林國權/工研院產經中心
IPF國際橡塑膠展是亞洲地區最大的橡塑膠展,與德國的K Show齊名,每三年在東京舉辦一次。展覽區分成橡塑膠材料、橡塑膠設備、回收、發泡材料、複合材料、高性能材料等領域,本文將聚焦在聚烯烴新材料應用、橡塑膠在汽車工業輕量化的應用趨勢,如:發泡材料、橡塑膠取代金屬件等,此外還有創新製造與循環經濟的案例分享。
一、汽車輕量化材料的發展趨勢
汽車輕量化仍然是未來汽車業的重要發展方向,只是早期都聚焦在碳纖維複合材料上。經過近十幾年來的發展,碳纖維複合材料仍因成本過高,而無法大規模地拓展應用端市場。從2017年的IPF展即可看出,碳纖維的展示確實薄弱許多,因此材料商也開始尋求新的輕量化方案。汽車朝向輕量化的方向是沒變的,但是已有材料商表示,汽車再怎麼減重也是有上限地,不可能無限制地減輕,因為當汽車過輕時,在高速行駛下是非常危險的,如果碳纖維複材成本過高,那就設法把所有的部件都盡可能的減輕10%~30%,如此就能實現整車減重的目標。因此,碳纖維複材減重已不再是汽車輕量化的唯一選擇,發泡材料與Olefin材料的發展亦極為重要,透過發泡技術與使用塑膠取代部分金屬,是目前可行的減重方法(成本合理範圍)。 1.SULZER的PET發泡材料
SULZER是一家瑞士的化學跨國企業,其業務涵蓋了上游的石油天然氣、煉油、石化、生質材料、特化與高分子,是個從上游到下游產業鏈相當完整的化學集團。在發泡材料的歷史上,公司於1990年成立第一條PS(聚苯乙烯)的生產線,於2006年成立第一條EPS的發泡苯乙烯產線,2013年其EPS的產能擴充到6萬公噸,2014年時,併購了aixfotec公司,取得了擠出發泡的技術,因此開始投入PET發泡材料的研發與生產。
目前市面上大家所熟悉的高性能發泡材料是PU(聚氨酯)發泡,PU發泡可透過製程調控生產出軟泡與硬泡,但是PU的原料成本非常高;PET(聚對苯二甲酸乙二酯)只能做成硬泡,無法做成像海綿般高柔軟性的軟泡,但是PET若能成功發泡成硬泡材,其原料成本與物理性質都比PU硬泡好,能有效取代現有PU的硬泡市場。EPET具有好的機械性質,壓縮模數可達到65MPa,好的熱絕緣性,有好的耐熱性(200℃以上)與好的耐溶劑化學性,有好的阻水性,最重要的是具有可回收性。因此,EPET可以廣泛應用於包裝、熱絕緣面板、軌道車的三明治結構板、智能材料等。
但是EPET的發泡是困難的,目前具有EPET擠出發泡技術的公司全球不超過5家,其技術的挑戰點為:第一,其加工溫度高(260~290℃間操作),非常容易發生材料的裂解;第二,需要使用擴鏈劑來克服低熔體黏度的問題,也因為PET的熔體強度低,很難發出高倍率的發泡材料;第三,操作過程中很難維持穩定。
而SULZER的技術已經能成功開發出高倍率的材料(如圖二),並開始有商品化的產品與應用。如圖三是高溫熱絕緣的管材,其熱穩定度大於150℃,材料輕且其密度小於80g/l,發泡為閉孔結構且有好的結構型態,低成本與環境友善,靈活的彎曲曲率半徑(如圖四)。
圖二、SULZER的EPET已有高的發泡倍率
圖三、SULZER的EPET應用於高溫熱絕緣管線材
圖四、EPET有好的彎曲靈活性不會於轉彎處形成龜裂(右圖右下,左上為其他材料)
2. FOAMPARNETER的連續孔發泡材
發泡材有兩種發泡的結構,一種是密封式發泡,就是泡孔與泡孔間是不相連的,另外一種是連續式泡孔,泡孔間都是相通的,而連續式泡孔的發泡技術比較困難,FOAMPARNETER的設備與材料能發---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
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