短纖、長纖與連續纖維創新應用

演講者：長興材料 黃傳耿 博士

文稿整理：塑膠產業創新論壇（PIIF） 編輯小組

長興材料介紹
長興材料成立於1964年，目前是全球乾膜光阻產品領導供應商、全球三大光固化原料供應商供應商及亞太地區合成樹脂領導供應商，創新產品跨足生醫、能源、電子、高性能樹脂、先進封裝及綠色環保產品。
熱固性材料 vs 熱塑性材料
在熱固性與熱塑性材料比較上，過往熱固性材料使用上較廣泛，主因是纖維與相對較高黏度的樹脂結合的含浸性差異，熱固複材的含浸性比熱塑複材好。近年隨著環保回收興起，加上熱塑性複材其他性質優勢，熱塑性複材在使用已成為未來重要趨勢。

在材料保存上，因熱固複材在組成中已含有固化劑，需在攝氏負20度C以下的低溫環境才可儲存，是一個非常耗電且庫存不容易的材料。而在使用加工性上，熱塑複材相對熱固複材生產週期低，主因為熱塑複材加工為物理變化，只要提供足夠能量，加熱融熔即可加工塑形。而熱固複材也因為生產週期較高，所以在生產成本上高於熱塑複材。最後在回收性上，熱固複材較難回收再利用，但熱塑複材只要回收後再進行樹脂與纖維分離或降階使用，就可以適度做到回收再使用，相較上也比較環保，目前全球熱塑複材每年複合成長率更已高達6%以上。
熱塑性複材最常加工方式介紹
●從底下實做案例得知，熱固預浸材需要很長的時間才有辦法做出一個部件。但是如果選擇一個射出製程搭配高強度材料，僅需2-3分鐘即可完成，良率高並可達到自動化程度，可大幅節省產品成本。

●使用連續纖維或編織布熱塑材料熱壓成板，客戶只需二次加熱成型，就可快速做成客戶需求的產品，大大節省產品製造時間與人力耗費。

●此外，在歐美高端客戶使用上，客戶亦可使用UD TAPE自動鋪疊製作一個大型件產品，只需搭配設備運用，就有機會大大減少加工能量與節省成本。

●其他方式：如3D列印與T-RTM...。（成型較慢）

長興複材的演進

長興複材的開發演進上，從最開始的熱固複材、結構膠、光固化CIPP、一直到高強度熱塑複材，其材料特性介紹如下：


●熱固複材：主要應用在高強度、高剛性的熱固碳纖維上，會在高階改裝件上做使用，例如汽車內部的進氣管、以及豪華遊艇，可增加強度與減少重量等。


●結構膠：當複材材料要接著時，接著物品有可能是同質或異質材料，透過膠合會是一個較適當的方式。可讓原本材料免於受到傷害，也可避免掉焊接的電位差，導致生鏽的狀況發生。


●光固化CIPP：長興在熱固複材生產上，主要是加入光單體，透過UV燈將樹酯固化作為解決方案，可大幅提升顧客生產的速度與加工便利性。


●高強度熱塑複材：傳統熱固材料成型時間會大於120分鐘，相對熱塑材料成型時間僅需20分鐘內既可完成，而注塑時間5分鐘內也可完成。熱塑複材特色上成型快速、也比較容易實現自動化生產，成本上也不需要像熱固複材需要使用大量人力，生產成本更低。目前長興材料熱塑複材包括有高功能SFT、碳纖LFT與UD Tape。

長興專注在高性能塑膠基材

長興目前已發出許多高性能塑膠基材，包括高功能SFT、高含浸LFT與超薄高含浸UD Tape，耐溫度可從100度至300度，更逐步往高端材料來做開發，如PPS、m-PEI與PAEK等。

長興高含浸熱塑複材產品系列介紹如下：
以粉體製程含浸連續碳纖維為例

長興LFT與業界其他競品LFT做SEM分析比較，在纖維與樹脂含浸介面較佳，樹脂含量可達可達RC≦50%，且維持樹脂與纖維的高含浸性。從下圖可看出目前市面上競品LFT孔洞較多，且含浸性較差，較無法發揮碳纖維的特性。

長興超薄高含浸UD Tape

一般大紗束碳纖維會有不容易展紗的問題，若是完全搭配機械展紗，則碳纖維紗束易有曲折和扭結的現象。長興以張力輔以氣體展紗方式，搭配粉體含浸製程，增加高黏度的熱塑高分子（特別是高Tm的高分子，如PAEK等）與碳纖維的含浸程度。開發了超薄高含浸性（孔隙少）的碳纖維 UD，比較國外普遍的UD規格，長興UD具有樹脂含量低且厚度較薄等優勢。

客戶成功案例分享-無人機槳葉 射出成型解決方案

近年因有高強度射出料，如LFT等，其材料剛性與強度足夠應用在中大型槳葉（30-63吋），且射出製程解省人力、工時，提昇產品精度，並有效降低產品的整體成本。目前在市場上，熱塑槳有逐步取代熱固槳的趨勢。


近年因有高強度射出料，如LFT等，其材料剛性與強度足夠應用在中大型槳葉(30-63吋)，且射出製程解省人力、工時，提昇產品精度，並有效降低產品的整體成本。目前在市場上，熱塑槳有逐步取代熱固槳的趨勢。


尤其在大尺寸熱塑槳葉剛性要求更是嚴格，長興開發高剛性LFT或者長短纖維混和射出材料（SLFT），可依客戶剛性性質應用需求，調整出最佳性價比的材料，目前槳葉尺寸已成功涵蓋20吋至60吋。

長興高含浸熱塑複材產品總表

十一月， 27 / 2024