度比皆為0wt%。其中圓纖的長L_F為0.3 mm，纖維直徑為15 µm，展弦比為20；扁纖的長L_F為0.5 mm，扁平率F_R=4，長L_min = 7µm ，寬 L_max = 28µm 。

由圖二的模擬結果可明顯看出，與圓纖相較，扁纖的翹曲變形可獲得明顯改善。此外圖三也顯示扁纖沿著X軸流長的Y方向(厚度方向)位移，比圓纖的還要減少了60%。由此可見，Moldex3D軟體成功模擬出了扁纖的翹曲變形現象，說明了添加扁纖的熱塑性材料在未來可以有更廣泛的應用[3]。

圖二 圓纖(上圖)和扁纖(下圖)的翹曲模擬結果比較

圖三 圓纖和扁纖的Y方向位移比較

Reference Source:

曾煥錩 博士 科盛科技(Moldex3D) 研究發展部 專案經理 台灣交通大學應用化學系博士。主要研究領域包含聚合物流變學、高分子複合材料加工及分子模擬。全新纖維排向模式研究成果獲得美國授予專利，並榮登國際頂尖高分子流變學期刊Journal of Rheology® 2016 。