PEI高性能纖維開發 循環利用零死角

08 / 17 . 2021
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歐洲國家盃足球賽、東京奧運在暑假相繼登場,點燃全球運動熱情,為年底即將來臨的世界足球賽暖身。臺灣與世足賽的距離看似很遠,其實很近,因為有不少世足賽選手身上穿的球衣,是用臺灣寶特瓶回收再製而成。現在不只寶特瓶,連有「電子產品之母」之稱的PCB板、電子元件邊料,也因新技術的開發,能變身成PEI纖維,做成衣服、航空紡織、救難設備!

早在10年前,世足賽就已經開始出現MIT的環保衣,臺灣廠商運用寶特瓶回收重製為聚脂纖維、做成布料、染整上鮮豔的顏色,根據2018年的統計,世足賽有32個國家參與,其中一半的國家代表隊球衣都是「Made in Taiwan」的環保衣。隨著循環經濟日益受到重視,秉持從搖籃到搖籃(Cradle-to-cradle)的設計概念,經濟部技術處觀察產業現況,發現這幾年臺灣科技業在亮麗成績單的背後,卻隱藏電子元件製造隱憂,在製造過程中會產生許多廢料,或需要處理才能再使用的邊角料,回收成本高之外也對環境造成負擔。

若能把這些電子元件回收料件像寶特瓶一樣,經過處理再回到產線或消費者端使用,就能再創價值,對環境來說不僅無害還更加永續。經濟部技術處遂攜手紡織產業綜合研究所開發「循環永續高性能纖維技術」,將聚醚醯亞胺(polyetherimide,PEI)回收再製成PEI纖維(PEI Fabric),其具備無毒、耐久、易回收等特性,一舉拿下德國iF 2020設計獎。

紡織所研究員周上智表示,以世足賽的回收衣來說,多次進行熱加工後都會產生物性耗損,但PEI不會有任何加工後遺症。此外,由於臺灣在高性能纖維部分主要仰賴進口,根據2018年的統計數字,年進口量大約兩千噸,依賴程度相當高,尤其臺灣又是紡織大國,開發高性能纖維自主供應顯得相當重要,而開發纖維的第一個工作就是選料。

PEI是一種透明帶點琥珀色的高溫材料,具有高抗拉強度、剛性、穩定性等,具備極佳的機械、耐熱與電氣特性,常用於電子及航太工業,其中PEI具有高溫阻燃、低發煙、低煙毒、無融滴[1]等優點,更適合用在高機能性、防護性的紡織品。尤其比起其他材料,PEI容易染色,不論是大眾容易接受的黑色,或比較難駕馭的亮桃紅色都能通「吃」,應用可以更廣泛。

其次,如何「好加工」是回收材料的重點。周上智指出,比起國外大廠的防彈纖維,雖然強度很好,但回收需要使用濃硫酸進行溶解,硫酸所產生的化學反應對環境其實會造成二次傷害,因此團隊選擇PEI進行改質開發。現在,臺灣不只能回收寶特瓶做成球衣,也能回收電子元件的邊料以及PCB板,切成顆粒後再製成紗線或無紡纖維膜,將之再開發為防護紡織品或是複合基板等電子零件,達成全回收循環再利用的目標。

有了材料還不夠,再來就要調整設備及製程。現有的紡織設備可以加工的溫度大概在350度,但PEI材料的最適加工溫度比350度還高,如何把PEI的最適加工溫度降低及提升設備的加工溫度,就是下一階段的重點。但調整溫度或設備只是一個大方向,周上智補充,更重要的是如何依據不同的原料及應用來調整製程,以滿足各項加工的需求,才能讓永續循環技術發揮出最大的價值。

從高端航空紡織品、工業用鍋爐過濾袋、防火救難設備至一般民生用品,PEI纖維可望達成真正的零廢棄循環,目前該技術已分別與紡織廠及PCB廠合作進行驗證,經濟部技術處期望能結合傳統產業與科技業的力量,以科技專案發揮合縱連橫的功效、打造出臺灣第一條高性能產業鏈。

[1] 融滴:指物質燃燒或熔融蝕的滴落物。