工業材料雜誌一月號 推出高分子機能膜精密加工與應用及農業先進設施技術專題

 

刊登日期:2015/1/7
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「高分子機能膜精密加工與應用」技術專題
自二次大戰以來,由於戰略性材料需求日殷,因而高分子科技研發有很大突破,促進了高分子產業的蓬勃發展,也帶動了周邊機械、電子、營建和汽車等產業之興起,提供了龐大就業市場及促進經濟繁榮,對人類社會有非常大的貢獻。維持高分子產業的兩大支柱是高分子材料合成及高分子加工,且兩者相輔相成。工業材料雜誌一月號特別推出「高分子機能膜精密加工與應用」技術專題,針對高值化機能膜精密加工及應用做一介紹,包括液晶高分子膜 ( LCP Film )、高值化 BOPP 包裝膜、雙軸延伸尼龍膜( BOPA Film ),以及實現薄膜高值化之加工技術及高阻氣膜封裝技術。
 
液晶高分子( LCP )膜經過 20年的發展,因其低介電常數/介電損耗因子、熱膨脹係數可調性、超低吸水率、抗化性佳及高阻氣性等優點,被廣泛應用於軟性銅箔基板、微波積體電路、微機電系統晶片、發光二極體及阻氣包裝材等高值化產品。然而,LCP分子鏈具硬段結構,於熔融狀態下分子將呈流動方向排列,使 LCP 膜沿機械方向纖維化具易撕裂性,此特性將不利於加工製程及產品應用推廣。因此,如何透過薄膜加工製程來改善此缺點為 LCP 膜商業化之一大技術挑戰。「液晶高分子薄膜加工技術及其產業概況」一文針對目前 LCP 膜加工技術進行分析討論,並對 LCP 樹脂、薄膜之現況、未來發展及挑戰做介紹,深入淺出,值得細讀!
 
雙軸延伸聚丙烯薄膜( BOPP Film ),係利用加工中製程控制聚丙烯高分子之取向性,進而提升薄膜拉伸強度、衝擊強度、透明性和電絕緣性,並降低透氣率與吸潮性。因此,被廣泛應用於食品、醫藥、服裝、香菸等物品包裝,進一步透過其他原料經多層共押出和雙向拉伸、表面改質等,可因應不同產業需求,增加其印刷性、質感、防潮性或熱封加工性,而在塑料包裝產品中,佔有一席之地。近年來機能膜市場的開發,如PP電容膜、電池隔離膜、過濾膜等高值化市場,可突破新興國家低價競爭市場。「雙軸延伸聚丙烯膜加工應用與市場概況」一文針對聚丙烯薄膜市場、雙軸延伸製程條件、薄膜結晶微結構等做全面性的彙整,不容錯過!
 
尼龍薄膜(Nylon Film)擁有優異的機械性能、耐油、高透光率及阻氣性,所以被廣泛應用於食品、日用化學品、藥品及電子材料包裝等。而經由延伸製程的雙軸延伸尼龍膜(BOPA Film)具有更佳的機械性能及氧氣阻隔性,非常適合作為真空或生鮮食品包裝,目前在全球雙軸延伸膜市場,BOPA的供給量為第三大。但由於尼龍材料對水具有高敏感性,容易因吸濕造成尺寸變化及性能下降,又因結晶度高,導致延伸製程困難,所以產業進入門檻較高。「尼龍膜加工製程與市場應用」一文針對尼龍膜的市場概況、雙軸延伸尼龍薄膜的製作與加工、尼龍薄膜的濕度敏感性、高阻氣雙軸延伸尼龍膜製備,提供了相關資料與論述。其中包括了工研院材化所在以尼龍及非結晶性尼龍混合押出成膜之實際研究成果與性質分析。
 
原子層沉積( Atomic Layer Deposition;ALD )最早稱為原子層磊晶( Atomic Layer Epitaxy;ALE ),是由芬蘭Suntola等人在 1974 年開發出來,初期是利用 ALE 技術將 ZnS 應用在薄膜電致發光平板顯示器( Thin Film Electroluminescent (TFEL) Flat Panel Display s)。原子層沉積可形成緻密的薄膜,具有高階梯覆蓋率及厚度均勻性,在半導體製程中可在深寬比>7:1的溝槽中進行鍍膜,同時也是製備軟性透明高阻氣膜與封裝層最具潛力的技術。「原子層沉積技術發展及其機能膜應用」一文,首先簡述薄膜的研發歷史,延伸至原子層沉積的技術發展概況、製程介紹、前驅物與沉積材料、設備、應用領域與產業,最後並介紹工研院材化所在透明導電薄膜與高阻氣膜製備之研發成果,面面俱到,讓讀者對原子層沉積技術有詳細的認識。
 
「農業先進設施」技術專題
受到全球氣候變遷、適耕地減少、農業人口老化、勞動力降低等因素影響,造成農作物歉收及農糧食品價格上漲,而重金屬污染、農藥殘留等問題的層出不窮,亦廣泛引起社會大眾對於食品安全的疑慮。有鑑於此,具備自動化、智慧化且強調安全、健康之先進溫室技術遂逐漸受到各國重視,並成為必然發展趨勢。工業材料雜誌一月號特別推出「農業先進設施」技術專題,為突破國外技術水土不服的問題,以在地實測的方法,針對亞熱帶溫室做探討及改良,包括技術需求與發展、先進節能降溫技術等,並特別針對草莓栽培技術與離地栽培介質自動裝填技術等做深入介紹。
 
亞熱帶溫室的設計首重通風與降溫,且以塑膠溫室為主要型態,主要用於蔬果的生產。除中國大陸外,隨著泰國、印尼等東南亞國家經濟的崛起,國際市場專家預測,東南亞將成為未來溫室園藝產業發展的關鍵。面對人口老化與亞洲勞動成本的上漲,除了溫室設施外,農業自動化將成為亞洲園藝產業下一個發展重點。未來若要跨足亞熱帶溫室市場,除開發適合亞熱帶氣候之溫室結構外,還需提供整合性的亞熱帶溫室解決方案。「亞熱帶溫室技術需求與發展」一文,首先介紹全球溫室園藝產業概況,探討亞熱帶溫室技術需求與發展,分析比較常用的降溫技術,並分享臺灣番茄溫室之應用實例。
 
草莓在台灣全年皆有龐大的市場需求,然而受到氣候影響,產季僅限於涼爽的秋末春初,尤其在夏季與秋初時節,國內草莓一果難求,必須仰賴國外進口,每年進口值達一億元以上。由於不耐運輸儲存,僅仰賴進口無法在夏秋時節提供品質優良且價格便宜的產品。且栽培過程容易發生病蟲害,生長生育狀態深受氣候環境影響,因此在台灣栽種草莓面臨許多限制及困難。「高產量草莓栽培技術與設施」提供國內外草莓栽培狀況及市場概況,介紹有助於提高草莓產量的立體栽培技術,並實施產能評估,盼以設施農業的角度,輔導台灣草莓農家建立草莓的周年生長技術,以期增進農村獲利,輔導農業轉型。
 
離地栽培(Off-ground Cultivation)法,除了保護土壤及避免土壤受到重金屬危害外,搭配現今發展的立體栽培法或層架法,更可增加栽種產量,目前溫室發展技術完善的牛番茄或菇類等都屬此栽培法。然而,此栽培法其介質(Media)屬於替換式,隨著採收次數增加,介質內部的營養成分會隨之遞減,金針菇介質太空包更屬於一次性使用,導致這些離地栽培作物的介質需求量隨之增加。
 
隨著社會型態改變,農業地區人口老化問題嚴重,菇農產業面臨到勞工人口不足的問題,而傳統離地栽培作物的介質處理需要投入大量人力,由此可知,自動化介質填充技術研發的重要性。「高值化離地栽培介質自動裝填技術」一文指出傳統介質填充的問題,如使用混合、轉盤和推車等半手動的低階設備、架橋問題、高人工需求與人事成本、自動化程度低和定量程度等。對此,作者提出自動化介質填充設備之開發作為解決方案。設備開發重點有二,一為自動化定量、均勻混合充填技術,包含均勻混合、滾筒上袋、定量調整、自動上袋和介質裝填;二為介質封裝技術,包含介質袋縮口套環及塞棉花。盼藉此大幅提升台灣菇類業者之競爭力與整體產值。
 
高緯度國家為了在冬季低溫的環境下種植作物,因此採用溫室將熱能保留在室內,提高溫室內溫度使作物能繼續生長,但亞熱帶國家所面臨的卻是完全相反的課題,因此,熱是亞熱帶地區溫室最關鍵的問題之一,同時需減少溫室培育成本及降低空調使用量。「亞熱帶溫室先進節能降溫技術」一文提出自然通風效益優化技術作為解決方案,以不耗能的自然通風幫助溫室降溫,結合溫室現場氣候量測資料庫及數值模擬分析,開發自然氣流引入降溫技術,實現溫室通風效率最大化。並針對溫室預定地進行氣候觀測,了解當地季風特性與風速,以設計最適合之溫室側窗開啟方位。此外,本研究所開發之側窗與天窗開啟方式已實際實施於工研院中興院區之溫室,並提供實驗量測,驗證其通風效率提升與實際降溫之成果。此技術不僅能大幅度減少溫室的熱堆積,減少溫室對於空調的依賴,更可以廣泛用於節能綠建築,以流場設計來提升通風效率,並且以最低空調使用量來達到目標溫度,為建築環控降溫提供一項節能的新選擇。
 
「主題專欄」
除了上述兩大技術專題外,本期的主題專欄同樣精心策畫了多元且豐富的主題。 
高密度電弧蒸鍍技術由於具有沉積速度快、鍍膜均勻性佳、活化反應沉積優越、適合低溫沉積、各式化合物薄膜之成長等優點,越來越受到重視,已廣泛應用在汽車、模具、刀具與電子等領域。「高密度電弧蒸鍍技術應用—具硬度梯度薄膜之活塞環鍍膜研究」一文介紹了以高密度電弧離子蒸鍍(AIP)系統進行高硬度、高熱傳導速率與低摩擦係數之類鑽碳薄膜鍍膜技術開發,並將其運用於活塞環表面,開發出具硬度梯度之類鑽碳薄膜活塞環。
 
為達高能量密度、高功率密度、長壽命、低成本與高安全性等多功能之鋰電池特性,鋰電池極板結構設計已開始由單層結構走向雙層結構的趨勢,「鋰離子電池雙層間隔極板塗佈技術與設備開發」一文透過雙層狹縫式模具設計與塗佈液珠模擬、雙層同時間隔技術與硬體建置,實現雙層間隔極板技術與精密設備,不僅可減少分次塗佈所造成的良率降低問題,且可提高電池極板產能。
 
目前商業化之矽晶太陽電池電極普遍使用網版印刷的銀導電膠,但隨著國際銀價的逐年持續攀升,因此,有必要開發適當的新材料電極技術。由於銅價較銀價便宜約百倍,而其導電特性卻相當,故銅電極技術具有相當優勢與發展潛力。「太陽電池銅電極技術發展趨勢」一文將簡要說明銅電極技術的發展與現況,指出銅電鍍電極之關鍵技術,介紹銅電鍍電極之太陽電池與銅導電膠電極技術,最後提供工研院銅電極太陽電池之發展現況,以供讀者參考。
 
軟性可伸縮電子技術同時具有傳統上以矽晶圓系統製備的電子元件性能,以及如橡皮圈一般的機械性質。典型的軟性可伸縮電子包含金屬導線、主動元件和高分子基板三個主要元素,而形成可伸縮性質的主要關鍵為其機械性質的調控。而堅固耐用、重量輕以及高能量密度的可撓性能源,為順應式可撓變元件系統發展的關鍵技術。「可伸縮電子與順應式可撓變能源元件」針對順應式可撓變的能源、能量儲存元件以及能量採集元件逐次介紹,並整理能量儲存元件於智慧型織品上的應用。
 
面對高齡化社會的來臨,長者的居家安全是頤養天年的條件之一,尤其以預防跌倒及二次傷害為首要課題,「充氣器與其在穿戴式防護輔具之應用探討」一文針對可瞬間充氣的穿戴式護具進行圖文並茂的介紹,促進相關產品的發展,盼能減少跌倒或撞擊帶來的憾事。
 
根據調查,印刷電子產業在未來十年內將會有超過 4.5% 的複合成長率,金額可達 500億美元,「印刷電子之機會與挑戰」一文針對印刷電子製程與其應用的導電銀油墨進行說明與討論,並指出我國在電子/光電產業以高效率製程技術聞名,應注重印刷電子技術之發展,盡早投入研發,以繼續保持在國際上的領先地位。
 
零污染電動車對環境有很大助益,若考慮經濟價值、低碳節能、資源永續應用與再生之生態價值,電動車在許多場域是必然趨勢。對於高達 30~60%成本的動力電池,其壽命和運轉情境、電池特性與智慧管理有所關連。電動車在不同場域運用效益各不相同,「機會與挑戰—以西螺果菜市場電動蔬果運輸車營運數據為例」一文以西螺果菜搬運車為例,從 5個 ECO面向評估,確認電動蔬果搬運車有極高之可行性。若善加利用政策資源、在地優勢之電控安全系統、國產電機、鋰電池與電控資源,可望提高台灣電動車之競爭能力。
 
最後,本期材料愛說笑以「感性與飲食」為主題,以食安問題切入,探討人類五感、飲食與科技之間的關係,帶給讀者不一樣的人文觀點及反思。
 
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