前言
風能發電行業為複合塑膠材料發展提供了重要的增長動⼒。截止到2015年底，風⼒渦輪機生產中的複合材料全球市場估值預計將達到47億美元。由於海上風能發電設施的數量正不斷擴大，預計碳纖維和其他先進複合材料在風⼒葉片生產中將發揮越來越大的作⽤，因為該 行業需要⽤更硬、更輕的材料製造大型渦輪機。 海上風能設施正在擴大風⼒發電應⽤的範圍。由於陸基風電場受到地形、季節風，以及建設⽤地等影響，海上 的風電廠就顯得更為可靠。因為相較于陸風，海上的風 速更快，也沒有風向紊亂的問題，同時也不會受到陸基地形阻擋的影響。

儘管海上通常能提供更好的風⼒資源，但在惡劣的海洋 環境中安裝和運行渦輪機則極具挑戰性。然⽽，使⽤能 適應風⼒條件的智慧葉片可以實現能量產出上的飛躍。

海上風電技術的選擇：垂直軸風力渦輪機 (VAWT)
讓我們比較垂直軸與水準軸的風⼒發電機。垂直軸風⼒ 渦輪機(VAWT)具有⼀獨特的優勢。⾸先，垂直軸方向 風⼒渦輪機可以接受來⾃任何方向的風。其次，其占風 機大部分重量的發電機和變速箱等設備可以放置 在地 ⾯⽽不是塔上。與水準軸風⼒渦輪機(HAWT)的優點相 比，VAWT的缺點也很明顯。其總葉片長度能掃掠過的⾯積、風機能承受的循環載荷，以及結構共振的情況 都不如HAWT，同時VAWT缺乏氣動制動並需要更 高的運行成本。因此，HAWT⼀直是陸基風⼒系統的 主導技術，特別是在過去的二十年中。 然⽽，海上風電技術可以改變VAWT架構的命運。 VAWT可能成為10到20兆瓦較大規模的海上發電系 統的⾸選技術，垂直軸轉⼦結構在安裝和基礎設施、 下部結構，以及運營和維護上，存在可以大幅降低能 源成本(COE)的可能性。由於在安裝和操作方⾯上⾯ 臨的挑戰，海上風電的經濟性與陸基渦輪機有很大不同。

VAWT主要有三大優勢：
• 較低的渦輪機重⼼： 較低的重⼼意味著改善了穩定性並降低了重⼒疲勞 載荷。此外，VAWT上的傳動系統位於地⾯或更靠 近地⾯，可以使設備維護更容易，耗時更少。
• 降低了機器複雜性： VAWT的零件數量較少，因為它們不需要控制系統 將它們指向風源。⽤於HAWT的多兆瓦渦輪機中 的大型轉⼦的轉向系統在建造和運行方⾯都是十分 昂貴的。
• 可生產更大尺寸的風機及擁有更高的可擴展性。 不過海上風機VAWT的問題仍然存在：「當海上發 電站應⽤VAWT系統時，是否是利大於弊？」在美國能源部的研究資助下，桑迪亞國家實驗室正在研究 VAWT應⽤在海上發電站的可行性。研究重點是不同 的轉⼦類型、新型負載控制或制動設備，以及新材料 研發和大型VAWT葉片的製造技術。

風力渦輪機葉片的發展
接下來，讓我們來看看可現場裝配的風⼒渦輪機葉 片的發展。近年來，越來越多的渦輪機配備了超大 型轉⼦，以經濟有效的方式增加了渦輪機的年發電量 (AEP)。但這對於陸基風機的發展越來越困難，因為這 些大型葉片的公路運輸成本高且運輸難度也很大。
Blade Dynamics遠端葉片組裝技術 Blade Dynamics遠端葉片組裝技術是葉片⼯廠使⽤ 的⼀種透過常規大小集裝箱進行葉片運輸及組裝的技 術。葉片可以在標準化的12公尺集裝箱中分兩個部分運輸到現場，並永久地固定在風電場本地的風機上。 此技術只在結構上增加了很少的重量，改進後的葉片 也通過了疲勞測試。該系統可⽤在每個陸基葉片上。

全世界同規格中最輕的葉片：“Dynamic 49” “Dynamic 49”風⼒渦輪機葉片重量僅為 6,150 千 克，是全世界的同規格葉片中最輕的，在製造精度、 亮度、品質和耐⽤性方⾯領先於其他葉片。與公司其 他的轉⼦⼀樣，D49也可以分兩個部分運輸並在電廠 當地組裝完成，從⽽大大節省了物流成本。

⽽較短的部件，則更容易製造。在鐳射對齊夾具中組 裝保證了裝配的品質。這種複合葉片由環氧樹脂、玻 璃纖維和碳纖維複合材料製成，同時表⾯使⽤了該公 司的Bladeskyn表⾯塗層。該設計的核⼼是內部翼梁 技術，該技術由許多多層碳纖維增強環氧樹脂部分構成。外殼元件主要由玻璃纖維增強複合材料製成，該 外層可以提供空氣動⼒學覆層，有助於保證葉片的結 構完整性。

風力發電機塔架的發展
最後，讓我們看⼀下風⼒發電機塔架的進展情況。風 ⼒渦輪機的塔架必須足夠堅固以承載渦輪機的重量， 渦輪機的重量可以達到90.7噸，同時塔架還要抵抗彎 曲和扭轉應⼒。

風⼒渦輪機對於增加塔架高度的需求正驅使著塔架材 料向先進的塑膠複合材料方向發展。風電廠商正在推 動建造更高的塔架，以捕捉高海拔地區的高品質風 源。對於3MW渦輪機，這些塔架的高度可能將超過 目前標準的80公尺高度，對於5⾄7MW容量的渦 輪機，這些塔架高度將有望增加到100⾄150公尺之 間。將塔高的高度加倍通常也需要使其直徑加倍，⽽ 使材料量增加8倍。此時，複合材料塔架的優勢就體 現出來了。複合材料塔部分明顯更輕、更容易運輸。 以往使⽤的塔架，例如⽤於80公尺風⼒渦輪機塔架 的鋼制單極塔，其直徑為4.3公尺，長度為21.3公尺， 在運輸到風電場地的過程中，其重量已經達到高速公 路允許的最大載荷。若改采複合塑膠材質則有以下優點：

• 大大節省運輸與安裝費⽤
• 降低維護成本
• 改善動態阻尼特性
• 延長疲勞壽命

結語
對於海上設施⽽言，在惡劣的海水環境中，複合材料 的耐腐蝕表現也優於鋼，且複合塔部件也可以在現場 進行組裝。使⽤這種模式，將在風電場部件運輸及風 電塔組裝過程中大幅節省物流成本，並可以讓⼀些以 往由於道路問題無法架設風電塔的偏遠地區也能進行 風電塔的安裝。
由俄亥俄州發展部資助，⼀個財團設計、分析、建造 了⼀個100公尺高的玻璃纖維增強塑膠複合材料的 風電塔並進行測試。該項目的渦輪機塔架使⽤的是由 Ashland Performance Materials 提供的樹脂複合材 料。該項目由Ershigs Inc.公司牽頭，聯合了包括亞 什蘭公司、代頓大學研究所、WebCore技術公司和 愛迪生材料技術中⼼(EMTEC)聯合組成的俄亥俄州 第三前沿先進能源計畫的⼀部分，同時由Ershigs Inc. 提供了110萬美元贈款資助。■

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前言
轉眼已是春花爛漫，疫情陰霾在中國內慢慢消散，製造業逐漸恢復往昔繁忙，社會經濟運轉重現生機活⼒。改性塑料行業開始回暖，高溫尼龍PPA市場就是 其中⼀個縮影。隨著下游客戶復⼯生産加快，汽車、 電⼦電氣、家電等領域的訂單需求量明顯增多。

高溫尼龍PPA是⼀種通過含苯環的二元酸（⼀般是 對苯二甲酸）和脂肪族二胺發生縮聚反應⽽製成的半 芳香族聚醯胺，主要品種有PA4T、PA6T共聚物、 PA9T、PA10T、PA11T、PA12T。相較於普通尼龍⼯程 塑料，高溫尼龍PPA擁有更加出衆的綜合性能，是以 塑代鋼的高性能材料。

近年以來，新能源汽車、智能家電等新興市場蓬勃發 展，湧現出許多新的材料需求。在以塑代鋼的趨勢下， 高性能塑料的使⽤占比越來越高，其中就包括了高溫 尼龍PPA。隨著技術的不斷完善，許多材料廠商紛紛 涉足高溫尼龍PPA生産製造，高溫尼龍PPA在下游 行業中得到廣泛的應⽤。

PPA材料的應用領域
PPA材料目前主要常被應⽤的三大領域，分別是「電 ⼦電氣」、「汽車⼯業」，以及「生活⽤品」等，該材料在三個領域的應⽤產品舉例如下： 電子電氣 PPA材料在電⼦電氣領域中常見的應⽤產品有SMT 連接器(DIMM、FPC、SCA、D-SUB、DDR & BTB)、 PICC插座、斷路器、撥動開關、輕觸開關等。

汽車工業
在汽車⼯業領域中常見的應⽤產品有發動機周邊部 件、進氣歧管、汽車連接器、滾動軸支承架、傳感器、 點火器、油泵蓋、車燈支板等。

生活用品
⽽在生活⽤品領域中常見的應⽤產品，則有咖啡機結 構件、微波爐支架、衛浴花灑支架等。

PPA與其他材料性能對比
以⾦暘HG30E牌號爲例，相較於其他材料的性能， PPA具有以下四項特點：
• 具有較高的熔點和熱變形溫度（如圖5）。
• 具有較低的吸水性，可在高濕環境下，保持較高的 尺寸穩定性和强度（如圖6、7、8）。
• 具有優異的耐化學性，尤其耐乙二醇、汽油、去離 ⼦水等（如圖9）。
• 具有較好的耐回流焊性（如圖10）。

金暘PPA材料解决方案
⾦暘新材料早已於高溫尼龍PPA的領域布局多時。目 前，⾦暘新材料開發了增强型、增强阻燃型等⼀系列 牌號的PPA材料，熔點達到310℃，兼具較高的耐熱 性和較低的吸水性，擁有良好的尺寸穩定性，在汽車、 電⼦電氣，家⽤電器零部件等領域均有應⽤。今年三 月份以來，下游行業開始復蘇，高溫尼龍PPA的市場 需求持續增加，⾦暘新材料開足馬⼒生産，加大對下 游行業的原材料供應。

值得⼀提的是，⾦暘新材料具備⼀個獨特優勢，依托 其母公司的PPA樹脂聚合裝置，它擁有性能優异且穩 定的基料供應保障，通過其專業的配方優化改性和先 進的製造技術，能爲客戶提供品質穩定且性價比高的 PPA材料。■

這篇文章 汽車、家電市場回暖，高溫尼龍PPA需求走旺 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

前言
塑膠作為可塑性極強的材料，已廣泛被應用於人類生 活的各個領域。為了獲得更好的剛性，熱塑性塑膠通 常會藉由玻纖或碳纖等填充改性來提高強度。由於在 載荷作用下，力由聚合物基體傳遞到纖維，因此在聚 合物及其粘度固定的前提下，纖維的特定長度成為重 要影響因素。在高負載或高衝擊以及高低溫的極限環 境下，通常意義下的短纖將有所不足，會出現聚合物 基體變軟或變脆等現象。透過特殊長玻纖改性材料將 可以大大拓展聚合材料的適用性，甚至可以使材料的 衝擊強度提高多達3倍。

AKROLOY® LGF系列
在過去的10年裡，越來越多的壓鑄和衝壓的金屬零 件被工程塑料替換，尤其是在汽車行業、衛生設施、 通用機械工程領域已有很多案例。傳統的尼龍PA66 和PA6作為工程塑料中性價比較高的代表一直走在前 列。
AKRO安科羅的AKROLOY® PA LGF系列在通過將PA 6.6與半芳香CoPA混合，在顯著降低水分對材料性 能的影響的同時，也大幅度提高了材料的承載能力！ 如PA66 GF50在吸濕後，強度將下降25%，但是同 樣的 AKROLOY® PA LGF 50在吸濕後，強度僅下降
10% 。圖1為不同溫度下兩種材料的應力/應變曲線 對比圖，從圖中我們可以發現AKROLOY® PA LGF 50 相較於短玻璃纖維AKROLOY® PA GF 50，在相同的 載荷下，它的耐溫性能高40℃；且在相同的溫度下， 它能夠承受更高的負荷。

XTC® 技術
對於高溫下的極限載荷要求，AKRO 安科羅的 創新 XTC® 技術使聚醯胺長玻纖增強複合物在 170℃ ~230℃高溫區間遊刃有餘。如 AKROMID® C3 LGF 50 5 XTC natural 即使在 210℃的溫度下其機械 性能依然優異。如圖2，在210℃的環境中，存放 3000小時後，仍能保持80%的初始拉伸強度，可以 取代金屬及其他耐高溫化合物如PPA或PPS等，且 此類的複合物不含鹵素，也適用於汽車電子及電氣等 應用。

結語
AKRO安科羅的長玻纖增強特殊複合物(LGF)對於極 限負載、高低溫載荷工況條件下的以塑代鋼及輕量化 趨勢提供了創新的解決方案。AKRO安科羅的長玻纖 增強材料系列，提供客戶穩定的產品品質及多樣化的 產品組合，攜手為市場帶來創新的零部件解決方案， 以客戶需求為導向，助力客戶搶佔市場先機。■

這篇文章 塑膠界也有極限挑戰？AKRO 安科羅助你搶佔先機！ 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

前言
2020年伊始，新冠肺炎肆虐中國。十四億人民的生 活節奏被打亂，原本走親訪友、吃喝玩樂的春節，變 成一段漫長又略顯無聊的居家隔離假期。突如其來的 疫情給中國經濟造成難以預估的損失，交通運輸、旅 遊業、線下零售、餐飲業、電影業、製造業等眾多行 業遭受重創。巨大的危機面前，卻蘊藏著新的機遇。

封城、封路、封社區，全民居家隔離的這段時期，以 生鮮配送、視頻直播、線上教育、遠端辦公等為代表 的宅經濟開始崛起，並且給關聯產業注入強勁的活 力。對於改性塑膠行業而言，除了口罩、護目鏡、消 毒水、防護服等短期內激增的相關材料需求外，因宅 經濟而備受關注的健康類智慧家居產品，有望迎來新 一輪消費升級的發展機遇。

抗菌材料，站上消費升級新風口
現代文明社會的發展，科技進步極大地豐富人類物質 生活，但同時也給地球環境造成負擔。氣候變暖、環 境污染等問題惡化，病毒、細菌無處不在，不斷威脅 人類的生命健康。而抗菌材料在家居領域的應用，對 於保護人類居家健康衛生起到至關重要的作用。早在 2010年，中國就發佈《家用和類似用途電器抗菌、除 菌、淨化功能抗菌材料的特殊要求》等6個國家標準， 積極推動抗菌材料的創新與應用。

新冠肺炎疫情讓消費者普遍認識到抗菌、抑菌、滅菌 的重要性，消費者在選擇家電、衛浴等產品時，抗菌 性能成為一項迫切的需求，這也將形成一種新的消費 觀念。在這種消費趨勢下，對材料供應商提出更嚴苛 的要求。一般塑膠製品若長期處於潮濕環境下，如洗 衣機、冰箱、空調、飲水機等，潮濕的環境容易滋生 細菌、黴菌，就需要通過抗菌材料來抑制其生長。因 此除了滿足美觀、輕薄以及使用性能外，具備抗菌性 將成為新型材料不可或缺的一項性能。

目前，中國不少家電產品已經開始採用抗菌材料。如 金暘新材料開發的抗菌材料，已為許多家電廠商提供 定制化的材料解決方案。金暘高光抗菌阻燃PP，其抗 菌率達99.99%，具自清潔功能；它還耐腐蝕、耐刮擦， 便於日常清潔；此外它的阻燃性能，滿足電氣性能要 求；不僅如此，它耐黃變和高光澤，有著出眾的外觀 表現。目前，這款材料已成熟應用於空調濾網、洗衣 機滾筒、智慧馬桶蓋等產品。

食品級材料，宅經濟崛起後的新寵兒
宅經濟崛起，另一個體現便是許多年輕人開始願意走 進廚房，學著製作各式各樣的網紅美食。在這個過程 中，冰箱、電飯煲、破壁機、淨水器等家電產品被頻 繁使用，在全民重視健康的背景下，食品級材料受到 更多關注。事實上，伴隨生活水準的提高，消費者對生活品質的重視程度也在提升，飲食健康成為人們共 同關注的問題。消費者對飲食健康越重視，在選擇食 品接觸類家電時，就越在意材料的安全性能，它甚至 成為消費者判斷一款產品是否合格的關鍵因素。同 時，相關行業標準也不斷提高與完善，以滿足這種消 費需求。2017年，《食品安全國家標準食品接觸材料 及製品通用安全要求》發佈，推動食品接觸材料的發 展，改性塑膠領域湧現不少新型食品接觸類材料。

針對下游市場的應用需求，金暘開發多款食品級環保 材料，可用於食品與飲用水接觸類家電。金暘開發的 冰箱抽屜專用料「耐低溫環保PP」，不僅耐高低溫 性好，尺寸穩定性優良，耐翹曲性好，而且符合FDA 食品認證要求，耐化學腐蝕好，不易變色，可為產品 製件提供健康安全的保障。金暘還推出食品級PP專 用料，已應用于淨水器，產品通過FDA認可，不含BPA，滿足國家對食品級材料的要求，同時材料具高 光性，擁有良好的外觀性能。

結語
新冠肺炎疫情依然牽動著億萬人心，全民隔離的這段 時期，無數人學習如何保護居家環境健康，勤洗手、 勤通風，定期清潔並選擇抗菌類產品的觀念已經深入 人心。宅經濟的崛起，進一步更新消費者對健康類家 電的認知。疫情雖然打亂材料供應商的生產節奏，但 同時也給市場提供新機遇。隨著家電廠商有序復工複 產，疫情對行業的影響將逐步減弱。除抗菌類、食品 接觸類材料外，適合紫外消毒和高溫消毒的耐紫外、 耐高溫類材料，以及主打環保健康概念的免噴塗、低 氣味等材料，均有望隨著下游市場的反彈而迎來新一 波增長行情。■

這篇文章 宅經濟崛起健康家電受追捧，哪些改性塑料迎來利多？ 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

前言
纖維強化熱塑性複合材料(FRT)常被用於汽車及航太產 業，以減輕車輛重量和改善燃油效率。處理FRT的方式 包括快速、高自動化的壓縮成型和射出成型技術，將纖 維和樹脂運送至模腔。纖維強化塑料的非等向性流動行 為主要取決於纖維的排向狀態。以實務上壓縮成型的片 狀玻璃熱塑性塑料(GMTs)而言，纖維排向所產生的非 等向性流動，會使圓盤狀的產品被擠壓成為橢圓形（如 圖1）[1]。一般情況下，純樹脂在射出成型中的熔膠波 前是平滑的，且以自由表面往外延伸（如圖2）[2]。已 知當長纖/短纖熔膠的纖維濃度較高時，會產生一些特 定且不規則的流動特徵，亦即自由表面會沿著模腔內以較快的速度前進。

用於模擬非等向性流動的IISO模型
在Moldex3D與美國普渡大學合作的研究中，普渡大學 複合材料製造及模擬中心的 Dr. Favaloro 及 Prof. Pipes 提出了IISO (informed-isptropic)黏性理論，Moldex3D 則將此應用至模擬軟體中。透過Moldex3D射出成 型和壓縮成型非等向性流動模擬，是很重要的。最近 Moldex3D IISO 模型也獲得美國專利，[3, 4] 並發布於 科學期刊[5, 6]。Moldex3D的模擬中，在壓縮成型系統 內最初的纖維配向分布是X軸單向的（如圖3），材料 為聚丙烯(200°C)加上25%的長玻璃纖維（展弦比L/ D=360），最終的流動波前明顯由原本的圓形轉變成橢 圓（如圖4）。此外在模擬結果中，添加50wt%短玻纖
（展弦比 L/D=20）的 Polyamide66，流動波前也顯 示自由表面會沿著側壁以較快的速度前進（如圖5）。

結語
到目前為止，即便是要使用最頂尖的CFD軟體模擬此 纖維排向所導致的非等性流動行為，仍是一大挑戰。 因此IISO黏性理論對於掌握非等向性流動，是非常關 鍵的技術。在Moldex3D現行版本的纖維耦合分析技 術，可廣泛運用於射出及壓縮成型產業，幫助預測纖維複材的製造。

參考資料: [1] Favaloro AJ, Sommer DE, Denos BR, Pipes RB. Simulation of prepreg platelet compression molding: Method and orientation validation. J Rheol 2018; 62 1443. [2] Truckenmüller F, Fritz H-G. Injection molding of long fiberreinforced thermoplastics: A comparison of extruded and pultruded materials with direct addition of roving strands. Polym Eng Sci 1991; 31 1316-1329. [3] Favaloro AJ, Pipes RB, Tseng H-C. Molding system for preparing fiber-reinforced thermoplastic composite article. US Patent No. 1020918; 2019. [4] Tseng H-C, Chang R-Y, Hsu C-H. Molding system for preparing fiber-reinforced thermoplastic composite article. US Patent No. 1020921; 2019. [5] Favaloro AJ, Tseng H-C, Pipes RB. A new anisotropic viscous constitutive model for composites molding simulation. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2018; 115 112-122. [6] Tseng H-C, Favaloro AJ. The use of informed isotropic constitutive equation to simulate anisotropic rheological behaviors in fiber suspensions. J Rheol 2019; 63(2) 263. ■

這篇文章 可模擬非等向性流動的新纖維流動耦合模型 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

前言
時至今日，塑膠成型加工技術已經被廣泛地應用於許多 高科技產品的生產上，諸如汽機車零組件、3C電子產品、連接器、顯示器、手機、塑膠光學鏡片、生醫應用 產品及一般生活用品等；隨著產品用途多樣化、功能需求多變化性的趨勢演變，塑膠成型加工技術日益地蓬勃發展。

然而隨著時代進步，產品的複雜度與精度要求也日益嚴苛；如何有效地掌握產品品質，一直是攸關產品產量及良率之主因，同時也是業界最主要的競爭力來源。一般而言，影響產品品質的主因來自於成型製程中所產生的問題，而這些問題發生的原因經分析後大多是因為對塑 膠材料特性的不熟悉。針對這個問題，本課程將由高分子塑膠的基本原理與特性入門，使學員認識塑膠的種 類、特性與加工性，同時也藉由分析解說射出成型過程中常見的問題案例，讓學員能夠有系統地窺探塑料特性 造成問題的成因，透過瞭解塑膠材料的基本觀念與產品 不良問題的成因，才能針對成型問題制定出正確的解決 對策。

要如何挑選適當的塑膠材料
在開始介紹材料特性前，首先我們要先了解我們產品的 需求條件，如此一來才能夠茫茫材料中挑選出適當的塑 膠材料，而這些需求條件經歸納整理後大致可分為三個步驟，首先是「最終產品使用上的需求」，接著是「商 業化塑膠材質的選擇」，而最後若市面上沒有適合的 選項才進入到「塑膠材質的改質與特製化」這一步驟。

最終產品使用上的需求 在挑選材料時，我們首先要考慮到最終產品使用上的 需求，如使用環境條件的限制、機械物性強度要求、 特殊性功能要求、產品成本等都需要考慮，筆者將這 些常見的條件整理羅列如下： • 機械結構物性需求：抗張、抗折、抗壓強度、耐衝 擊性、HDT、MI(MFI) • 使用環境：使用溫度極限、高濕環境、酸鹼環境、 戶外環境 • 功能性：耐磨耗性、止滑性、EMI、導電性、光學 特性、難燃性 • 組裝性及二次加工性：組裝、固定、印刷、噴塗、 電鍍、熔接、貼合 • 成本：單價、產量、加工成本、成形週期、使用壽 命 • 認證需求：FDA、UL、CEE、IEC

商業化塑膠材質的選擇 了解最終產品使用上的需求後，我們可以利用比較塑 膠材料的性質物性表，從市面上的材料中選擇適當及適用之塑膠材料，而一般塑膠材料物性表主要包含兩 類資料，分別為機械性質資料與功能性質資料，機械 物性資料可提供產品設計人員進行產品設計初步計 算；而功能性質資料則可顯示材料使用上之特定功能。 除此之外，在商業化塑膠的選擇上，我們還需考慮到 材料是否符合強度物性與功能型要求，以及其加工穩 定性、品質穩定性、供料穩定性、成本，以及售後的 技術服務等面向。

塑膠材質的改質與特製化 當產品對於塑膠材料要求的性質或功能為非標準規格 或有特殊需求，並且無法在市面上找到適當及適用之 塑膠材料，我們可以透過對廠商提出需求，請他們針 對需求進行塑膠配方的調整，透過混練摻合改質的方 式，以得到符合特定物性要求的塑膠。常見的改質方 法有以下幾種： • 塑膠＋添加劑：可以達到改變物性、功能性的效 果，例如：PP加入Talc、PC加入FR等。 • 塑膠＋彈性體：藉由加入彈性體，可以提高產品 韌性，例如：超韌PA、PP加入EPDM等。 • 塑膠＋補強纖維：達到補強或強化的效果，例如： PA加入GF、PC加入GF、LFTP等。
• 塑膠＋塑膠：這種作法被稱為合金(alloy)，也有 人稱其為摻合 (blend)，例如：PC 加入 ABS、PC 加入PBT等。

何謂聚合物（高分子、巨分子、Polymer）
了解最終產品的需求與條件後，接下來便能進入材 料介紹的環節。首先，何謂聚合物？聚合物又名高 分子、巨分子、 Polymer，是由許多小分子量的單體 (monomer)，藉由化學反應以共價鍵結合而形成的一 具有重複分子結構之高分子量物質，其主要組成元素 有：碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、矽(Si)、硫(S)、 氟(F)、氯(Cl)等，聚合物在工業界主要有五大應用領 域：塑膠、橡膠、纖維、塗料、接著劑，今天我們要 探討的便是聚合物在塑膠領域的應用。

高分子塑膠材料
首先，我們必須先釐清一點，一般塑膠原料並不是單 純高分子聚合物，而是針對特殊應用與特性要求而調 配出具有複雜配方組成的混合物，是經由高分子基材 與添加劑合成的有機且具有大分子結構的物質。 在工業界中，塑膠材料被依照其各自的耐熱性程度進 行區分，分為「泛用塑膠材料」、

「工程塑料材料」、「高性能工程塑料材料」等三類，它們各自的特性與 常見材料介紹如下：
泛用塑膠材料 主要常見的泛用塑膠材料有 PE、PP、PS、SAN、 PMMA、PVC、ABS等，相較於其他兩種材料的產品， 較不要求產品的剛性強度與尺寸精度，且使用溫度不 能高於100°C，常被用於生產民生用品。

工程塑料材料 主要常見的工程塑料材料有 Nylon、POM、MPPO、 PC、PET/PBT等，可耐受溫度大約落在100-150°C ，特性條列如下： • 具有高的強度、重量比、高比強度。 • 在較高溫下，仍有較好的機械物性。 • 具低潛變性(Low Creep)。 • 較低熱膨脹係數。 • 較佳的電氣性質。 • 較佳的耐化學藥品性。

高性能工程塑料材料 主要常見的高性能工程塑料材料有LCP、PPS、PPA、 PSF、PES、PEEK、PEI、PTFE等，相較於工程塑料， 高性能工程塑料的材料可耐受的溫度高於150°C，具 有更高的剛性強度，且能耐受更高的溫度，但同時價 格也是三種塑料中最高的。

（更多的「塑膠材料基本特性介紹與產品應用」內容 與課程，請參加 http://www.caemolding.org/acmt/ cml/la082/）■

▼課程名稱：塑膠材料基本特性介紹與產品應用 (LA-082)
▼課程時間：9:30-16:30(共六小時)
▼課程日期：2020/3/17(二)台北
▼課程講師：劉文斌 技術總監
▼課程地點：ACMT台北技術中心(新北市板橋文化路一段268號7F-2)
▼課程費用：NT$3,600/RMB¥960元 (菁英會員8折、超級菁英會員7折)

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巴斯夫公司於這次德國K2019展覽中展出兩項具有 出色材料性能的新一代節能型氣凝膠隔熱材料—— 「SLENTEX®」與「SLENTITE®」，以及兩者各自在碳纖 維混凝土外牆元件與房車中的創新應用實例。

應用於住宅建築超薄混凝土外牆 — SLENTITE® 和SLENTEX®
新材料與可再生能源的結合使用是未來住房成功的秘訣。在萊比錫的一個試點項目中，正在建造一棟由碳素 混凝土和鋼筋混凝土混合承重結構組成的房屋。為了實現超薄的牆體結構，SLENTITE® 和 SLENTEX® 可用於在 混凝土層之間創建絕緣層，與傳統絕緣材料相比，可將 壁厚減少多達50％。薄化外牆不僅可以極大地促進新的 美學方法，更重要的是，它還可以增加建築內部的空間。 此外，這兩種高性能絕緣材料可以集成在混凝土設備中 元素的自動預製中，而無需進一步的系統調整。萊比錫
大學(HTWK)應用科學的首席設計師和研究員—— Alexander Kahnt 證實了這些高性能隔熱材料的一 個特點：「由於其卓越的隔熱性能，SLENTITE® 和 SLENTEX®是用於生產超薄預製元件壁的理想選擇。」 由於彈性 SLENTEX® 絕緣墊的出現，即便是有機形狀 的牆壁元件也可以製造，為建築美學開闢了全新的領 域。

汽車領域的高性能隔熱材料
由於其出色的產品性能，SLENTITE® 和 SLENTEX® 是 不適用常規隔熱材料地區的理想選擇。節省空間是房 車，大篷車和運輸行業的關鍵標準。巴斯夫(BASF) 在K2019上展示了其與著名休閒車和房車製造商合 作製造的原型房車，該車展示了薄化的隔熱材料如何 為內部使用創造有價值的空間，成為SLENTITE® 與 SLENTEX® 的全新應用，以及在實施節能策略的一個 新里程碑。

SLENTITE®—適合所有氣候的超薄面板
SLENTITE® 是第一純粹基於聚氨酯的氣凝膠以往要製 造。耐用的氣凝膠隔熱板由大約90％的空氣組成， 且具透氣性，相較於常規材料，其隔熱層厚度最多可 薄50％，而這使得在最大限度地提高效率的同時， 也具有很高的美觀性。作為創新的高性能隔熱材料， SLENTITE ® 的開孔結構營造了宜人的室內環境，並 有助於降低能源成本。其出色的隔熱性能(λ=18mW/ m-K)還具有出色的加工質量。乾淨、無塵的面板可 以很容易地在現場切成一定尺寸，然後直接塗在牆上 或預先塗上塗層。「由於這個無與倫比的產品性能組 合，SLENTITE® 使建築和運輸領域可以實現節省空間 的隔熱解決方案。」巴斯夫項目經理兼營銷高性能隔 熱產品的Marc Fricke博士解釋道。

SLENTEX®—具彈性且高效隔熱 SLENTEX® 是由純礦物原料組成的一種易處理且非可燃材料。作為一種單層彈性墊，它現在可被用於建築 和現代化領域的各種應用。

SLENTEX® 是一種高效和超纖薄的絕緣墊。其導熱係 數為19mW/m•K，相較於常規礦物隔熱材料，該材 料的導熱係數要低得多，且可用於建造極薄的牆體結 構。有利的是，該材料是不可燃的，具有A2-s1，d0 防火等級，並且經過 ETA 認證。SLENTEX® 允許水蒸 氣(μ 〜5)擴散，同時具有疏水性，因此非常適合外 牆應用。「由於其彈性，隔熱材料非常適合平面和彎 曲的建築幾何形狀，並滿足了不可燃隔熱材料可提供 的最高能源要求。」項目管理和營銷高性能隔熱產品 Wibke Lölsberg博士說道。■

這篇文章 超薄高性能絕緣材料為建築和運輸創造額外空間 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

改善性能
為了改善PLA基FDM零件的熱性能和力學性能，我們
研究了碳納米管（CNTs）作為短纖維填料的應用。此 外，我們研究了碳納米管濃度對3D打印零件的結構 和後續特性的影響。最後，為了奠定性能優化的基礎， 我們提出了一種使用非幾何過程參數的方法。使用參 數——體積流速——能夠在給定的層厚和打印速度下 影響打印複合材料的微觀結構。我們選擇碳納米管作 為增強材料，因其具有優良的機械性能、熱學和電學 性質。此外，CNT可以以粉末形式獲得，因此可以直 接混入PLA中並擠出成FDM打印機的原料絲。
這個過程不同於其他連續纖維複合材料打印過程， 為此需要專門的打印機並使用特殊的聚合物（例如 Markforged）。在 3D 打印零件中，打印路徑的寬度 （參見圖1）取決於打印流速、打印噴嘴的速度（相 對於打印基板）以及噴嘴和打印基板之間的間隙。因 此，我們使用無量綱體積流量（Qr）來預測3D打印 零件的微觀結構。
該參數被定義為實際體積流量與理想體積流量的比率 （即在打印噴頭的給定相對速度下完全填充噴嘴和打 印基板之間的給定間隙所需的流率）。​Qr特別重要， 因為它有助於描繪出“欠流量（Qr<1）”和“溢流 量（Qr>1）”區域。這些值可以預測 3D 打印 PLACNT複合材料的微觀結構，從而預測其力學性能。對於一個固定的打印路徑距離，Qr>1會導致更寬的頸 部，而Qr<1會導致頸部變窄或者路徑之間缺乏粘接： 參見圖1（a）和（b）。
在沒有CNT的情況下，我們發現PLA樣品的楊氏模 量和拉伸強度隨著Qr的增加而增加。我們將這個結 果歸因於PLA單絲之間空隙率的減少和絲之間更好 的結合。然而，在CNT-PLA樣品中，我們觀察到在 Qr接近1處（Qr≥1）楊氏模量和拉伸強度最高。純 PLA和不同CNT含量的CNT-PLA樣品的趨勢對照如 圖2中所示。在純PLA中，我們發現增加底部填充樣 本的體積流量（Qr<1）可以減少打印路徑之間的空隙 率，從而提高了處於拉伸狀態的單個打印路徑之間的 應力傳遞。
理論上，隨著體積流量的增加，熔融裝置內的剪切速 率也應該增加，從而導致更高程度的CNT取向從而 具有更高的模量。然而，我們觀察到相反的CNT取 向趨勢，這是由於過度填充（Qr>1）導致CNT取向 的隨機化。為了量化CNT的取向程度，我們對所製 造的樣品的打印路徑和其路徑交叉點處進行X射線衍
射分析。為此，我們使用了單層FDM樣品2D衍射圖 的方位環積分的半峰全寬（FWHM）測量。如圖2所 示，CNT排列的程度隨著Qr的增加而減小。這個結 果與直覺恰恰相反，因為更高的Qr將導致更高的壁 剪切率，從而有更高的對準度。如圖1（a）和（b） 所示，這些實驗觀察可以通過流動和幾何誘導效應的 結合來解釋。此外，圖2顯示，與打印路徑中心相比， 相鄰路徑交叉處的碳納米管排列較少。
由於靠近熔融裝置內壁有較高的剪切速率，在交點處 預期有較高程度的CNT排列。但是，我們在實驗結 果中沒有觀察到這一點。我們將碳納米管在交叉處取 向的降低歸因於其在噴嘴中的聚集。對於給定的體積 流量，流速隨著橫截面積的減小而增加。這種流速的 增加導致拉伸變形，這進一步使CNT在核心處對齊， 從而有助於解釋觀察到的趨勢的增加而增加。
我們將這個結果歸因於PLA單絲之間空隙率的減少和 絲之間更好的結合。然而，在CNT-PLA樣品中，我 們觀察到在Qr接近1處（Qr≥1）楊氏模量和拉伸強 度最高。純 PLA 和不同 CNT 含量的 CNT-PLA 樣品的趨勢對照如圖3中所示。在純PLA中，我們發現增 加底部填充樣本的體積流量（Qr<1）可以減少打印路 徑之間的空隙率，從而提高了處於拉伸狀態的單個打 印路徑之間的應力傳遞。 理論上，隨著體積流量的增加，熔融裝置內的剪切速 率也應該增加，從而導致更高程度的CNT取向從而 具有更高的模量。然而，我們觀察到相反的CNT取 向趨勢，這是由於過度填充（Qr>1）導致CNT取向 的隨機化。

總結
我們基於擠出的FDM方法探索了CNT-PLA複合材料 的3D打印。通過研究體積流量和碳納米管濃度的影 響，我們發現無量綱體積流量（Qr）是了解FDM零 件的微觀結構和製品力學性能的重要參數。在我們未 來的工作中，我們打算對其他功能填料（例如氮化硼 納米管和纖維素納米纖維）使用類似的方法來探索類 似體系中結構-工藝-性能之間關係。■

這篇文章 3D打印碳納米管聚合物複合材料結構-性能關係 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

克服挑戰
為了克服這些挑戰，德國巴斯夫公司生產了一種名為 Acrodur的熱固性丙烯酸樹脂。該樹脂體系克服了與天 然纖維相關的粘合問題，提高了天然纖維基複合材料的 熱穩定性。另外，樹脂是完全生物基的，並且不含甲醛 和酚，因此可以滿足汽車、摩擦學和家庭應用的生態性 要求。關於Acrodur的大量研究和應用報告都集中在纖 維氈的使用上，但是迄今為止，還沒有文獻描述了直接 使用木短纖維（SWFs）與該樹脂製備生物基複合材料。 因此，在我們的研究中，我們研究了直接使用SWFs和 Acrodur 950L生產生物複合材料。 為了製備我們的樣
品，我們使用了一種簡單的混合技術（使用捏合設備） 和熱壓縮成型。我們的研究與工業相關，因為採用 SWFs（代替玻璃纖維）使得成本降低，並且我們的方 法是基於使用現有設備的處理技術。此外，通過直接 使用（能增強熱固性聚合物交聯的）SWFs，免除了預 處理（例如製造纖維氈）的成本。

為了獲得我們的複合材料，我們以不同的比例混合 Acrodur樹脂、水和SWFs（CFF＆Co.，Germany） 。一旦各組分在捏合裝置中實現均勻分佈，我們將不 同的混合物倒入敞開的模具中，並在120℃的烘箱中 乾燥材料。然後，我們使用熱壓縮成型來固化乾燥的 樣品。為了確定所得複合材料的性能，我們評估了它 們的彎曲強度、彎曲模量和動態力學行為。

關於複合材料
就複合材料的彎曲模量而言（如圖3所示），我 們發現在170℃的溫度和80bar的壓力下加工所得 的含45wt% SWFs的樣品達到了最高的彎曲模量 （8.01GPa）。然而，在170℃和80bar條件下固化的 纖維含量為60wt％的複合材料達到了彎曲強度和模量 的最佳組合。另外，這種複合材料的彎曲模量高於無 紡纖維填充的Acrodur複合材料的彎曲模量。有許多 因素可以促進這些性能的改善。首先，SWFs可以在Acrodur基體中實現更好、更均勻的分散。根據它們 的長徑比，SWFs也被認為能夠更好地促進熱固性樹 脂中的交聯。纖維也可能成為複合材料性能的主要貢 獻者。因此，希望SWFs具有更好的彎曲性能（與長 木質纖維相比）。最後，我們認為，SWFs中所含的 半纖維素和纖維素在高溫下與樹脂反應形成更複雜的 網絡，從而使材料變硬。我們的研究結果表明，在需 要良好彎曲模量的應用中，SWF複合材料可以作為長 木質纖維填充複合材料有效替代品。

結論
我們對複合材料熱性能的研究表明，它們在高達 100°C的溫度下表現出非常好的熱機械行為（如圖4 所示）。例如，在170℃的溫度和80bar的壓力下製 備的纖維含量為60wt％的複合材料在100℃下顯示出 高達2.5GPa的儲能模量。SWF含量較低的樣品表現 出較低的儲能模量。通常，增加填料的重量分數會導 致在整個溫度範圍內儲能模量的增加。我們將我們的 複合材料的高儲能模量歸因於基體剛度的提升（即由 纖維增強效應引起，並且纖維與基體之間強烈的粘附 作用）。 總之，我們已經證明，在丙烯酸樹脂基體中直接使用 木短纖維可以達到與用長木質纖維製備的複合材料相當的彎曲性能和熱穩定性。我們發現，在80bar的壓 力和170℃的溫度下加工的含有60wt％ SWFs的複 合材料具有最高的彎曲強度（64MPa）和彎曲模量 （7.2GPa）。因此，我們的研究結果表明，該複合材 料將適用於汽車、家具、辦公室隔板和天花板的內飾 件。例如，就彎曲強度和模量而言，我們的複合材料 與 FlexForm 和 SuperLite（目前在汽車應用中使用） 相比是有優勢的。在今後的工作中，我們的目標是更 深入地瞭解使用不同尺寸和類型的木纖維的SWF填 充丙烯酸樹脂生物複合材料的彎曲性能和熱機械行為 的演變。具體而言，我們希望瞭解纖維-基體界面的 相互作用與機制。我們也正在對這些材料在摩擦學應 用中的具體使用進行實驗。■

這篇文章 基於木短纖維和丙烯酸樹脂的高模量生物複合材料 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。