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循環經濟/熱塑性碳纖維複材 從材料端翻轉台灣新經濟

2018-09-10 12:54工業技術與資訊

工研院研發出可100%回收的熱塑性碳纖維複合材料,技轉廠商製成質輕堅固的行李箱,...
工研院研發出可100%回收的熱塑性碳纖維複合材料,技轉廠商製成質輕堅固的行李箱,行銷國際,將帶動台灣循環經濟商機。
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【撰文 林麗娟、游念秀】

生活周遭有太多石化產品從製作的那一刻起,就注定了用完即丟、不可回收的命運,燃燒減量又會對環境造成極大的汙染,但如果有一種材料不僅可塑性強,回收可再生利用,製程更大大減少環境汙染及資源浪費,就能充分實踐循環經濟,從「搖籃到搖籃」百分之百循環利用,達到生產、生活與生態和諧共生的理想。

環保意識崛起 熱塑性複材是良機

材料業是台灣第二大產業,年產值逾6兆元,全球高品質運動鞋、機能性布料、寶特瓶等加工產品大部分來自台灣生產供銷。而作為台灣橡膠輸送帶第一大廠,鑫永銓公司董事長林季進,早在2008年就已嗅得循環經濟結合環保材料的未來商機,「風力發電的風扇葉片所使用的材料都是不可回收的,德國政府甚至因此暫緩風力發電建設。由此可見,環保型態的複合材料將是未來的新寵!」

塑膠類產品多以熱固性複材的方式製作,加壓加熱後難以軟化溶解,因此不易回收再利用,讓許多想轉型環保的業者望之卻步;而熱塑型碳纖維複材具有可回收、可多樣化加工成型、重複再利用、減少製程能耗、產製工時快速等優點,相當符合目前環保的趨勢。

鎖定循環經濟商機,林季進10年以來陸續投入6億元資金,研發熱塑性碳纖維複合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites;CFRTP),正是因為他清楚了解到,唯有從材料端解決產品使用後的回收環保問題,落實製造者的延伸責任,才能真正打中客戶的心。

工研院與鑫永銓合作,將熱塑性碳纖維複材(左圖)混紡編織,製成質地輕、剛性強韌的行...
工研院與鑫永銓合作,將熱塑性碳纖維複材(左圖)混紡編織,製成質地輕、剛性強韌的行李箱,即使重壓踩踏也不會脆裂,待壓力消失後,即可回彈恢復原形。(右圖)
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客製化表面改質技術 完美接合環保複材

但一項新創材料從研發到正式採用,當中必須解決眾多的生產問題,進程可能相當緩慢;加上工業常用塑料種類很多,如PC、PP、PA、PE及ABS等,其纖維間的界面結合相容性不盡相同,想實際推廣進入商業應用,仍有賴尋覓適合的膠合劑。

林季進在投資開發熱塑性碳纖維複材的過程中,就是因為始終找不到適合的膠合劑,「如果膠合劑不好,材料強度就會弱,做出來的板子一折就分層了,」林季進表示,當時遇到的最大問題,就是如何把PP跟碳纖維完美結合在一起,因而尋求工研院的協助。

為此,工研院開發出以水為溶劑的「水相無溶劑環保配方」,並提供客製化表面改質技術,使熱塑性碳纖維複合材料與不同塑料膠合時,都能完美達到異材質固接緊密的相容性。

獲得技轉的鑫永銓,成功將PP纖維、碳纖維與PP、PC、ABS、TPU、Nylon等塑膠基材結合,混紡編織,製成質地輕、剛性強韌的行李箱,不僅在外型上有更加多元亮麗的呈現,且比一般行李箱更加耐用,即使重壓踩踏也不會脆裂,待壓力消失後可回彈恢復原形。其100%可回收再造的特性,更符合全球知名品牌對於環保的需求,目前這款熱塑碳纖維複材行李箱,已獲日本知名品牌業者下單,即將進軍國際市場。

熱塑性複材商機無限 可望翻轉台灣新經濟體系

熱塑性碳纖維複材的應用相當多元,短期應用領域包含製鞋、錶帶、釣魚捲線組、煞車來令片、手機外殼、多軸航拍機、滑雪板、運動器材等;中期更可朝汽車、航太、運輸業、軌道車、工業機器手臂自動化生產線、建築、風力發電、生技醫療等領域發展。

「我們相當看好車用零件市場,」林季進說,熱塑性碳纖維複材的未來商機潛力無窮,車用零件市場即是其中之一。因應環保節能的電動車數量逐漸增加,車體輕量化是電動車增加續航力的重要關鍵。過去汽車產業已有使用熱固型複材的先例,但因為自動化速度較慢,以及必須符合歐洲汽車回收率規定,導致複合材料一直無法進入中低階車款。熱塑性碳纖維複材可以解決上述問題,鑫永銓未來也將持續與工研院合作,期待在短期內打進汽車零組件供應鏈。

在循環經濟的時代,台灣業者應該於材料端布局,找尋適合替代的環保材料,搶先成為市場的供應端,並落實製造者延伸責任,早一步規劃產品售後回收服務,方能掌握全球市場趨勢,賦予台灣經濟嶄新面貌。

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彭裕民/展現材料化學產業新價值 從綠色材料端開啟循環經濟

【撰文 林麗娟】

我們只有一個地球。在人類多年來的開採使用下,有限資源已逐漸匱乏,促使環境保護、永續發展意識抬頭,循環經濟即是在這樣的背景下崛起。為了讓下一代擁有美好的家園,政府將循環經濟納入「5+2產業創新計畫」的重點發展項目。工研院作為產業發展的領頭羊,也不遺餘力也積極找尋台灣循環經濟的立足點。

「談到循環經濟,首先要認識2個關鍵字:再設計(Redesign)與再創價值 (Revalue),即使面對平常以雪白的樣貌呈現、容易被忽略的聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等塑膠製品造成的『白色污染』(White Pollution),也能透過再設計、再創價值,打造出可循環利用的綠色材料,導向循環經濟,」工研院副院長兼材料與化工研究所所長彭裕民,開宗明義點出循環經濟的核心精神。

彭裕民進一步分析,台灣產業若想收穫循環經濟市場的碩果,第一步應從材料端到產品,按全新思維從頭設計,務必做到便於回收再利用;其次,產業界必須顛覆以往的生產成本認知,了解到能循環再用的材料也許售價較貴,最終創造的總價值及大幅降低環境的負擔,卻遠勝於初。如今歐盟乃至全世界都積極從法規面、認證面、採買端強化此共識。「一旦建立消費者的環保思維,串聯起材料、製造、營運模式等產業鏈,就能共構新的經濟體系!」

舉例來說,民眾生活中所用的塑膠,多屬熱固型複合材料,不僅無法回收再利用、處理代價高、汙染危害大,未化解塑膠被喻為「千年垃圾」的污名,工研院成功研發出理想的熱塑性碳纖維複合材料,不只可回收,還可再生重複使用,目前已技轉鑫永銓公司產製輕巧耐撞的行李箱,未來還可廣泛應用於製鞋、手機外殼、滑雪板,甚至汽車、航太等。從產品材料源頭就進行可回收設計,不但接軌國際綠色永續趨勢,也創造了新一波的循環經濟商機。

台灣是電子與半導體業以及太陽能電池模組大國,如何解決廢棄物、點石成金,是一大課題,而台灣供應的寶特瓶產量占全球六分之一、運動鞋材料占三分之一,十分之七的機能紡織產品也是自台灣出口,但其中有很大比重屬於石化加工。因此台灣在循環經濟新材料的研發上責無旁貸,若從環保材料這關搶得先機,不僅可以扭轉產業必須向日、德購買原料,受制於他國的局面,坐穩產業供應鏈的上下游關鍵位置,更可迎向廣闊的新藍海市場,印證「經濟與環保可以共存共榮」的理想。

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工業技術與資訊

1991年創刊的《工業技術與資訊》月刊,為工業技術研究院發行之全院性對外出版品,主要提供工研院重大技術發展、相關產業趨勢、技術移轉成效等內容,為一般大眾接觸工研院的管道之一。工研院是台灣最大的產業技術研發機構,不論技術引進、人才培育、育成中心、技術服務移轉,對台灣中小企業的發展具有舉足輕重的地位。

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