AIoT智慧轉型 翻轉橡塑膠產業！
台灣5G元年正式起跑，國內三大電信業者從2020年6月30日起陸續接力5G開台，為智能高頻通訊時代開啟新的篇章。AIoT則是近年來非常熱門之關鍵字眼，指的是將人工智慧(AI)與物聯網(IoT)兩項技術結合，透過大數據演算、學習，做出預測性決策分析。隨著5G通訊上路，其低時間延遲、高頻寬傳輸、高網路強健等特性促成AIoT靈活應用於生活、工業、商業等領域，擴展自動駕駛、智慧城市、智慧零售、智慧製造等多元智能應用。小米
董事長雷軍提出，5G+AI+IoT將成為下一代超級物聯網；此外，麥肯錫資深合夥人Philipp Nattermann則指出5G時代最關鍵之發展重點無疑是工業4.0。工業4.0訴求為自動化、網路化及智慧化，講究現有工業技術、銷售與產品體驗之統合，創造產品客製化與服務化的智慧供應能力。而智慧製造正是為工業4.0主要核心之一，全球智慧製造產值在2020年將達到新台幣9.6兆元，市場規模驚人；且根據調查報告顯示，2019年有68%的受訪企業已在進行智慧工廠計畫。
近來由於全球經濟消費型態的轉變與科技的發展，工業4.0智慧製造已成為不可抵擋的國際潮流。面對如此嚴峻的衝擊，與民生用品息息相關的橡塑膠產業更是亟待轉型，方能滿足現代人多樣且多變的需求。「智慧製造與工業4.0」化的橡塑膠產業，將不再只是一個以廉價勞力代工為主的產業，而是一個具有高度附加經濟價值的新興精緻工業。「智慧製造於橡塑膠產業的發展」介紹橡塑膠產業的現況以及智慧製造對於押出與射出成型兩種橡塑膠加工技術的影響與發展現況，智慧化後的生產線將帶給橡塑膠製造商許多益處。
5G行動通訊具有高速傳輸、廣連結、低延遲等特點，帶動高速串流發展，結合人工智慧，開創智慧物聯網(AloT)問世，擴展自動駕駛、智慧零售、智慧製造等多元智能應用。高速信號傳遞倚賴高收發效能天線與低介電損耗性傳遞介質。隨著材料之低介電損耗要求日益提升，低介電材料逐漸轉往碳氫樹脂或聚烯材料發展。工研院深耕官能化改質技術，具備連續式反應押出技術能量，以熔融化學反應精密調控聚烯鏈段分布與改質結構，結合智能模擬計算，快速開發應用於高速傳輸排線與5G微型基地台之低介電損耗性材料。「5G低介電損耗材料發展現況與應用」一文介紹5G通訊發展，並針對低介電損耗材料開發應用做進一步說明。
智慧工廠在現今製造產業是非常重要的議題，學術界也提出許多不同研究成果。「一種智慧射出成型系統的模式」首先介紹一種智慧射出成型工廠的系統基本架構，這系統可以分成計畫層、執行層、控制層三層和各層的功能。接著介紹利用鎖模力變化與成品重量呈現相互之關係，來調整射出（射速）切換保壓位置，同時透過大柱應變感測器量測機台鎖模力的變化以監控成品的重量品質。因為射出成型製程中，製程參數設定對射出成品的品質具關鍵性影響，其中射出（射速）切換保壓位置是射出成型技術重要的製程參數之一，不當參數設定會使射出成品容易產生例如流痕、毛邊、短射、翹曲等缺陷。
在建構智慧製造系統時，無論是運動控制、智慧感測、線上量測、人機協同、智慧決策、線上教導與人工智慧等，都需要大量數據，當這些海量資料湧入雲端，接連而來會產生如處理資料慢、冗餘資料、資料延遲等問題。由於5G通訊有著超寬頻、低延遲、彈性高以及高可靠性等優勢，在產業應用上受到相當大的關注。「5G在智慧製造之應用」首先分析5G特性，並透過3GPP所定義的標準與規格以及5G工業聯網自動化聯盟(5G-ACIA)所公布的白皮書，來說明5G在智慧製造方面的應用。經由不同案例闡述各種不同應用下對於5G規格的要求，最後透過實際案例來說明國內外產業對於5G在智慧製造之發展現況。
新穎水脫鹽技術發展的現況與未來
水是生命必需的物質。由於人口和經濟增長、氣候變遷、環境污染和其他問題，因應水資源短缺的壓力日益增加，也對我們的社會、經濟和環境福祉產生重大影響。上個世紀，水和能源之間的關聯性被嚴重忽視，水系統是在假設能源為價廉而量豐的前提下設計和建構。實際上，富足的時代即將結束，取而代之的是有所限制的時代，能源生產和水資源供應之間的衝突有上升的趨勢。此外，基於能源成本高漲和溫室氣體排放的考量，正迫使水科技研究人員設法提升水處理系統的能源效率和降低總體用水量。面對這場風暴以及為滿足全球對淡水越來越大的需求，各種開發新興水資源的方法中，以脫鹽(Desalination)最具實用性且持續蓬勃進展。
電容脫鹽(CDI)是一種利用電吸附程序去除水中離子的技術，具有省水節能的特性，有機會作為新興水源開發的重要方法。「電容脫鹽(CDI)技術發展現況及其在脫鹽之應用」一文介紹CDI技術原理、發展現況，以及其在脫鹽的應用。過去十年中，國內外積極投入CDI研究，多以電極開發為主，進而產生不同CDI形式，例如：MCDI、FCDI、Hybrid CDI等。目前以模組系統與應用測試為研究重點，改善模組設計與優化參數，針對不同的應用性進行系統配置。CDI技術可應用於廢污脫鹽、水回收及選擇性去除特定離子等，在水回收脫鹽方面，可利用RO-CDI結合程序作為工業用超純水系統，能耗比既有技術低且提升RO水回收率；在選擇性去除方面，可藉由電極修飾使CDI對水中微量污染物或有價物質具有選擇性，因而達到特定污染物去除及有價資源回收。
水資源匱乏的議題使得各國紛紛投入水科技研究來解決水資源問題。正滲透(FO)技術近期在脫鹽技術領域中備受關注，因不需額外施加壓力，是一種低耗能脫鹽技術。過去幾年FO技術已被廣泛探討應用於脫鹽、水資源純化、產能、食品加工等研究。「正滲透(FO)技術發展現況與未來趨勢」一文探討說明FO技術發展現況與未來趨勢。近三年來，FO技術每年有約250篇相關論文發表，此趨勢與FO膜研究發展有關。此外，FO技術研究亦朝向多方面發展與應用，其中開發易於分離回收的提取液為FO主要議題之一，係因提取液的回收與過膜水的分離是降低FO技術能耗的關鍵重要因素。
薄膜蒸餾技術是一種熱驅動的薄膜分離程序，透過疏水性薄膜兩側流體接觸面的蒸氣壓差為驅動力，使進流端溶液所產生的蒸氣分子經由高溫側薄膜孔洞傳輸到低溫側，並凝結成液體。相較於傳統逆滲透脫鹽程序，薄膜蒸餾因具備較不受待處理液濃度影響、可常壓/低壓操作、高產水純度、高水回收率與可整合廢熱或再生能源等特點，使薄膜蒸餾技術於水資源、環境與化工等領域的應用備受重視。「薄膜蒸餾(MD)技術發展現況與其應用」一文將針對薄膜蒸餾技術之近期發展與其於水回收、脫鹽、液體濃縮、水中氨脫除等應用進行詳細探討。
水資源的匱乏與全球對淡水的需求日益增長，在各種開發新興水資源的方法中，以薄膜脫鹽技術最受重視，而薄膜特性為影響脫鹽效率之關鍵因子。相較於RO膜，仿生膜有較高選擇性和透水性等優點，其產水通量往往大於傳統RO膜數倍且於水處理脫鹽程序應用上極具可行性，因此仿生膜的開發與相關研究於近年有逐步成長之趨勢。「仿生薄膜於脫鹽技術之應用與發展現況」一文就目前仿生膜發展現況與挑戰進行說明，期能提供各相關領域之研究人員及產業參閱。
紀念百年盛事 再續百年盛世
2020年是德國化學家赫爾曼•施陶丁格發表〈論聚合〉一百年，這篇關於大分子鏈結構的經典發表，是高分子科學誕生的基礎，也將材料帶入了塑膠時代，對人類生活產生重大影響。《工業材料雜誌》在這值得紀念的時刻，推出「高分子的百年盛事」特別報導系列，將工研院材化所投入高分子領域的研發做繼往開來的整理回顧與規劃前瞻。首期推出纖維相關高分子系列，包括碳纖維複合材料、人造纖維、聚酯材料的成果與未來發展。
「碳纖維複合材料技術的產業二三事」一文娓娓道來，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、快速生產等方面上，為台灣產業與世界趨勢接軌貢獻一份力量。
當國際品牌大廠已將旗下70%~80%機能性布料向台灣下單，台灣紡織業不再是人們印象中的傳統工業，而是具高附加價值的科技產業。「攜手產業共創紡織矽谷」一文回顧工研院材化所與紡織業者並肩作戰的過程，自纖維原料、紡絲技術、染整至特化品等研發累積多年經驗，具有雄厚的根基，發展出超細纖維、吸濕排汗、正四角纖維、機能紡織化學品、創新尼龍纖維、奈米機能紡織品、iSmartweaR智慧衣、超臨界流體染色等多項標竿型產品與技術。近年來更將紡織領域對內整合生醫、電子、材料等能量並對外與業界策略聯盟、異業結合，提供產業更完整的能量。一路走來對於紡織產業研發不遺餘力，期能真正解決產業面臨的問題，成為產業轉型的助力，為台灣紡織產業再創高峰。
國內聚酯產業面臨中國的傾銷與補貼削價競爭，加上在台灣生產成本較高的條件下，導致產業鏈逐漸外移至中國與東南亞，廠商的獲利與生存面臨嚴峻考驗，需要開發高附加價值或高技術門檻的產品以跳脫紅海市場，維持技術領先優勢。聚酯可透過二酸與二醇單體的結構與組成比例設計聚合出特定物性材料，再經由加工技術開發出具有特定機能的應用材料。在低碳排放製造與可循環再製使用的循環經濟概念下，工研院材化所研究團隊透過高分子結構設計以及觸媒配方技術，分別開發出具有高氣體阻隔的生質包裝材料與低熔點機能纖維，「機能性聚酯材料開發與應用—高阻隔性PEF與低熔點聚酯」將介紹這兩種機能聚酯材料之應用特性與市場發展現況，相關技術已陸續獲得專利保護。
主題專欄
靛藍染料為應用於牛仔褲之主要染料，以化學合成靛藍染料為大宗；隨著全球對於紡織品綠色原物料使用之需求，生質靛藍染料工業化生產的議題再度受到重視。生質靛藍染料來源為植物以及改質微生物，植物種植技術已趨成熟，然因土地面積致產能受限；微生物來源製程穩定，土地需求遠小於種植，具有大量工業化生產之發展性。目前全球陸續有新創公司投入生質靛藍染料之開發生產。生質材料專欄「靛藍染料發展現況」描述生質靛藍染料的國際發展現況，並針對微生物靛藍染料生產的優化策略進行探討。
擁有智慧財產權特別是專利權的數量和品質已成為衡量一個國家、地區和企業競爭力及綜合實力的重要指標之一。研究機構與一般企業不同，並不從事生產製造產品，其主要研發目的係將相關研發成果移轉給企業實施並帶動產業發展，而研發成果中之專利權亦可讓售予企業以增強其智慧財產權能量，進而能夠與競爭者形成抗衡力量。政府支持之研究機構所擁有的專利大部分為承接國家委辦之科技研究計畫而產出，其專利權之產出、管理及運用攸關國家資源投入是否洽當，科技發展方向是否準確，產業效益可否擴大，國家競爭力可否提升等諸多科技政策，而研究機構在專利申請獲准之後，如何有效運用專利？對於研究機構而言確屬一大挑戰。材料補給站「從文獻研究探討專利價值」一文，試圖以專利分析文獻來探討專利價值。以分析結果做為國家未來制定智慧財產權政策方向及對於研究機構或大學給予科技經費資助之參考。
凡對以上內容有興趣的讀者，歡迎參閱2020年7月號「工業材料雜誌」或參見「材料世界網」，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！