樹脂基纖維強化複合材料可分為熱固型與熱塑型兩大類。在環保意識高漲，循環經濟成為熱門議題的當下，熱塑複材因加熱會再次軟化，具有可塑成型性、量產性、再加工性高及可回收再利用等特性，有機會陸續地部分取代現行難以回收再利用的熱固型複合材料。
本文將從以下大綱，介紹近幾年熱塑型纖維強化複合材料的研究課題與進展。
‧前言
‧常見的熱塑性碳纖複材
1. 聚丙烯(PP)
2. 聚氯乙烯(PVC)
3. 聚碳酸酯(PC)
4. 聚醯胺樹脂(PA)
‧特殊工程塑料作基材之碳纖維複合材料
1. 聚醚醚酮(PEEK)
2. 熱塑性聚醯亞胺(TPI)
3. 聚苯硫醚(PPS)
‧近年較新發展的成型方法
1. 自動纖維鋪放技術
2. 特殊固結成型方法
(1) 超音波快速固結成型
(2) 雷射固結成型
(3) 電子束固結成型
3. 3D列印成型技術
‧結語
【內文精選】
纖維複合材料主要由高分子樹脂及纖維材料組成，多應用於需輕量化且高強度、高剛性的產品上，如航太、船舶、汽車、運動器材、工業生產設備等。隨著循環經濟議題興起，節能、降低碳排放、減廢、可回收與再利用等特性，成為現階段新材料開發的重要考量。傳統熱固複材具有優異的機械性質，但其素材需低溫保存、製程工時長、固化反應為不可逆而難以回收再利用；熱塑性樹脂則是受熱軟化、冷卻時才重新固化，所以熱塑複材具有可回收、可多樣化加工成型、重複再利用、減少製程能耗、產製工時快速等優點，符合環保與製程簡化要求。因此，業者對於投入熱塑複材的開發趨之若鶩。
常見的熱塑性碳纖複材
在複合材料中，碳纖維扮演強化材的角色，主要承載外力；樹脂基體則透過介面以剪應力的形式，向碳纖維傳遞應力載荷，同時，樹脂基體亦有保護碳纖維不受外界直接損傷的作用。幾種常見的碳纖維熱塑性樹脂複合材料之發展現況，分述如下。
4. 聚醯胺樹脂
聚醯胺樹脂(PA)是具有重複的醯胺基的線型熱塑性樹脂總稱，主要型號有PA6、PA66、PA1010等。聚醯胺本身為性能優異的工程塑料，但由於結晶度高、吸濕性大，製品尺寸穩定性差，強度和硬度也不如金屬，需以玻纖或碳纖強化才能有效提高PA的力學性能。目前碳纖維強化PA的研究多集中在碳纖維表面改質對複合材料介面和性能的影響上。經過表面處理的碳纖維對PA樹脂的增強效果顯著提升，以液相氧化搭配矽烷耦合劑對碳纖維進行適當的表面處理更有利於增強複合材料的各項力學性能。圖三為PA的一些應用示例。
圖三、聚醯胺樹脂(PA)應用於汽車零件與鞋底材料
特殊工程塑料作基材之碳纖維複合材料
特殊工程塑料是指可長期在150˚C以上使用、綜合性能更高的工程塑料，這類材料主要包括：PEEK、PPS、TPI等。大部分的特種工程塑料可以作為玻纖、碳纖維和芳綸纖維增強熱塑性複合料的基體材料。碳纖維增強特種工程塑料具有優良的力學性能和加工性能，可以在航太、海洋或者醫療等應用領域取代熱固性樹脂甚至金屬材料。
1. 聚醚醚酮
聚醚醚酮(PEEK)是目前耐熱溫度最高的熱塑性塑膠，其長期使用溫度可達250˚C，即使溫度高達300˚C時仍可保持非常好的力學性能。碳纖維的混入除了強化PEEK的強度和剛性外，對導電性和耐磨性亦有提升效果。混入碳纖維達30%的PEEK，其耐磨性與摩擦係數均較純PEEK樹脂顯著改善，但材料的摩擦係數會受到複合材料所處的溫度影響。圖四為碳纖維強化PEEK作為航太應用之材料與窗框示例。
圖四、聚醚醚酮(PEEK)可應用於航太材料
近年較新發展的成型方法
1. 自動纖維鋪放技術
自動纖維鋪放是一種從纏繞成型發展而來的先進快速成型技術，可分為自動纖維絲鋪放(AFP)和自動纖維帶鋪放(ATL)技術，多用於航空航太領域。ATL技術主要用於小曲率曲面構件（如飛機的翼面、壁板），生產效率較高；AFP技術主要應用於複雜形狀雙曲面機構件（如機身、翼身融合體）的製備。AFP和ATL技術具有生產效率高、自動化程度高、易於數位化設計的優點，目前在軍用和民用飛機上已有應用。
2. 特殊固結成型方法
(1) 超音波快速固結成型
超音波快速固結成型是一種先進的複合材料成型技術，其常與AFP和ATL技術共用，用來替代傳統熱源，其超音波的頻率一般在20~120 kHz。超音波固結法近似於超音波焊接，其原理是…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：陳振榕／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」392期，更多資料請見下方附檔。