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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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   ✔ 輕量化高強度 。
   ✔ 環保可回收 。
   ✔ 優異的耐衝擊與韌性 。
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2. 玻璃纖維貼合膜
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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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