長興公司熱固與熱塑材料
在前瞻高值領域的創新應用
演講者：長興材料 李全能 部長
文稿整理：塑膠產業創新論壇(PIIF) 編輯小組
長興材料介紹
長興材料創立於1964年，主要以化學電子材料製造、加工及銷售為主，每年投入新台幣數十億元進行研究開發，核心技術包含樹脂合成技術、精密塗佈技術、與特殊配方技術。目前同時是全球乾膜光阻產品領導供應商之一、全球三大光固化原材料供應商之一、以及亞洲合成樹脂領導供應商之一。隨著產業發展，長興研發方向已跨入高性能樹脂材料，像是高性能熱塑複材等，另有產品已可應用在風力發電以及鋰電池材料等產業上。
複合材料發展趨勢
2022年全球樹脂基碳纖維複合材料需求統計(含預估量)為208千噸，預估到2030年將呈現翻倍成長達到526千噸。將可提供航空、航天、軍工產業與體育休閒等產業更多的附加價值。

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。
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。

長興熱塑複材特性

在開發熱塑複材上，隨著纖維長度增加不同，包括有短纖維、長纖維、以及連續纖維，各種纖維機械性質均不同。其中短纖維與長纖維最大差異在於粒子內纖維的排列方向，短纖維排列是隨機的，而長纖維是單一方向。因此，長纖維能將纖維的特性凝聚在一起，發揮增強強度的效用。而長興的長纖維開發，除可補足短纖維強度不足外，更可克服複雜結構件的設計使用，提供業界新材料上的應用。
以粉體製程含浸連續碳纖維/玻璃纖維為例

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。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。
以高CP值LFT方案(碳玻混合LFT)為例

長興也利用碳玻混合LFT與純碳LFT做實驗比較，長興碳玻混合LFT強度雖較純碳LFT稍低一點，但是在耐衝擊度上卻是更好。
另外長興也透過PA6混合料(80% SGFT+20% LHFT)與PA66短纖粒子來做比較，發現除可拉升強度與PA66相當，且在彎曲強度上更是優於PA66的表現。此外，PA66在取得上除成本高外也較不易，
長興可黏結熱塑複材方案

長興也以三種方案來做實驗測試，包括有改質環氧-LFT、增韌型PPS-LFT、以及PA6-LFT，在拉斷強度上的測試，發現改質環氧-LFT與增韌型PPS-LFT會優於PA6。因此，如果要在部件間做連結，建議可選擇改質環氧-LFT與增韌型PPS-LFT，或用結構膠作為接著的解決方案
November, 03 / 2022
塑膠產業創新論壇
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