塑膠專欄
熱塑性碳纖維複合材料的相關應用及未來發展
複合材料
緣起於1951年R. Bradit採用玻璃纖維來增強聚苯乙烯基本性質至今，由於熱塑性複合材料(Fiber Reinforced Thermoplastic，FRTP)擁有韌性高、耐衝擊性能佳、製造週期短、耐化學性能優異、吸濕率低、預浸料保存方便而且無使用時間的限制，在加工方面而言又可以重複加工，在如此眾多的優點之下，各國的研究團隊開始針對熱塑性複合材料中的基體樹酯(基材)、補強材料及不同的加工方式進行一系列的研究，其產量與應用領域不斷的擴大，從交通運輸產業、電子電器產業、醫藥、建材等等行業都可以看到相關產品。
其中又以碳纖維複合材料具有質輕、高剛性、高強度、高設計自由度及耐腐蝕等眾多優點，應用範圍更極為廣泛，已遠超越傳統金屬。美國行業媒體《Composite World》2012年報導，全球碳纖維市場2005年僅為9億美元，2012年達到100億美元， 2022年可望達到400億美元。全球PAN系大絲束碳纖維主要供應商SGL公司估計碳纖維產業未來發展， 2008~2020年需求量可由3.5萬噸成長至11.2萬噸，需求量擴增3倍以上，而對各產業需求之評估，工業產業應用是碳纖維未來最具開發潛力之市場，2008~2015年複合成長率13%；航太產業2008~2015年複合成長率11%；運動產業2008~2015年複合成長率2% (資料來源：碳纖維市場及其未來發展趨勢，工業材料，2011/09)。由於全球工業化程度提高，為能節省能源及減少二氧化碳排放量以求環境永續，碳纖維於大型工業設備、發電用大型風機扇葉、電動車輛、汽車零件等應用，可提供產品輕量化、高強度、低耗能優勢，帶動碳纖維未來發展之強勢動力。
碳纖維材料基材包含熱固性及熱塑性，其中熱塑性碳纖維複合材料具備可回收再利用特性，在國際環保趨勢下，近年來為國外致力發展的方向。2003年，全球最重要的複合材料國際展覽會JEC Show(Pairs)開始大量出現熱塑性碳纖維複合材料相關產品，包括PMC、Bond laminates、TenCate、Porcher、Toho等國外大廠紛紛推出民生用熱塑碳纖複材並投入相關研發工作。
國內早期發展網球拍、自行車等運動休閒器材，因此在熱固性碳纖維複合材料領域發展較為成熟，然而因應產業變遷、人事成本增加，相關產業逐漸外移至中國大陸及東南亞地區，隨著消費性電子產品、鞋材、車輛零組件等產業對複合材料需求的興起，”短時間內可大規模量產”的複合材料隨之受到產業重視，國內業者開始大量投入熱塑性碳纖維複合材料領域研發工作。
一、國內外技術/市場狀況與發展趨勢分析比較
熱塑性連續纖維補強複合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites , CFRTP)已研究發展超過25年，CFRTP所使用的補強纖維種類主要有碳纖維、玻璃纖維以及克維拉纖維，基材種類包括PP、PA、PC、PEI、PPS以及PEEK等熱可塑性基材，早期著重於航空及軍事應用，2002年開始大幅度成長，並逐步應用於汽車、運動器材、運輸、工業以及其他領域，CFRTP的主要成型形態包括單方向纖維預浸料(Unidirectional Prepreg)、纖維編製預浸料(Fabric Prepreg)、混合纖維(Commingled yarn)以及其他方式，其中預浸布(Prepreg)相關產品應用為目前市場上的主流技術之一。
根據全球管理諮詢和市場研究公司Lucintel在其新發佈的《2012～17全球熱塑性複合材料市場機遇：趨勢、預測和機遇分析》報告中預計在今後五年中全球熱塑性複合材料市場將以4.9%的複合年均增長率增長，在2017年達到82億美元。交通運輸是熱塑性複合材料的最大市場，並將在預測期內推動熱塑性複合材料市場發展；此報告詳述了熱塑性複合材料的四大形式：LFT、SFT、GMT（玻纖氈增強熱塑性塑膠）和CFRT（連續纖維增強熱塑性塑膠CFRTP）。
在國內CFRTP方面，早期包括耐特第二事業部發展Towpreg、東原材料科技發展真空薄膜層疊法，到近期包括埔豊、瑞宏、可成發展溶劑法及熔融法；福懋、明安發展的薄膜法；科森由國外進口設備發展熱塑性複合材料；塑膠中心發展的靜電粉末法等。
其中又以碳纖維複合材料具有質輕、高剛性、高強度、高設計自由度及耐腐蝕等眾多優點，應用範圍更極為廣泛，已遠超越傳統金屬。美國行業媒體《Composite World》2012年報導，全球碳纖維市場2005年僅為9億美元，2012年達到100億美元， 2022年可望達到400億美元。全球PAN系大絲束碳纖維主要供應商SGL公司估計碳纖維產業未來發展， 2008~2020年需求量可由3.5萬噸成長至11.2萬噸，需求量擴增3倍以上，而對各產業需求之評估，工業產業應用是碳纖維未來最具開發潛力之市場，2008~2015年複合成長率13%；航太產業2008~2015年複合成長率11%；運動產業2008~2015年複合成長率2% (資料來源：碳纖維市場及其未來發展趨勢，工業材料，2011/09)。由於全球工業化程度提高，為能節省能源及減少二氧化碳排放量以求環境永續，碳纖維於大型工業設備、發電用大型風機扇葉、電動車輛、汽車零件等應用，可提供產品輕量化、高強度、低耗能優勢，帶動碳纖維未來發展之強勢動力。
碳纖維材料基材包含熱固性及熱塑性，其中熱塑性碳纖維複合材料具備可回收再利用特性，在國際環保趨勢下，近年來為國外致力發展的方向。2003年，全球最重要的複合材料國際展覽會JEC Show(Pairs)開始大量出現熱塑性碳纖維複合材料相關產品，包括PMC、Bond laminates、TenCate、Porcher、Toho等國外大廠紛紛推出民生用熱塑碳纖複材並投入相關研發工作。
國內早期發展網球拍、自行車等運動休閒器材，因此在熱固性碳纖維複合材料領域發展較為成熟，然而因應產業變遷、人事成本增加，相關產業逐漸外移至中國大陸及東南亞地區，隨著消費性電子產品、鞋材、車輛零組件等產業對複合材料需求的興起，”短時間內可大規模量產”的複合材料隨之受到產業重視，國內業者開始大量投入熱塑性碳纖維複合材料領域研發工作。
一、國內外技術/市場狀況與發展趨勢分析比較
熱塑性連續纖維補強複合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites , CFRTP)已研究發展超過25年，CFRTP所使用的補強纖維種類主要有碳纖維、玻璃纖維以及克維拉纖維，基材種類包括PP、PA、PC、PEI、PPS以及PEEK等熱可塑性基材，早期著重於航空及軍事應用，2002年開始大幅度成長，並逐步應用於汽車、運動器材、運輸、工業以及其他領域，CFRTP的主要成型形態包括單方向纖維預浸料(Unidirectional Prepreg)、纖維編製預浸料(Fabric Prepreg)、混合纖維(Commingled yarn)以及其他方式，其中預浸布(Prepreg)相關產品應用為目前市場上的主流技術之一。
根據全球管理諮詢和市場研究公司Lucintel在其新發佈的《2012～17全球熱塑性複合材料市場機遇：趨勢、預測和機遇分析》報告中預計在今後五年中全球熱塑性複合材料市場將以4.9%的複合年均增長率增長，在2017年達到82億美元。交通運輸是熱塑性複合材料的最大市場，並將在預測期內推動熱塑性複合材料市場發展；此報告詳述了熱塑性複合材料的四大形式：LFT、SFT、GMT（玻纖氈增強熱塑性塑膠）和CFRT（連續纖維增強熱塑性塑膠CFRTP）。
在國內CFRTP方面，早期包括耐特第二事業部發展Towpreg、東原材料科技發展真空薄膜層疊法，到近期包括埔豊、瑞宏、可成發展溶劑法及熔融法；福懋、明安發展的薄膜法；科森由國外進口設備發展熱塑性複合材料；塑膠中心發展的靜電粉末法等。