薄如紙片,強如鋼板  塑膠中心高分子複材新技術 讓產品更輕更薄更強

10 / 17 . 2018
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輕薄的高分子複材強度可以直逼鋼板?甘有可能?這不是科幻電影,塑膠中心在經濟部技術處科技專案支持下,開發出「輕量化熱塑碳纖複材之纖維展紗技術」,將熱塑高分子與碳纖維結合,可讓產品同時具備「輕、薄、強」的特性。到底有多強?它的強度媲美鋼板,敲擊會有金屬聲,更神奇的是它的重量比塑膠還要輕,厚度甚至可以比紙片還要薄!

圖說:塑膠中心開發的「輕量化熱塑碳纖複材之纖維展紗技術」,將熱塑高分子與碳纖維結合,可讓產品同時具備「輕、薄、強」的特性。

塑膠中心技術研究發展部專案主持人張修誠博士指出,綠色環保製程和產品輕薄化是全球新材料發展的共同趨勢,傳統的高分子複材產品是以「熱固高分子」為主,缺點是產品無法回收再利用,不符合環保趨勢。因此,愈來愈多廠商投入綠色環保的「熱塑高分子」複材開發,但高成本、高技術難度的雙重門檻,讓不少廠商卻步。

根據業界行情,國外熱塑碳纖複材製程設備造價昂貴,一條生產線至少要三億元台幣以上。國外是採用薄膜含浸技術,專利佈局綿密,不易突破,而技術主導廠日本更將上游的材料視為管制材料,不輕易外售。

 跳過國外的專利,走自己的路

「在沒料、沒機器的狀況下,要轉型談何容易?」但這些困難並未澆熄研發團隊的熱情,山不轉路轉,張修誠心想,既然國外的薄膜含浸專利佈局不易突破,不如就走回自己的路。於是塑膠中心以既有的「流體化床含浸」技術為基礎,再加入一些新元素,經過近一年半的摸索,終於順利找出開發熱塑碳纖複材之最佳參數,除了可以一邊「展紗」提高複材的薄度,更可以一邊「含浸」減少複材內部孔隙,藉此增強複材的強度。

相較於目前市面上最先進、由日本製造的熱塑碳纖複材(薄度約0.2mm),塑膠中心所製備之熱塑碳纖複材厚度僅0.13mm,其拉伸強度可達1.5 GPa,彎曲強度可達1 GPa,幾乎媲美日本先進產品。

為了讓台廠完全突破國外的封鎖,塑膠中心不單在材料研發上卯足勁,也同步在設備研發上著力,除此之外,更與國內指標性碳纖維業者台塑企業(台麗朗事業部)合作開發熱塑碳纖複材,同時也找來國內機械廠商,共同參與設備研發,開發出國內第一條熱塑碳纖複材的自主生產線,一步步建立熱塑碳纖複材的國產產業鏈。

熱塑碳纖複材因具備輕、薄、強的特色,適合用在手機機殼、筆電機殼等消費性電子產品,目前塑膠中心已展開技術授權,未來將引領國內業者站穩運動器材、鞋類、3C筆電等材料市場,接下來則計畫挑戰汽車、軌道車市場,甚至是難度最高、市場更大的航太產品。

圖說:塑膠中心技術研究發展部專案主持人張修誠博士帶領團隊開發出熱塑碳纖複材。