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業務最前線/輕量化碳纖維複合材 創新運用

2019-06-06 03:20經濟日報 李珣瑛

工研院材化所劉時州博士與團隊研發出「胺基奈米碳管」粉末,並將「輕量化高制振碳纖維...
工研院材化所劉時州博士與團隊研發出「胺基奈米碳管」粉末,並將「輕量化高制振碳纖維複合材料」製成產品,生產成本大幅降低。 工研院╱提供
在工研院一處實驗室裡,有兩顆乒乓球正在兩根長管上下跳動著,左邊的球跳得忽高忽低,相對之下,右邊的球振幅穩定多了。

兩者差異的關鍵在於右邊的長管加入了工研院研發的奈米材料,這種材料外觀看似平淡無奇的黑色粉末,每單位的體積比紅血球還小,卻有抑振與強化材料的功能。

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複合材料大廠明安國際看上它的吸振效果,與工研院合作,現已導入應用在全球前兩大羽毛球拍品牌,甚至進軍以金屬為主流的機械手臂!

故事要從2011年開始說起,當時,與工研院合作長達30年的明安,向工研院提出需求,希望能協助他們強化碳纖維材料,以開發出更輕量化的休閒運動產品。

當時,市面上已有加入「胺基奈米碳管」來強化碳纖維複合材料的做法,但是因工法繁複,每公克單價比黃金貴上一倍,業界戲稱根本是「黑金」,成本過高難以商業化。

於是,團隊在經濟部技術處科技專案支持下,著手進行研究,開發出「改良式奈米碳管胺基改質技術」。

研發團隊成員劉時州博士指出,與傳統的處理方法相較,新製程從三個加工步驟減少為一個,處理時間減少20%,產生的廢液也大幅減少80%,生產成本更只有市售的15%,大大提高該材料在產業應用上的競爭力。

工研院把改質後的「胺基奈米碳管」,結合碳纖維,創造出一種新的碳纖維複合材料──「輕量化/高制振碳纖維複合材料」。

奈米碳管會緊緊抓住碳纖維,就好像建築物有了鋼骨材料,達到強化的效果。

而且在開發過程中,研發團隊還意外發現了新的「胺基奈米碳管」在碳纖維複合材料裡,形成了類似「煞車」的效果,可抵消外部施力,達到抑制振動的作用。

果然,明安大為滿意,將之導入在為大廠代工的羽毛球拍,明安專案開發副理蔡清山指出,品牌客戶也對強化後的產品十分滿意,讚美「球員試揮後,手不會麻,可以很快揮拍。」

目前全球前兩大品牌的羽毛球拍,都隱藏著工研院研發的「輕量化/高制振碳纖維複合材料」,堪稱「ITRI Inside(ITRI為工研院縮寫)」!

「輕量化/高制振碳纖維複合材料」在運動領域告捷,也讓工研院思考,這樣的創新材料,是否能跨出運動領域,創造出新應用。

工研院團隊靈機一動,想起這項材料曾經被工研院機械所研發團隊借將,用來改善機械手臂運轉時振動的狀況。

當時經過實機驗證,不但讓機器更輕,振動衰減時間比金屬打造的手臂大幅減少50%,換算後產線效能增加50%到一倍,電費成本也同步減少50%。

明安積極想擴大複合材料的應用領域,他們看好智慧製造是下一波藍海商機,因而繼續與工研院合作,現已將「輕量化/高制振碳纖維複合材料」應用在機械手臂,為下一個30年的發展奠基。

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