天上飛的 地上跑的 水裡游的都靠它—輕且強的複合材料
補強材料與基材構成的複合材料擁有質輕且高強度、高剛性、能耐酸鹼及耐磨耗等多項特色，應用範圍很廣。如航太產業中，飛機的機身、尾翼、副翼；車輛產業中，一般車身外殼、車架、保險桿等；而複合材料優異的機械特性且耐海水腐蝕，在高附加價值豪華遊艇的製造上也扮演核心角色。隨著科技進步，能源與地球暖化等議題受到關注，輕且強的複合材料之產生是材料發展上必然的趨勢，且隨著技術的突破，未來的應用將會越來越多。
根據市場報告統計，2016年全球碳纖維需求量為76,500噸，較2015年的68,400噸增長11.8%；另JEC統計，前三大成長最快的複合材料產業為汽車、風能及壓力容器。本期工業料雜誌特別規劃三篇專文，與讀者分享「複合材料」的技術與市場發展趨勢。
法國JEC複合材料展是全世界規模最大且最具影響力的複合材料專業展覽，且為複合材料產品及相關機具設備與創新技術的綜合性盛會，其展出均可反映當前最新之複材技術和應用成果。JEC Asia國際複合材料展則是亞洲複合產業年度盛事，每年聚集橫跨亞太地區的專業從業人員、企業參與，集合了世界各國的複合材料技術與製程設備，可從中迅速得知複合材料的發展方向與應用市場，擬訂未來的藍海策略，創造無數商機。2017年11月的JEC Asia 10週年展，首次移師南韓首爾舉辦，本專題特派員提供第一手報導，「從JEC亞洲展看複合材料的發展」一文帶領讀者親臨現場。會場中，國際大廠開發的焦點擺在汽車產業，且技術核心朝著「自動化」與「降低製程週期」的方向進行，以利達到有效控管供應鏈成本，將複合材料製品從金字塔的頂端向下拓展，搶占廣大的市場需求與潛在產品。
酚醛樹脂和環氧樹脂擁有很多優異特性，但是在合成過程中，前者會產生鹽酸或是氯含量過高；而後者則是在製備過程中會使用到有毒的苯酚，在後續使用中都會產生殘留問題，同時也對環境造成汙染。另外，兩者固化後的結構中皆有羥基，會存在易吸水的缺點。如今人們有更好的選擇，就是同為酚醛系統發展出來的苯并噁嗪樹脂(Polybenzoxazine; PBz)。因為聚合過程不需添加觸媒，也不會有小分子釋出，聚合後體積變化率趨近於零，同時低吸水性、低介電常數、高殘餘
量及高熱穩定性等特性讓苯并噁嗪樹脂同時具有酚醛樹脂與環氧樹脂的優點，也改善了兩者的缺點，有機會取代酚醛樹脂。「新型熱固型複合材料的開發與應用」一文探討使用共價鍵或非共價鍵的形式，以及藉由加入無機材料製成奈米複材的形式，提升聚苯并噁嗪材料性能的相關方法，這款高性能高分子材料相當值得持續研究發展。
我國複合材料工業的發展，始於1965年玻璃纖維強化塑膠製品的製造。而玻纖複材產業每年釋出之廢棄物達3萬噸以上，因無法獲得有效之解決方案，在碳纖複合材料製造過程中，約有20~30%廢棄物產生，中國大陸則更高達30~50%。如何處理複合材料產業所產生的廢棄物是國內外長期以來遭遇之難題。因此，高單價碳纖維要如何有效活用、廢棄CFRP中的碳纖維如何回收使用的課題因而成立。「複合材料廢棄物是千年不爛的垃圾？還是有用的資源？從考察日本複合材料回收再生技術說起」一文提出借鏡日本的觀察與建議，日本自1991年起進行FRP廢棄物再資源化回收技術及系統整合之調查及研究，於2001年3月完成了實證研究報告，2002年3月正式投入FRP廢棄物再資源化事業的營運並達到商業化。面對日益增加的CFRP廢棄物，鑑於碳纖維的高價值，如何將廢棄CFRP中的碳纖維回收再利用是發展方向，目前有多種手段在努力評估中。
綠色環保黏著劑核心靈魂—聚烯黏彈體關鍵材料及其應用
聚烯烴材料由於材質透明、質輕、射出成型加工性佳、吸水性低、耐化性佳、綜合性能佳、易回收等特點，在汽車、家電、建築、包裝、衣、食等領域被廣泛運用，為民生經濟不可或缺之材料。隨著塑膠工業、醫學技術和生物技術的發展，對於產品規格要求越來越嚴苛，聚烯烴材料受到了低表面能特性限制，逐漸無法滿足市場多功能之需求。如在塗裝或者是異質接面接著時需要進行表面處理（例如火焰處理、噴底塗處理劑等），在塗裝工藝中容易出現掉漆現象，而在PP材質表面黏膠中出現底材表面與膠水之間的黏著性不佳、界面剝離等問題。工研院材化所致力結合官能化反應押出平台技術，發展特規聚烯黏彈體新材料與新技術，應用於低表面能界面接著及其表面處理。本期技術專題針對聚烯黏彈體關鍵材料應用及原理技術進行介紹，並深入解析高分子添加劑分析之於聚烯材料之影響，期讓讀者深入了解這簡單又具有深度並與我們生活息息相關的高分子，掌握其未來發展趨勢與契機。
根據Frost & Sullivan對化學品與材料發展趨勢及機會的預估，五種新材料或技術需求將受全球關注，分別為高性能高分子（或稱高性能工程塑膠）、鋼/聚乙烯複合材料、塗料與接著劑替代原料、強化塑膠大規模製造、導電材料。為滿足下世代工業對新式複合材料需求，接著劑將扮演非常關鍵的角色，而接著劑主要有環保、經濟效益、廣用性、耐用性四個面向的訴求，這些需求所對應的材料皆指向聚烯彈性體。官能化聚烯彈性體極具發展潛力，尤其是針對異質接著相關的應用。「官能化聚烯彈性體開發及接著應用」一文說明聚烯彈性體的橡膠態高彈區物性於接著應用之材料本質優勢、聚烯彈性體連續式官能化反應押出改質工程以及模擬科學於改質工程之輔助功效，並且以工研院開發之產品闡述聚烯彈性體於接著之優異性能。
聚烯烴常見於日常生活，例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等聚合物，其應用包含保鮮膜、塑膠容器、線路的絕緣外皮等。然而，眾多的聚烯烴材料中，僅有一部分具有彈性體的特性。黏著劑是許多工業產品製造的關鍵材料，而聚烯烴彈性體常是黏著劑的主要成分。在黏著過程，微觀結構彷如「義大利麵與肉丸子」的聚烯烴彈性體，呈現黏性液體特性，有利於滲入被黏著物表面；但固化後其呈現類似彈性固體，可增加抗衝擊能力。「聚烯烴彈性體之接著機制」一文將從聚烯烴與彈性體的關聯、微觀結構與彈性機制、化學成分與應用、黏著原理等面向，詳細說明聚烯烴彈性體的接著機制。
熱裂解氣相層析質譜儀(Pyrolysis-GC/MS)為一種結合裂解層析技術與質譜儀、可以微量檢測且可快速分析高分子化合物的方析方法，此分析技術是將樣品進行熱裂解產生的揮發性小分子再導入GC/MS中，即可得到各種成分的層析質譜圖。因熱裂解儀與氣相層析質譜技術不斷地進步，使得此儀器能應用的範圍十分廣泛，已成為高分子材料剖析方面的主要儀器之一。而聚烯烴彈性體為聚烯烴材料之一，採用茂金屬催化劑將乙烯和辛烯聚合而成，具有熱塑性彈性體的特性。「Py-GC/MS分析在聚烯烴彈性體材料上的應用」一文介紹常用在聚烯烴材料的分析方法；同時也說明工研院材化所在此基礎上建立不同材料（包含了聚烯烴、橡膠與其它高分子材料等）的前處理與分析方法，針對各種特殊原料、單體與添加劑建立了自有的資料庫，能協助國內業者進行有效率的產品分析與新材料開發。
在環保議題持續發酵與消費意識抬頭的情況下，全球化學品製造廠商皆積極調整產品研發策略，在製造流程、產品應用、廢棄物回收再利用等多方面著手，發展新型環境友善的化學製品。聚烯彈性體接著材料—聚烯類熱熔膠材料、高附加價值聚烯接著劑材料因具有優異的材料特性，產品應用非常廣泛，且生產過程中VOC排放量低，是優良的綠色環保材料，並且符合全球聚烯產品開發以高性能化及多功能化為主的發展趨勢，「聚烯彈性體接著材料市場趨勢分析」針對聚烯彈性體接著材料的市場與未來發展趨勢進行介紹，期望產、官、學、研一同投入研發，帶動整體接著劑產業升級，達到永續經營的目標。
主題專欄
近十年來，由於精密光電元件溫控的需求，熱電致冷晶片在全球應用市場的成長速度極快，主要應用在光通訊精密溫控、生醫與半導體製程設備熱循環、消費性家電等，已經到了不可忽視的地步。舉例而言，根據公開資料，成立於1994年，製造小型熱電致冷晶片的俄羅斯RMT公司，在1999年時年產10萬顆致冷晶片，自2002年起至2012年的十年間，每年營業額平均成長率達30%，並在2015年達到年產量1,500萬顆，共有1,700種不同樣式規格的致冷晶片。未來在高速電子、精密光電及生醫領域應用市場的持續發展下，熱電致冷晶片的應用規模也將愈來愈大。能源/儲能專欄「熱電致冷晶片之特性與應用」介紹熱電致冷晶片之基本原理和構造，並重點說明致冷晶片之特性量測方法和物理意義，以使讀者能充分掌握致冷晶片合適應用方法。
無機為主的陶瓷材料應用與製程技術，其關鍵且核心之基礎為相關無機或陶瓷材料之混合與分散技術。無機陶瓷材料之粉體尺度、粒徑分布與結晶相等，會直接與間接影響最終陶瓷產品之特性。以陶瓷材料為主之產品主要可分為兩類，一類為陶瓷成型產品，主要代表為陶瓷元件或陶瓷結構件，如陶瓷電容、電感及電阻等被動元件、陶瓷壓電器或相關陶瓷機構件等；另一類為陶瓷塗料，如氧化物隔熱材、油漆或觸媒材料等。此兩種產品其原材料多以陶瓷粉體出發，故可見無機陶瓷粉體之混合與分散對於陶瓷產品特性之重要影響。材料與技術專欄「無機陶瓷材料混合分散技術」一文以陶瓷元件為例，簡介各種無機陶瓷粉體之混合與分散等基礎技術。，從最原始的粉體製備技術到最後漿體或膏體材料的分散性、穩定性與均勻性等，進一步到最終產品之微結構、晶相與分布。
塗佈工藝是在基材上披覆一層功能性塗層，為達到多功能產品設計，許多塗佈產品不再是單層，而是雙層、甚至多層結構。雙層結構塗佈在製程技術上，可以利用分次塗佈進行，也可以雙層同時塗佈完成。雙層同時塗佈技術具有製程效率高、產品結構設計彈性增加、材料設計空間變大等優點，技術難度雖較高，但產品價值可提升5倍、10倍以上。展望未來，雙層或多層結構產品會持續被開發出來，是一項值得國內廠商投入，拉大與競爭對手的先進製程技術。為提升製程效率並提高產品品質，「雙層同時塗佈技術與產品開發」一文介紹工研院材化所已擁有的雙層塗佈軟/硬體技術，可協助有志於提升公司技術能量或拉大與對手差距的公司及其材料研發人員開發各種先進雙層或多層塗佈產品，加速產品導入市場。
市場瞭望專欄「全球石化產業發展趨勢分析」一文指出，頁岩氣、煤化工、油價是近年影響石化產業景氣的重大議題。頁岩氣與煤化工近期對石化產業的影響程度下降，油價議題扮演關鍵角色。近年我國石化產業發展受到油價影響甚深，同樣地，油價變化也是影響我國石化產業景氣最重要的因素，只要油價維持穩定低價狀態，對於我國石化業者來說將是一正向消息。文中也指出，雖然目前油價又開始緩步回升，但許多機構皆下修2017年全年油價預測，並預估2018年仍持續維持低油價狀態。由此可見，以輕油為進料的廠商，在未來數年內仍能保有競爭力。
材料補給站「善用新興科技 開啟材料無限可能的熱情」報導，熱騰騰送上一月底甫舉辦的「材料科技發展策略規劃會議」實況。在這場工研院材化所與中國材料科學學會合辦的盛會中，產學研菁英難得齊聚，為台灣材料技術與人才培育未來發展擘畫方向。會中邀請到工研院IEK蘇孟宗主任、矽谷Acorn Pacific Ventures創投基金共同創辦人鄭志凱、紡織股王儒鴻企業董事長洪鎮海、粉末冶金的隱形冠軍保來得公司總經理朱秋龍、清華大學材料科學工程學系講座教授彭宗平發表五場專題演講，同時針對「如何建立材料新世代的跨領域專業能力」議題，就學術型與實用型進行分組討論，並提出培育台灣材料科技人才之具體策略與作法建議。除了上述的教育面，技術發展面也就「如何由未來重大科技產品之應用需求建構出自主材料開發競爭力」及「材料技術開發如何致能於未來重大科技產品應用開發」初步掃描出多項材料之星。會議主席彭裕民總結，在「懷抱未來、深耕基礎、鏈結國際」的思維與作法下，善用新興科技，開啟材料無限可能的熱情，是技術發展與人才培育的關鍵之鑰！
「熱門專利組合」專欄於本期起將扣合技術專題，為讀者推出相關的熱門專利組合。本期精選工研院材化所在「複合材料」、「聚烯改質混煉技術」兩大領域之專利組合。「複合材料專利組合」計有多功能複合材料、高效率製備碳纖複合材料、高吸收撞擊能量材料、輕量化高強度補強材料；「聚烯改質混煉技術專利組合」計有包裝發泡材料、電池軟包接著劑與添加劑材料、聚烯複合材料、聚烯纖維材料。總計共八項資料豐富多元，有興趣合作之讀者請與材化所智權室聯繫。
凡對以上內容有興趣的讀者，歡迎參閱2018年2月號『工業材料雜誌』或參見材料世界網，並歡迎長期訂閱或加入材料世界網會員，以獲得最快、最即時的資訊！