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2019年8月4日 星期日

有機板,是什麼?可以吃嗎?


作者:蔡東霖

增強熱塑性層壓板(Reinforced Thermoplastic Laminates, RTL),有些產業中稱為「有機板(organo sheets)」。這類板是由纖維材料(fiber)與熱塑性塑膠材料(thermoplastic)所結合而成的複合材料(composite)。以前「土角厝」的土角磚,黏土加入稻桿混合成製成是類似的概念。現在的鋼筋混凝土也是類似的概念。




由於 RTL 的重量輕、高強度、加工時程短的特性,是目前於輕型飛機(lightweight aircraft)和汽車(automotive)工業的材料中,最具有吸引力的替代品。使用 RTL 時,生產工廠可以透過過低循環時間(cycle times)和高度自動化(automation),在製造過程成本中節省大量成本。初步研究表明,使用 RTL 替換金屬部件和傳統熱固性部件,可節省高達45%的部件成本。RTL 厚度從 0.5 到 20 mm 不等。經過精心設計,RTL 可滿足高端應用的需求,包括結構(structural)、承重底盤(load bearing chassis)、支柱(pillars)和結構內部零件(structural interior parts)。

纖維材料目前最多的是碳或玻璃。以碳為例,將數千根碳纖維(carbon filament fiber)捆在一起形成絲束(tow),絲束可以被單獨使用,也可以被編織成纖維布(fabric)再被應用。由於纖維布中絲束的大小以及經緯紗的排列方式是可以被人為控制,可以針對使用者的特定應用來訂製纖維布的織物結構(fabric architecture)和纖維配向(fiber orientation)。而且,纖維布中的絲束是連續性纖維(continuous fiber),它的力學表現也比短纖維好。因此,目前 RTL 中,比較多的目光是聚焦在纖維布形式的應用。




熱塑性塑膠材料目前被使用在 RTL 上的有:PP、PC、ABS、PC/ABS alloy、PA6、PEI、PPS、PEEK、PAEK等等。熱塑性塑膠材料的主要特色是:可藉由加熱使材料形成為可變形的狀態,把材料塑造成需要的形狀之後,待溫度冷卻,材料本身可以保持加熱時被塑造成之形態。這種可塑性材料可以重覆的加熱再重新使用。這很像把巧克力加熱融化後,倒入模具中,等冷卻了,模具什麼形狀,巧克力就是什麼形狀;做壞了,再加熱就可以重來。




因為這一個特色,讓 RTL 以高效率的方式製成使用者需要的形狀。另外,相較金屬材料,熱塑性塑膠材料的採購成本也相對較低。

生產 RTL 的製程很多種,大多是各公司的營業秘密。以下,提出一種較容易解釋的製程作為例子說明:
  1. 首先根據應用條件,設計纖維布的織物結構和纖維配向、決定選用的熱塑性塑膠材料以及層數(或厚度);
  2. 然後,一層層的疊上去,直到設計厚度。很像三明治:一層纖維布、一層熱塑性塑膠薄板、再一層纖維布、再一層熱塑性塑膠薄板 ... 以此類推。
  3. 最後,用高溫高壓,把疊合的各層,壓黏在一起,形成一塊 RTL 板子。




目前,在台灣供應熱塑性塑膠薄板的公司有光斌科技有限公司,厚度從0.1 mm 到 1.0 mm 都有。而且該公司自2010年開始,PC 薄板以及 PA6 薄板已經有應用在 RTL 的實績。


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