玻璃纖維複合材料
自 1932年 Owens-Illinois 公司 Games Slayer 研究員發明玻璃纖維的製造法後，第一台以玻璃纖維為車體的概念車 Stout Scarab 於 1946年在美國底特律誕生，但當時並未大量生產。直到 1953年，Robert Morrison 以 Molded Fiber Glass(MFG) 製程為Chevrolet提供玻璃纖維複合材料，以生產史上第一台全 FRP車身汽車 Corvette，這輛配備150匹馬力的雙座跑車，當時售價 3,500美金，僅提供 VIP級客戶，預計生產 10,000台，但總共生產 3,600台後即停產。
圖一、玻纖複材葉片彈簧
碳纖複合材料
近年來碳纖維價格逐漸下滑，其製品也逐漸平民化。2011年發表的 BMW M3 CRT(Carbon Racing Technology)使用碳纖複材前座椅、發動機罩，將重量/功率比降到 3.5 kg/hp。2013年BMW宣布量產城市通勤電動車 i3，採用全碳纖座艙，如圖三、圖四、圖五，儘量減輕車體重量以容納更多的電池來增加行駛距離。同時，輕量化也意味著撞擊時的衝量減少，吸能結構的需求也降低，又可進一步減輕重量。
碳纖複材質量輕而剛性高，故除了車體結構等固定件外，若能應用於運動件，則對於能量損耗的降低，更有幫助。第一個小客車用的全碳纖複材輪圈原型在 2008 年出現於日本Weds Sport賽車，隨後澳洲 Carbon Revolution開始供應 CR-9規格的碳纖複材輪圈，一組售價約 15,000美金。
平價碳纖與自動化製程帶動汽車產業成長
根據Toray的市場預估，由現今到2020年，全球碳纖複材產業於運動器材部分成長趨緩，航太產業維持成長，而包括汽車等工業產品的市場將急速成長。然此成長也非一蹴可幾，初期限於製作成本，僅有金字塔頂端的豪華車種開始採用傳統熱固型(Thermosetting)的碳纖複材，隨著碳纖維本身價格降低，與RTM等製程的改進，以及熱塑性(Thermoplastic)複材與自動化製程的導入，才會逐漸滲透普及到比較平價的車種。
圖八、RTM成型電動車底盤
目前碳纖複材之基材樹脂仍以熱固型樹脂為主，然而傳統熱固型纖維複材成型時間長，模具使用效率低，成為量產瓶頸。為縮短製程時間，提高模具使用效率，熱塑性纖維複材逐漸受到重視。根據碳纖維大廠Toray公司於2012年的預測，碳纖複材應用於汽車產業，將於2015年急速成長。初期仍以熱固型碳纖複材為主，因受限於成本與量產性，僅有超跑及豪華型車款會使用，每年全球產量僅約5百萬台，主要部件包括傳動軸、引擎蓋與行李廂內部支撐結構、座艙底盤等。
自主熱塑纖維複材技術
常見之熱塑性纖維複材之基材樹脂包括聚碳酸脂( Polycarbonate; PC )、丙烯腈丁二烯苯乙烯( Acrylonitrile Butadiene Styrene；ABS )、聚醯胺( Polyamide；PA )如尼龍等。其與熱固型基材樹脂最大之不同在於遇熱可重新塑型加工。此外，碳纖維在出廠前會於表面塗佈一層極薄的上漿劑( Sizing )以保護纖維不致摩擦斷裂，目前市售碳纖維表面之上漿劑絕大多數依熱固型樹脂之潤濕性( Wetting )而設計，其與熱塑性樹脂的潤濕性不佳。
工研院材料與化工研究所因應此一未來需求，自 2013年起即發展水相環保型之纖維微乳液技術，利用改質微乳化漿液改善纖維與塑料表面親合，以微胞合成技術促進纖維與基材間表面親合力，控制基材與纖維之含浸。選用同時與基材及纖維鍵結性較佳之單體，並設計水相環保型之纖維微乳液，其微胞尺寸約為 300奈米，易含浸於纖維，可確保界面強度符合需求，使熱塑性纖維複材產品特性得以提升 ……以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：邱佑宗 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌340期」，更多資料請見下方附檔。