PLAS TECH No.9

複材成型不是未來，是現在｜碳纖與玻纖材料的射出應用現況

當輕量、高強度走進日常製造現場

當產品不只要「輕」，還要「強」、「穩」、「耐熱」，碳纖與玻纖增強塑膠（CFRP/GFRP）便成為最受關注的解方之一。

過去這類材料多用於航太或賽車工藝，但如今，透過射出成型工法，短纖複合材料已能進入日常產線，從電動工具到車用件，從筆電到踏板結構，它們早已不是未來式。

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01｜什麼是射出級複合材料？

射出級複材主要指的是添加短纖維（Short Fiber）於熱塑性塑膠基材中的材料，藉由纖維強化塑膠結構，提高其強度、剛性、耐熱性與尺寸穩定性。

常見搭配如下：

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技術原理：射出級短纖複材是怎麼來的？

複材射出用料通常是 短切纖維（3~10 mm）與熱塑性樹脂預混（Compounding） 而成，製作成粒狀後可直接於射出機使用。

常見纖維增強選項：

• 玻璃纖維（Glass Fiber, GF）：常見強化材，價格合理，提升剛性、尺寸穩定性與耐熱性。
• 碳纖維（Carbon Fiber, CF）：比 GF 更輕且模量更高，適用於強度需求極高與輕量化關鍵元件。
• 芳綸（Kevlar）纖維：提升抗衝擊韌性，耐磨性高但價格高昂。

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02｜常見材料與應用場景詳解

射出複材的優點是什麼？

1. 輕量但堅固：GF／CF 可提升 30–200% 的強度與模量，密度卻比金屬低。
2. 尺寸穩定性高：纖維限制材料熱膨脹與翹曲，有助於高精度產品設計。
3. 耐高溫與耐疲勞性提升：適合高熱環境（如引擎艙）或重複應力的零件。
4. 可量產，與模具／機台相容：相較手糊、層壓等複材工藝，射出成型具備更佳自動化與產能。

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03｜設計與成型注意事項：這不是只加材料就能完成的事

✅ 纖維排列方向影響強度

• 纖維沿射出方向排列 → 縱向強度佳、橫向可能脆裂
• 可透過多澆口設計／模流分析控制纖維取向
• 複雜產品建議以包覆件或疊層結構補強非主方向區域

✅ 模具設計需強化耐磨與流動穩定

• GF／CF 對模具磨耗大 → 建議使用 高硬度鋼材（如 S136、H13） 並進行表面處理（氮化／鍍層）
• 流道與澆口需有R角過渡，避免纖維斷裂或堆積
• 建議模具冷卻均勻佈局，避免厚薄不均造成填充壓差與翹曲

✅ 成型參數建議範圍（以 PA6+30GF 為例）

• 料筒溫度：250–280°C
• 模具溫度：80–100°C
• 注射壓力：800–1200 bar
• 保壓時間與冷卻時間：依產品厚度與模具冷卻效率調整

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04｜設計端需注意的幾個實務問題

① 流動性下降：纖維越長、添加量越高，材料流動性越差，易造成充填不良或氣泡。

➝ 建議：避開過薄壁設計，或改以局部強化搭配主體。

② 模具磨耗：GF／CF 對模具鋼材磨損性高，應使用高硬度模具（如 H13、S136H）並設置流道過渡圓角減緩切削。

➝ 建議：如需大量量產，考慮 PVD 鍍層或表面氮化處理。

③ 纖維取向與強度異向性：射出方向與纖維方向一致處強度高，垂直方向可能強度低或易脆裂。

➝ 建議：設計時評估受力方向與填充路徑，並必要時使用模流分析。

④ 表面粗糙與銀絲紋：特別是碳纖增強塑膠，容易出現銀白色紋理、毛邊與色差問題。

➝ 建議：調整射出壓力與速度，或進行表面噴塗、拋光處理。

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05｜複材選擇建議：何時該導入短纖強化料？

結語｜複材射出，設計、材料與加工之間的三角平衡

複合材料的應用，不只是「換個料」那麼簡單。

你必須理解它的物理特性（纖維排列與收縮行為）、加工條件（高壓、高溫、磨損性）與模具設計（流道、澆口、強化區）才能真正掌握它的優勢。

當你面對的是高階結構件、機構耐久需求、或輕量化任務——複材不是未來，而是現在的解答。

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