拥有自动感测机能的智能型纤维复合材料发展与分析（下）

　　动 作
　　拥有动作机能的智能型复合材料有三种目标。即降低振动阻尼和噪音，可控制形状复合材料以及损伤阻力的提高和修复。为了改善复合材料的阻尼特性，许多作动器素材都使用压电组件、形状记忆合金、ER流体。材料阻尼的手法也能应用在降低复合材面板振动所引起的噪音用途上。可控制形状的复合材料可以制造像没有襟翼的翼般无铰键结构。在此，利用胶合板内的热膨涨系数的差异胶合作动器也列入可控制形状的复合材料的分类。复合材料的修复是一项极为重要的主题。这是因为基体内或界面的局部裂纹会使复合材料的性能降低的缘故。提高复合材料的损伤阻力可应用高输出作动器而达成。
　　降低振动阻尼与噪音
　　为了改善复合材料结构物的振动阻尼，有许多构思方案被提出。这些想法可区分为被动式阻尼和主动式阻尼。在被动式阻尼的设计概念下，为了形成阻尼要素而使复合材料结构物系统在特定的周波数领域拥有最高的阻尼特性。根据此种想法所设计的结构物并不需要制造阻尼动力能源。相对此主动式阻尼则是应用拥有动力能源之作动器，来控制结构物的阻尼特性想法。拥有主动阻尼机能的结构物，在广泛的周波数范围内具有良好的阻尼特性，所以能够建构可以抵抗突发性振动的结构物。从阻尼要素的观点来看，复合材料结构物的阻尼可区分为结构系统阻尼和材料阻尼两种概念。结构系统阻尼的想法将阻尼器作为使整个系统的振动能源消散的结构组件使用。在此想法下，复合材料组件并不看好是高阻尼材料。反倒是复合材料组件的阻尼特性系利用材料阻尼的手法加以最适化。接着以使用作动器之材料阻尼为焦点进行说明。
　　压力型陶瓷(PZT)、压力型高分子(PVDF)，ER流体或形状记忆合金(SMA)的使用为材料阻尼。这些作动器要素系制成薄膜或纤维状，所以可贴附或埋设在复合材料中。与粘接的PZT面料交错的CFRP胶合板对振动的被动式阻尼有效用。并有将ER流体封入CFRP胶合板之间，使用与埋设的PZT膜作为作动器并用混合智能型系统，导入新型的最合适的控制系统，可有效进行振动控制。这些实验以及理论的结果显示，混合系统拥有良好的阻尼特性。使用与CFRP胶合板密封之ER流体所构成的阻尼层，研究主动阻尼。外侧的CFRP皮层为拘束层，内侧的皮层为电极，分别动作。此种阻尼特性可以由施加电场来控制。埋设被动式阻尼想法所设计的SMA电线之CFRP胶合板显示能够获得良好的阻尼性能。
　　降低噪音是材料的振动控制的应用。但是，需要不同于材料阻尼的控制系统。那是因为振动模态和音响动力模态不同所致。因此有复合材料胶合板所发之音响动力模态的分析模型。由面板贴附压力型陶瓷，就能够加以控制发生在复合材料面板上的噪音。
　　可形状控制的复合材料
　　为利用大变形作动器加以驱动形状可控制复合材料时，需要低的硬挺性。因此，技术适用于贴薄薄的复合材料或是皮层。另有使用分布PZT和PVDF之悬臂梁状结构物的振动和形状控制的报告。此种技术被应用在卫星天线的柔软性结构的控制上。许多很特别的构思连同作动器被提出。使用可大变形的复合材料之CFRP胶合板和金属板所构成的作动器的设计是为了能够因为电阻发热而获得大变形。胶合板作动器的设计是为了使复合材料层横向热膨胀系数(CTE)和金属层的数值一致，如此就能预防外面变形的发生。SiC纤维强化金属基体作动器也有作为高温作动器。
　　提高损伤阻力和修复
　　复合材料的初期损伤模式是会产生局部损伤。局部的损伤虽然不是致命性的因素，然而会使复合材料的刚性和损伤阻力降低。局部的损伤分布在复合材料内部，所以，修复这些损伤甚为困难。将此种材料性能损伤的影响降到最低的对策，在日本有想到使用作动器的两种手法。一是提高损伤阻力，另一项就是修复损伤。局部性损伤的发生荷重标准和复合材料制造时残留应力有关系，所以为了使残留应力减少，减缓或控制损伤的进行而使用SMA作动器。有报告指出，埋设在CFRP混织胶合板0度层的SMA电线可以减缓90度层的织物层中之横裂纹的继续进行。CFRP混织胶合板的0度织物层和90度织物层间所埋的SMA箔对减缓或控制90度织物层中横纹进行具有效用。
　　除了修复过程之外，使材料维持特性时，利用热熔融的材料将空隙填满就能够修理材料内所分布的内部损伤。一般来说，想要修复此种热硬化PMC中的损伤是不可能的事情，但是热可塑性PMC的局部损伤是可以修复的。但是，热硬化PMC的修复有新想法的提出，即在基体内使用作为作动器而混合的可熔融的塑料粒子的方法。热可塑聚合物粒子或未硬化的热硬化聚合物粒子混合之热硬化PMC利用加热就具有修理的能力。
　　国际最近所举办的有关复合材料的学会演讲会、座谈会、国际性会议等，可以看到有智能型复合材料会期的安排和众多的发表。但直到今天，有众多的研究仍在持续进行中。
　　今后智能型复合材料迈向实用化必须克服的课题是：
(1)确立符合目的的智能型复合材料的设计手法
(2)开发不需要精巧技术的制造手法
(3)弄清在恶劣环境下的机械性质
(4)传感器和作动器等智能型素材的低价格化等等。