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  • 輕量化、高強度、平價化的完美結合,纖維複合材料開創新商機

纖維複合材料具有強度高、質量輕、耐酸鹼、耐候性佳的特性,是最有潛力的複合材料,了解什麼是纖維複合材料?以及熱塑性纖維複合材料有哪3大優勢?纖維複合材料如何開創新商機?
 
輕量化、高強度、平價化的完美結合,纖維複合材料開創新商機
 

 

 
 
 
 
 
複合材料一般的定義為,兩種或兩種以上物理和化學性質不同的物質組合而成,
 
其可將不同材料的優點保留,並增加材料的一些特性。
 
 
 
有關複合材料的原理、性能及應用可參考這篇文章:
 
 
 
 

近年來因節能與環保的需求,輕量化成為必然的趨勢,纖維複合材料成為主流,

 
因此,這篇要跟你分享「纖維複合材料」是高強度、輕量化、平價化的最佳材料選擇!
 
 
 
 
 
內容摘要
 
 
 1. 什麼是纖維複合材料?
 
 2. 纖維複合材料的優點?
 
 3. 熱塑性複合材料成為主流
 
 4. 使用熱塑性的纖維貼合膜,有哪3大優勢?
 
 
 
 
 
在塑膠產業上,由於高分子纖維複合材料具有優異性能,應用範圍非常廣泛,
 
纖維複合材料因其密度低、剛性高、耐腐蝕且具高度方向性,可依力學需求進行設計,
 
 
 
 
應用領域從傳統的 運動器材高爾夫球桿、羽毛球拍、腳踏車,
 
也擴展至航太、風機葉片、鞋材、汽車內裝飾、智慧機械、3C組件、建材、高壓容器等 工業產品。
 
纖維複合材料優良的成型性、可做出複雜幾何變化的結構以及便宜親民的價格,
 
還具備了和輕金屬競爭的能力。
 
 
 
 
 
 
 
 

一、什麼是纖維複合材料?

 
 
纖維複合材料主要由補強材料(Reinforcement)與基材(Matrix)所組成,
 
補強材料」通常擁有高強度與高勁度,負責承受整體複合材料之外加負載;
 
基材」則負責傳遞負載並將補強材料黏著固定。
 
 
 
1. 「補強材料」的型態有顆粒、纖維等,最常用的為纖維補強材料
 
   如玻璃纖維(Glass Fiber)、克維拉纖維(Kevlar)及碳纖維(Carbon Fiber),
 
 
 
 
2.「基材」則包括熱固性及熱塑性的高分子材料
 
 
熱固性樹脂:環氧樹脂(Epoxy)、酚醛樹脂(Phenolic)、不飽和聚酯樹脂(Unsaturated Polyester);
 
 
熱塑性樹脂:聚丙烯(PP)、聚碳酸脂(PC)、尼龍(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚二醚酮(PEEK)等。
 
 
 
 
 
 
 
 

二、纖維複合材料的優點

 
 
纖維複合材料具有強度高、質量輕、耐酸鹼、耐候性佳的特性,
 
與樹脂基材搭配後其比強度(密度與拉伸強度之比)比鋼高5倍、
 
比鋁合金高4倍,比鈦合金高3.5倍,
 
逐漸有取代輕金屬(鋁、鎂、鈦合金)的趨勢。
 
 
 
 
如:碳纖維在未含浸樹脂前,和一般織布一樣柔軟,
 
與樹脂結合後,堅硬程度甚至可以取代鋼筋作為建築材料。
 
因此碳纖維作為汽車材料,最大的優點是質量輕、強度大,
 
重量僅相當於鋼材的20%~30%,硬度卻是鋼材的10倍以上。
 
 
 
 
 
 

三、環保問題,讓「熱塑性複合材料」成為未來主流

 
 
目前大多纖維複合材料都是以「熱固性的環氧樹脂」為基材,
 
但回收問題,長久以來受到忽視,
 
都以堆置或掩埋為主,其他處理方式如燃燒或再分解,
 
有可能產生有毒廢氣、廢液。
 
 
 
 
在國際上包括德國巴斯夫、日本東麗也在發展「熱塑性複合材料」,
 
跟熱固性的複合材料不同!
 
熱塑性不會加入環氧樹脂等化學原料,
 
靠的是加工技術以及化學配方,把不同材質的材料複合在一起,
 
循環回收再利用性相對比較高。
 
 
 
 
根據美國市調公司MarketsandMarkets發布的《熱塑性複合材料市場》報告,
 
從2015到2020年,熱塑性複合材料年成長率將達到6.5%,
 
到了2020年,熱塑性複合材料製品市場將達到99億美元,
 
複合材料循環經濟正在蓬勃發展。
 
 
現階段台灣,對於熱塑性複合材料的經驗較欠缺、以及材料開發技術也較缺少,
 
 
 
因此本公司開發出一款「熱塑性的纖維貼合膜」,
 
適合與各種纖維熱壓貼合,成為一體成型的複合材料
 
讓複合材料達到輕量化、高強度、平價化的最佳完美結合。
 
 
 
 
 
 
 
 
此「熱塑性的纖維貼合膜」有哪3大優勢呢?
 
 
 

1. 不用上膠,熱壓成型好加工

 
 
🔹 加工容易,使用熱壓成型法,「熱塑性的纖維貼合膜」直接與纖維作熱壓貼合,成為一體成型的複合材料
 
 
🔹 不用塗上任何膠水來做貼合,生產中可減少大量溶劑,減少加工所造成的環境污染。
 
 
🔹 熱壓成型法,是工業上普遍又簡單的設備,設備與模具相對便宜,成品厚度均勻佳
 
    並且能夠短時間內快速製作出片材、或用模具製作出各種形狀。
 
 
🔹 若使用熱固性樹脂,纖維含浸樹脂後,還需經過一連串複雜的重要製程後才能完成,且環保回收不易,
 
    而「熱塑性的纖維貼合膜」不用經過複雜的製程,使用熱壓成型在短時間內形成各種形狀,具有相當優勢
 
 
 
 
 
 

2. 環保可回收,PP回收料潔淨度高

 
 
🔹 複合材料需求與產量逐漸上升,「熱固性纖維複合材料」現行常以掩埋法為主,
 
    每年大量增幅,掩埋法已無法負荷!
 
    故複合材料之回收技術為業界所注重,以及逐漸朝向「熱塑性複合材料」為主流。
 
 
🔹 使用「熱塑性的纖維貼合膜」與纖維成複合材料後,
 
    可用燃燒式回收技術法,將PP膜與纖維(碳纖、玻璃纖維)分離
 
   其熱解溫度兩者差異極大,故可透過燃燒熱解方式將兩者進行分離,
 
   達到回收效果,此PP的回收料潔淨度也較高。
 
 
 
 
 
 
 

3.輕量化、高強度,具有價格優勢

 
 
🔹「熱塑性的纖維貼合膜」與碳纖、PP纖維或玻璃纖維複合後的產品,
 
     不但高強度、質量輕,具有優異的耐衝擊與韌性。
 
     擁有親民的價格優勢,應用於運動用品、鞋材、外觀件、汽車零件、內裝飾版等。
 
 
🔹 碳纖維複合材料重量僅是鐵的四分之一,甚至比鋁合金還輕,強度卻大於鋼的四倍。
 
    纖維複合材料優良的成型性,藉由熱壓成型做出各種變化的形狀,
  
    還具備強度高、質量輕、耐酸鹼、耐候性佳的特性,是目前最有潛力的複合材料。
 
 
 
 
 
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   ✔ 適用於和纖維熱壓貼合。
 
   ✔ 輕量化高強度。
 
   ✔ 環保可回收。
 
   ✔ 優異的耐衝擊與韌性。
 
 
 
 
 
1. PP纖維貼合膜
 
 
 
 
 
 
2. 玻璃纖維貼合膜
 
 
 
 
 
 
 
*以上為塑膠薄膜材料網整理分享,
 
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引述資料來源:
1.纖維複合材料—輕量化高強度的最佳選擇 (工業材料雜誌363期 技術主編:邱秋燕) 
2.台灣橡膠輸送帶隱形冠軍,為何改賣行李箱?(天下雜誌,文:呂國禎 , 責任編輯:黃韻庭)

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