植物纖維複材在工業應用與發展趨勢(下)：材料世界網

植物纖維是地球含量最豐富的非糧可再生資源，植物纖維複合材料具有補強、輕量化等特色，因此在 3,000 年前人類就知道將天然的稻稈補強黏土/泥漿來蓋房子。而在 1942年亨利福特開發的第一款使用大麻纖維補強的汽車，卻由於經濟的限制而未真正進入市場。

然而，到了二十一世紀，在有限石油資源以及全球暖化/全球氣候急劇變遷的議題下，使得人類不得不思考回歸自然，發展低環境衝擊之友善環境。在歐美日政府的政策、環境法規的驅動下，植物纖維複合材料在建築、汽車、休閒運動等產業具有快速發展趨勢。微奈米化纖維技術的發展克服植物纖維原料存在的生物不穩定，賦予材料具均一特性以及特殊機能性，將帶動其在高附加價值之包裝、電子軟性基板，以及生醫材料等綠色產品應用發展。

工研院材化所生質材料研發團隊在經濟部的支持下，正積極從事非糧來源的植物纖維複合材料的開發，發展具輕量化、高強度、低收縮、高耐磨特色之綠色材料，將結合國內上游原料廠以及下游應用廠，如汽車、船舶與休閒運動等產業共同開拓綠色商機。

生質纖維複合材料

由於天然植物纖維會隨著種類、生長地區與氣候而有所變異，為了掌握原料的均一特性，克服工業應用面臨產品變異性的問題，因此有研究者發展出再生纖維素纖維。奧地利 Lenzing 公司是全球著名的纖維素纖維生產廠商，2014 年全球纖維產品產能，植物纖維約占 36.1%，分別為棉花的 29.4% 以及再生纖維素纖維 6.7%，如圖七所示。

表三為市場上纖維產品分類，其中纖維素纖維可區分為天然纖維與再生纖維。Lenzing公司的再生纖維已發展到第三世代，其商品名為 TENCEL®。TENCEL® Production Process 製程的最大特色為直接溶解纖維素無需經過形成衍生物的程序（圖八），此創新製程可減少化學品的用量，是一種環境友善可持續發展的綠色製程技術，因此獲得了許多環保標章與獎項。

圖十、Rayon/PP複材在汽車門板之射出雛型品

奈米纖維複合材料

奈米纖維素纖維( CNF )是一種高附加價值的材料，其原料約 0.1~0.5 €/kg，做成 CNF 則材料價值提升至 10~20 €/kg，主要是具有優異的機械性能( Stiffness~145 GPa )以及低的熱膨脹係數(<5 ppm/K )。目前由 Wood/Plant Fiber 製備 NCF 主要有下列方式：①高壓均質機；②研磨法以及 ③ TEMPO-mediated Oxidation。CNF 複合材料的機械和熱性質，其複材的強度可媲美鋼材，熱穩定性像玻璃，柔軟性則像塑膠。

日本京都大學的 Professor Hiroyuki Yano 開發由 Pulp Slurry 經研磨真空過濾法製備奈米纖維素纖維，此奈米纖維素纖維為白色狀，含浸壓克力樹脂後，經 UV Cure 後可獲得透明柔軟之奈米複合材料（圖十一），其奈米纖維素纖維含量可高達 90%。此透明材料可作為 OLED 之基材，如圖十二所示。奈米纖維素纖維的另一項應用領域為在包裝材料之應用，經由熱壓後製成奈米纖維素纖維之薄膜表面比較粗糙，因此呈半透明狀。進一步經由拋光處理後，可去除表面不平整所導致的光散問題，而獲得透明之薄膜（圖十三），透明薄膜將有機會取代傳統由 Pulp Sheet 來的紙，成為 21 世紀新世代 e-Paper……以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。

圖十五、奈米纖維複材透明基板在OLED應用連續製程開發(R2R)