碳纖維複合材料技術的產業二三事

 

刊登日期:2020/7/5
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陳中屏/工研院材化所
 
工研院投入複合材料技術領域38個年頭,與台灣整體產業亦步亦趨。利用碳纖維複合材料的新材料與新技術,幫助傳統工業的紡織機與自行車脫胎換骨,不但延續了產品的生命週期,而且大幅提高這些產品的價值。進而運用碳纖維複合材料的高強度幫助因震災而受損的鋼筋混凝土土木結構件加以補強及延長使用壽命。近年來投入更加環保的熱塑性碳纖維複合材料領域,希望在可回收、可多樣化加工成型、重複再利用、減少製程能耗、快速生產等方面,為台灣產業與世界趨勢接軌貢獻一份力量。
 
【內文精選】
前言
我國複合材料(Composite Materials)工業的發展,始於1965年玻璃纖維強化塑膠製品的製造,早期從國外引進技術,採用進口原料生產漁船、遊艇與浴缸。產業發展期間,陸續吸收先進國家的技術與設備,配合國內學研機構的投入,在政府政策支持鼓勵下,逐漸發展成熟。經過長期的努力進展,已從純勞力密集的工業轉成勞力/技術密集,甚至資本/技術密集工業形態。
 
1970年代中期,本是木、鐵、鋁製羽毛球拍製造商的羅光男先生,在1976年前往美國參觀了SAMPE國際複材應用展,在展場中,手握到了一支黑色的Prototype網球拍,左右開弓用力揮拍,就地雙手壓拍框試剛性,回台灣後在1979年建廠開啟我國第一條碳纖維(Carbon Fiber)網球拍的生產線,開創了台灣碳纖維網球拍以ProKennex品牌名震國際,也是台灣碳纖維複材應用的開路先鋒。當年光男公司的工程師、幹部等在1980年代起開枝散葉在中台灣獨立創業,開花結果創造中部地區及兩岸龐大的碳纖維產業。
 
複合材料技術落實產業
材料技術是工業技術最基本的要素,任何工業都離不開材料。在我國科技發展史上,將「材料」明確訂定為重點科技之一,起始於1981年。為了加強推展一向被國人忽視的「材料科技」,政府於1982年7月核定成立工業材料研究所。工業材料研究所隸屬工業技術研究院,為一財團法人機構,它的宗旨為工業材料科技的研究開發,而以下列三點為工作的目標:①解決當前工業材料問題之瓶頸;②提高工業產品之附加價值;③開發創新性之材料技術及工業。在工業材料研究發展六年計畫(1985~1990年)中,著重產業調查、產業分析,藉以了解關鍵技術之所在。
 
回顧1982年工研院投入複合材料技術領域以來,迄今將滿38個年頭,細數技術成果琳琅滿目不勝枚舉,就印象中挑選幾個說說。
1. 輕強的複合材料提升機械效能
台灣製造織布機的益進機械公司上門尋求重量輕、強度高的碳纖維複合材料是否能應用在無梭織布機上以提升國產織布機的競爭力,初成立的複合材料團隊著手需求分析、帶輪結構設計,並結合連續碳纖維預浸材料(圖一)製作出碳纖維複材帶輪,取代了傳統鋁合金帶輪。織布機換上新帶輪後,轉速由200轉提高到300轉,生產力因而提高了50%,同時還有減低噪音、省電的效果;而且織出來的布面品質更加均勻美觀。這一項研究工作的結果,使得東南亞無梭織布機的市場原由日本控制一轉而變成由中華民國主導的局面。
 
圖一、台灣第一套單方向熱熔膠預浸設備
圖一、台灣第一套單方向熱熔膠預浸設備
 
3. 碳纖維複合材料補強台灣的災後結構
除了傳統產業的輝煌成果外,工研院的複合材料團隊也因緣際會在921的災後重建上扮演一個重要角色。工研院材料所於複合材料製程已有多年之經驗,在「高性能複合材料與應用技術科技專案五年計畫(1995年7月至2000年12月)」中,將複合材料補強RC結構作業流程納入積極投入研發之計畫,並陸續開發完成高效率、高品質之補強施工方法材料、機具設備供補強業界參考、使用(圖六)。
 
圖六、材料所開發碳纖維補強材料與技術的應用
圖六、材料所開發碳纖維補強材料與技術的應用
 
1999年9月21日台灣發生921震災過後有很多建物需要做結構補強,複材補強團隊與許多學者、業者合作,運用碳纖維補強工法幫助很多社區、學校重新再站起來。現在看到之前有做過碳纖維補強的學校建物及橋梁,經過五年、十年,大部分都還保持著不錯的狀態…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
★本文節錄自《工業材料雜誌403期,更多資料請見下方附檔。

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