黃思瑜、陳靖宜、彭沅楷、陳樂平 / 工研院材化所
本研究聚焦於全球淨零排放趨勢下聚烯烴材料的永續轉型與高值化應用。透過反應押出與接枝改質技術，建立兼具極性提升、耐熱強化與機械補強之整合開發策略，同時實現低碳足跡與可回收性。研究成果涵蓋三項應用方向：電動車電池外殼的阻燃長纖維複材，用以提升模組安全與結構強度；高頻通訊天線罩的低介電聚烯複材，滿足毫米波與次太赫茲通訊的低損耗需求；以及軟性電路板的聚烯膠材，改善絕緣層附著力與訊號穩定性。整體結果顯示，聚烯烴改質技術可兼顧性能與永續性，具推動電動車、衛星通訊與高頻電子封裝等新興產業發展的應用潛力，為低碳高性能材料之產業化提供具體可行路徑。
【內文精選】
高強度耐燃聚丙烯長纖維複材於電動車電池外殼之應用
因應電動車電池外殼的複合材料對於UL 2596熱失控測試驗證需求，評估其在極端熱失控環境下的防護與結構完整性。UL 2596包含兩種模擬方法：火焰礫石複合衝擊試驗(Torch and Grit; TaG)與電池外部熱失控模擬測試(Battery External Thermal Runaway; BETR)。其中，TaG測試主要模擬外部火焰與飛濺顆粒對電池殼體的聯合衝擊條件，標準樣品尺寸為200 × 200 × 指定厚度(mm)，測試環境採用甲烷與氧氣混合燃氣源，以1,200˚C火焰持續作用15秒，隨後進行5秒火焰＋礫石磨耗循環，直至樣品破損。
由於受限於射出機模具規格，實際測試尺寸為150 mm × 150 mm × 2.0 mm。結果顯示，ITRI-1樣品於第三循環才出現破裂，而市售對照樣品於第二循環即發生結構失效，如圖二所示。此結果證實，工研院開發的FR-PP-LFT在高溫火焰與粒子磨耗的聯合負載下，展現出更優異的抗損耗性與抗裂韌性，具備作為電池模組外殼材料的實證潛力與安全優勢。
圖二、UL 2596熱失控測試驗
低介電損耗聚烯膠材於軟板絕緣純膠之應用
為回應高頻通訊與高速封裝應用需求，工研院以低介電損耗聚烯烴為原料，建立結合聚合物交聯架構與接枝官能化的雙重設計策略，開發具備低介電損耗、高附著力與耐熱穩定性之新型絕緣膠材。在材料設計上，採用熔融接枝與溶液接枝的複合改質路徑，透過雙階段化學反應導入極性官能團，例如MA與壓克力酸(Acrylic Acid; AA)，以提升接枝率與極性分布均勻性。同時，藉由控制鏈段分布，優化表面潤濕性，使原本非極性的聚烯分子鏈得以與金屬銅箔或極性聚醯亞胺(Polyimide; PI)基材產生化學鍵結，進而有效強化層間附著力。
為提升界面黏著性與機械韌性，導入SEBS-g-MA作為聚合型交聯相，於聚烯鏈段之間形成多點反應鍵結與柔性網絡結構（圖三）。此交聯設計不僅提升材料之剝離強度與耐濕熱穩定性，也能分散界面應力、降低微裂紋生成風險，確保材料在高頻與高溫環境下仍維持介電與黏著穩定性---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖三、工研院低介電損耗聚烯絕緣純膠之設計概念
★本文節錄自《工業材料雜誌》468期，更多資料請見下方附檔。