回收 PET...

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回收 PET 自增強複合材料技術及其產品應用開發 The Development of Self-reinforced Recycled PET Composites and its Applications 吳昌謀 *1 (30%)、賴玟佑 1 (50%)、林柏均 1 (20%)、廖光陽 2 國立臺灣科技大學 1 、升暘科技有限公司 2 C.M. Wu 1 , W.Y. Lai 1 , P.C. Lin 1 , K.Y. Liao 2 Department of Materials Science and Engineering, National Taiwan University of Science and Technology 1 SUNRISING Eco-Friendly Technology Co. Ltd. 2 摘要 本文旨在開發新世代回收 PET 自增強複合材料且具有阻燃特性之製程與材 料研究技術能量,以量產型熱壓設備進行批次試量產設備建構,並導入連續式製 程創造出具量產性和低生產成本的優勢,藉由紡織技術開發回收 PET 自增強混 合包繞紗及複合織物,再進一步利用薄膜堆疊法製備複合材料並深入了解自增強 複合材料之機械物性等特性研究。結果顯示回收 PET 自增強複合材料(srrPET)拉伸強度高達 121.3 MPa ,彎曲強度高達 82.0 MPa ,衝擊吸收能量高達 1103.2 J/m 回收阻燃 PET 自增強複合材料(srPET-FR) 不僅擁有阻燃之特性且拉伸強度達 110.7 MPa,彎曲強度達 82.7 MPa,衝擊吸收能量達 852.0 J/m。針對兩種複合材 料之開孔拉伸性質,從複合材料的屈服強度和楊氏模數得知,兩種複合材料系統 皆擁有對鑽孔不敏感之特性,且栓孔強度高達 198.3 MPa 180.4 MPa。最後, 針對產業的應用性和未來新穎的環保科技,致力於永續發展的解決方案,有其市 場商機之積極意義,因此更凸顯此一材料與技術開發之其重要性。 Abstract In this study, the object is to research a new generation of recycled self-reinforced PET composites with flame retardancy and create the technology energy. The advantage of mass-production type hot pressing system and continues-processing could develop the mass production capability and low production cost. And using the textile technology to create the recycled PET commingle yarn and complex fabric. Then, the self-reinforced recycled PET (srrPET) composites were prepared by film stacking technique into composites. For the srrPET composites, the tensile strength is up to 121.3 MPa, the flexural strength and impact absorption energy are 82.0 MPa and 1103.2 J/m, respectively. Self-reinforced recycled PET (srPET-FR) composites not noly have flame retardancy properties but also have high tensile strength (110.7 MPa), flexural strength (82.7 MPa) and impact absorption energy (852.0 J/m). For the open hole tensile test, both composites systems exhibit notch insensitivity, superior ductile behavior and have the best bearing strength (198.3 MPa and 196.2 MPa). Finally, the market adaptability

Transcript of 回收 PET...

  • 回收 PET 自增強複合材料技術及其產品應用開發

    The Development of Self-reinforced Recycled PET Composites and its Applications 吳昌謀

    *1 (30%)、賴玟佑

    1(50%)、林柏均

    1(20%)、廖光陽

    2

    國立臺灣科技大學1、升暘科技有限公司

    2

    C.M. Wu1, W.Y. Lai

    1, P.C. Lin

    1, K.Y. Liao

    2

    Department of Materials Science and Engineering,

    National Taiwan University of Science and Technology1

    SUNRISING Eco-Friendly Technology Co. Ltd.2

    摘要

    本文旨在開發新世代回收 PET 自增強複合材料且具有阻燃特性之製程與材

    料研究技術能量,以量產型熱壓設備進行批次試量產設備建構,並導入連續式製

    程創造出具量產性和低生產成本的優勢,藉由紡織技術開發回收 PET 自增強混

    合包繞紗及複合織物,再進一步利用薄膜堆疊法製備複合材料並深入了解自增強

    複合材料之機械物性等特性研究。結果顯示回收 PET 自增強複合材料(srrPET)的

    拉伸強度高達121.3 MPa,彎曲強度高達82.0 MPa,衝擊吸收能量高達1103.2 J/m,

    回收阻燃 PET 自增強複合材料(srPET-FR)不僅擁有阻燃之特性且拉伸強度達

    110.7 MPa,彎曲強度達 82.7 MPa,衝擊吸收能量達 852.0 J/m。針對兩種複合材

    料之開孔拉伸性質,從複合材料的屈服強度和楊氏模數得知,兩種複合材料系統

    皆擁有對鑽孔不敏感之特性,且栓孔強度高達 198.3 MPa 和 180.4 MPa。最後,

    針對產業的應用性和未來新穎的環保科技,致力於永續發展的解決方案,有其市

    場商機之積極意義,因此更凸顯此一材料與技術開發之其重要性。

    Abstract

    In this study, the object is to research a new generation of recycled

    self-reinforced PET composites with flame retardancy and create the technology

    energy. The advantage of mass-production type hot pressing system and

    continues-processing could develop the mass production capability and low

    production cost. And using the textile technology to create the recycled PET

    commingle yarn and complex fabric. Then, the self-reinforced recycled PET

    (srrPET) composites were prepared by film stacking technique into composites. For

    the srrPET composites, the tensile strength is up to 121.3 MPa, the flexural strength

    and impact absorption energy are 82.0 MPa and 1103.2 J/m, respectively.

    Self-reinforced recycled PET (srPET-FR) composites not noly have flame retardancy

    properties but also have high tensile strength (110.7 MPa), flexural strength (82.7

    MPa) and impact absorption energy (852.0 J/m). For the open hole tensile test, both

    composites systems exhibit notch insensitivity, superior ductile behavior and have the

    best bearing strength (198.3 MPa and 196.2 MPa). Finally, the market adaptability

  • and industry feasibility would be discussed.

    關鍵字:回收、自增強複合材料、混成紗、阻燃

    Keyword: Recycling, Self-reinforced composites, Commingled yarn, Flame

    retardant

    前言

    聚對苯二甲酸乙二酯(PET)在過去二十

    年中快速的被使用,由於其優越的性質(韌性

    佳、質量輕、抗衝擊強度、耐磨性、耐酸鹼

    等),隨著產業技術之提升與環保節能的議題

    逐漸受到重視,PET 的回收也逐漸被重視,

    以減低能源汙染及增進環境保護[1]。由於

    PET 在大自然中自然降解速率緩慢,所以透

    過回收是最符合經濟效益的方法,目前應用

    於 PET 回收主要有兩種方法,分別是機械回

    收法及化學回收法[1, 2]。機械回收是一個相

    對簡單的回收方法, 其主要流程包含分類、

    清洗、烘乾及熔融等四個步驟[1, 3];化學回

    收法是透過將高分子分解成單體或分子量較

    小的寡聚體,再將單體或寡聚體重新聚合形

    成 PET 高分子[1, 4],而化學回收法的缺點主

    要為高成本的回收過程,但能保有高的分子

    量以提供二次性商品的高品質。而經化學回

    收法回收後,進一步經聚合紡絲和延伸熱處

    理,即可得高強力之回收 PET 再製纖維,可

    用作高性能材料之補強纖維使用。

    近年來對於更輕而強且具環保可回收之

    複合材料發展,廣受學術與產業界重視與研

    究,2007 年 Pegoretti[5] 於複合材料未來趨勢

    文章中,特別提出由於環保節能年代的來臨,

    熱塑型材料之回收與再使用之方法開發應有

    更新之思維與做法,而全高分子複合材料

    (all-polymer composite),亦稱為自增強複合材

    料 (self-reinforced composite) 近年來正基於

    此一潮流下因應而生,並廣為研究開發。

    SPC 係指補強材 (Reinforcement) 與連

    續基材 (Matrix) 均為相同化學成分之高分子

    材料所組合而成之複合材料,SPC 具有相當

    多優點與特色,由於補強材與基材具相同化

    學結構,因此二相間界面期待完全相容,不

    存在傳統纖維複材之界面問題,而複合材料

    中纖維分子鏈之高度取向使材料具有足夠之

    初始強度,因而賦予SPC擁有優越的比剛性、

    比強度、低密度等特性,尤其衝擊韌性與斷

    裂伸長率之改善更為顯著。此外製程中之廢/

    邊料,亦或當該產品生命週期結束後,其可

    完全藉由熔融方法進行回收,使複合材料完

    全符合綠色材料之要求。

    全自增強複合材料,目前已有多種材料

    之研究報導。除最早開發出之聚乙烯(PE)

    系統外,近年來常見有聚丙烯(PP) [6] ,聚對

    苯二甲酸乙二酯 (PET) [7]及聚乳酸 (PLA)

    [5] 等單一高分子複合材料之研究報導。而有

    關之市售商品則以全 PP 系統(其商品名包含

    Curv®、Armordon®、Pure® )應用最為廣泛,

    並已實際應用於汽車內裝材、拉桿旅行箱、

    運動器材等。目前 SPC 製備技術主要以生產

    Curv® 之 熱 壓 擠 (Hot compaction) 法 或

    Armordon® 與 Pure® 之共擠出 (Co-extrusion)

    法來獲得此單一高分子複合材料,所用以控

    制材料之熔融之溫度及壓力需極為小心,亦

    即 SPC 製備技術之加工視窗非常小,因此對

    於材料學家之挑戰是如何尋找新的材料組

    合,以增廣加工視窗並發展新的加工製程技

    術。

    2006 年 Alcock [8] 改良熱壓擠製程,結

    合束縛 (constrain) 與共擠出 (coextrusion)

    法提升 PP 製程溫度視窗高達 30℃,並保持

    其全 PP 複材之機械增進效果,此外,Barany

  • 與 Karger-Kocsis [9]等亦發表薄膜堆疊法製

    備全 PP 複材,藉由不同 PP 結晶型態 (α與

    β 晶態) 差異所導致之熔點高達 23 ℃ 之差

    異 (α:168℃ 與 β:145℃),滿足加工溫度視

    窗範圍,成功製備全 PP 複合材料。另外 2010

    年 Wu [10] 等發表新的製程方法,利結合薄

    膜堆疊技術及熱壓擠技術,藉由不同的溫度

    加工視窗來觀察機械性質的變化,成功製備

    出全 PET 的高分子材料。

    在複合材料的應用中,紡織複合材料經

    常作為結構補強材,藉由纖維的結構作為主

    要承受力的載體,當複合材料在終端成品加

    工,不可避免的需要幾何上的結構改變,如

    孔洞或拼接處理[11],當在材料結構上需進行

    調整時,開孔複合材料的強度是一個很重要

    的參考條件。目前已有許多文獻報導關於開

    孔複材,其中很多已顯示強度會隨著孔的大

    小增加而降低[12, 13]。Whitney [12]等學者表

    示在半等向性的試片中,無論任何孔徑大小

    其應力集中因子大都為 3,且對孔徑較小的試

    片而言,當越遠離孔其應力的降低更為明顯。

    這是因為其增加了在孔洞周圍的高應力區域

    中產生較大應力。Pinnell [13]發現強度及模量

    較高的纖維,較能抵抗拉伸破壞及易消散在

    孔洞周圍應力集中的現象。除此之外,熱塑

    性的基材較熱固性基材有更好的開孔強度,

    因為其韌性較佳。

    雖然高分子材料成功取代了昂貴的金屬

    材料,但熱塑性材料易燃燒的特性卻限制了

    其在許多應用面的發展。因此,對高分子材

    料而言,阻燃添加劑之研究是相當必要且符

    合市場需求的。用於高分子材料上的阻燃添

    加劑大部分為磷系、矽系、氮系三種[14-16],

    而其中含磷的阻燃劑已經被證實在許多高分

    子基材上有相當良好的表現[17]。磷系阻燃劑

    在燃燒時吸熱形成磷酸,這類的酸能催化含

    OH 基的化合物脫水成炭,降低可燃物的生成

    量,並放出水分子,水同樣可吸收大量的熱,

    降低燃燒時的熱傳導,達到阻燃的效果[14,

    16, 17]。然而在大部分的情況下,因為阻燃劑

    粒子分散性不良且與高分子基材間的界面相

    容性差,阻燃劑的添加會造成材料機械物性

    及加工性下降[18],尤其是當纖維補強材被加

    入時此現象會更加明顯。欲追求良好阻燃效

    果或是要保持材料的良好物性是倆互相矛盾

    的性質,如何在兩者間取得最佳的平衡點即

    是相當重要的議題。

    本研究為一創新的製程利用前期開發之

    紡織技術製備出雙包繞紗,使補強材和基材

    於紗的型態就能相互結合,此技術可以克服

    傳統薄膜堆疊法樹脂流動不良的問題並且具

    有成本低、加工快及量產性佳的優點,另外,

    前期研究屬於實驗室用熱壓設備,而本研究

    對於量產型熱壓設備及連續生產製程(Roll to

    roll)有更進一步的探討。本文介紹本研究室近

    年於全 PET 自增強複合材料之製程技術開發

    與性能研究成果,並導入高強力回收 PET 再

    製纖維與阻燃劑對於產品應用之重要性和安

    全性,針對複合材料之開孔與栓孔特性進一

    步研究,舉例說明此一回收 PET 自增強複合

    材料於應用產品之加工特性。

    實驗

    一、實驗材料

    本實驗樹脂系統係使用共聚改質 PET

    (mPET)和共聚改質之阻燃 PET (mPET-FR)作

    為基材紗,其熔點分別為 226℃和 227℃,補

    強紗為高強力回收 PET (rPET)和高強力回收

    阻燃 PET (rPET-FR),其熔點分別為 262℃和

    259℃,此外磷系阻燃劑在纖維中的含磷量約

    為 5500ppm。機械性能如表 1 所示。

    二、雙包繞紗及複合織物製備

    本實驗主要利用加撚機將補強紗做為芯

    紗,基材紗為包繞紗,將包繞紗以適當的撚

    度和不同的撚向(S 撚及 Z撚)緊密環繞於芯軸

    上,形成雙包繞混合紗,如圖 1 所示。隨後

    將雙包繞混合紗以 2/2 重平紋的組織型態進

  • 行織造,其經緯密分別為 13 根/公分及 12 根/

    公分。

    三、回收 PET 自增強複合材料製備

    本實驗利用量產型熱壓系統進行回收

    PET 自增強複合材料的製程,其複合材料製

    備流程如圖 2 所示,此熱壓系統僅在模具表

    面進行加熱並經由水冷系統快速冷卻,因此

    擁有短的生產週期,採用薄膜堆疊法堆疊 5

    層後進行熱壓 (235℃、12 MPa、1 min)。模

    具尺寸為 100 × 100 cm2,每批次可生產約一

    平方公尺之複合材料,由此可知,此製程技

    術具有前瞻性。另外本實驗進一步將織物疊

    合後,利用連續生產製程進行複合材料的熱

    壓、冷卻及捲取之一貫化滾壓試製,完成回

    收 PET 自增強複合材料製備,如圖 8 所示,

    此一製程技術更具開發價值與應用潛力。

    四、實驗儀器

    1. 拉伸測試

    利 用 萬 能 試 驗 機 (MTS 810, MTS

    Systems Corporation, Mpls. MN) 進行軸向拉

    伸測試,並根據 ASTM D3039 進行,測試速

    率為 5 mm/min,試片尺寸為 250 mm × 25 mm

    × 2 mm。

    2. 撓曲測試

    利 用 萬 能 試 驗 機 (AG-100 KNX,

    Shimadzu, Japan) 進行三點彎曲測試,並根據

    ASTM D790 進行試驗,測試速率為 3.4

    mm/min,試片尺寸為 100 mm × 25 mm × 2

    mm,跨厚比為 1:32。

    3. 衝擊測試

    利用衝擊試驗機 (CPI, Atlas electric

    devices, USA) 進行衝擊測試,並根據 ASTM

    D256 進行試驗,測試速率為 3.4 m/sec,試片

    尺寸為 63.5 mm × 12.7 mm × 2 mm,缺口深度

    為 2.7 mm,擺垂能量為 5.4 J。

    4. 開孔(open hole)拉伸測試

    利 用 萬 能 試 驗 機 (MTS 810, MTS

    Systems Corporation, Mpls. MN) 進行開孔拉

    伸測試,並根據 ASTM D5766 進行,測試速

    率為 5 mm/min,試片尺寸為 250 mm × 25 mm

    × 2 mm,分別改變不同孔尺寸 4、6 和 8 mm

    (W/D=6, 4, 3),探討孔尺寸對複合材料的影

    響。

    5. 栓孔(Pin hole)拉伸測試

    利 用 萬 能 試 驗 機 (MTS 810, MTS

    Systems Corporation, Mpls. MN) 進行栓孔拉

    伸測試,並根據 ASTM D953 進行,測試速率

    為 1.3 mm/min,試片尺寸為 120 mm × 2 mm,

    孔的直徑為 6 mm,固定 E/D=4,分別改變不

    同的 W/D=2、3、4 和 5,探討栓孔對複合材

    料的影響。

    結果與討論

    一、複合材料的機械性能

    1. 拉伸測試

    回收 PET 自增強複合材料之拉伸應力-

    應變曲線如圖 3 所示。由圖 3 可以觀察到兩

    種複合材料系統之應力-應變曲線皆有明顯的

    屈服和應變硬化現象,這是因為補強織物在

    複合材料內部的補強效果及結構均一性。從

    表 2 得到回收 PET 自增強複合材料的拉伸破

    壞強度為 121.3 MPa,回收阻燃 PET 自增強複

    合材料的拉伸破壞強度為 110.8 MPa,雖然阻

    燃劑的添加對拉伸破壞強度有輕微影響,但

    仍有 91%的強度保持率。另外從表 2 中得知,

    兩種複合材料的屈服強度和楊氏模數無明顯

    的改變(41.0 MPa 和 3.4 GPa),表示在材料的

    彈性變形區,阻燃劑的添加對回收 PET 自增

    強複材不影響,顯示當材料應用於產品時,

    在材料的應用範圍內,阻燃劑的添加並不會

    造成複合材料拉伸性質下降。

  • 2. 彎曲測試

    在複合材料的彎曲測試中,其主要受力

    可分成試片上端的壓縮破壞和下端的拉伸破

    壞,從圖 4 的應力-應變曲線中觀察到在曲線

    的終端沒有呈現一直接斷裂的現象,並且由

    圖 5 可以發現本實驗所製備出的自增強複合

    材料在表觀形態上並無任何的破壞,由此可

    以得知複合材料擁有優越的延展性。從表 3

    中回收 PET 複材的彎曲強度及模數分別為

    82.0 MPa 和 2.8 GPa,回收阻燃 PET 複材的彎

    曲強度及模數分別為 82.7 MPa 和 2.5 GPa,兩

    種複合材料系統的彎曲性能幾乎相同,由此

    可證,阻燃劑的添加對於複合材料的彎曲性

    能幾乎不影響。

    3. 衝擊測試

    複合材料經 Izod 擺錘衝擊後,由圖 6 中

    得知,衝擊試片的破壞模式大致可分成纖維

    拔出破壞、纖維的拉伸斷裂、壓縮端的脫層

    破壞及剪切破壞。由圖 6a 和 6b 可以觀察到

    回收 PET 複合材料的破壞模式在缺口端的部

    分呈現一纖維拔出的現象,於壓縮端的部分

    則出現脫層破壞。由圖 6c 和 6d 可以觀察到

    回收阻燃 PET 複合材料的破壞模式在缺口端

    的部分沒有呈現一明顯破壞,於壓縮端的部

    分則出現典型的剪切破壞。從表 3 整理了兩

    複合材料系統的衝擊吸收能量,回收 PET 複

    合材料的衝擊吸收能量為 1103.2 J/m,回收阻

    燃 PET 複合材料的衝擊吸收能量則為 852.0

    J/m,回收 PET 複合材料有較優越的衝擊吸收

    能量,其原因可能是因為有較大的破壞過程

    (纖維拔出及脫層)吸收較多的衝擊能量。

    4. 開孔拉伸測試

    開孔複合材料的強度用來評估鑽孔對於

    複合材料在產品之終端應用是重要參考條

    件。經開孔拉伸測試後,不同 W/D 的複合材

    料的破壞模式皆呈現纖維拔出和纖維斷裂的

    拉伸破壞(圖 7),在破壞過程中沒有產生剪切

    破壞或脫層破壞。表 4 整理了不同 W/D 對於

    兩種複合材料系統的開孔拉伸性能,可以發

    現兩種複合材料的屈服強度(41.6 MPa 和 41.0

    MPa)和楊氏模數(3.4 GPa 和 3.8 GPa)皆不受

    孔尺寸的影響,且阻燃劑的添加並不會因為

    鑽孔而使強度有所下降。表 5 整理了兩種複

    合材料系統的屈服和破壞強度之強度保持

    率,由此表得知,兩種複合材料系統的屈服

    強度保持率高達 142%,而破壞強度保持率高

    達 82%,這顯示複合材料在屈服之前負荷完

    全不受開孔的影響,而在材料破壞強度仍然

    保有 82%的強度,對於複合材料終端之產

    品,本研究之複合材料應用於結構產品時,

    其可操作性及安全性將優於其他材料之選

    擇,保有產品之競爭力。

    5. 栓孔拉伸測試

    本節針對栓孔應用於複合材料,栓孔對

    於複合材料栓孔強度的影響。圖 8是不同W/D

    之複合材料的負荷位移曲線圖(固定 E/D 為

    4),由圖 8a 可以觀察到,初始曲線呈現線性,

    直到第一次負荷下降,此點為材料之栓孔破

    壞點,回收 PET 複合材料在 W/D 為 5 時,栓

    孔強度為 198.3 MPa,回收阻燃 PET 複合材料

    則為 180.4 MPa。當達到最高點後,負荷會下

    降到一定程度,接著繼續承受負荷,後段曲

    線呈現複合材料承載破壞曲線,這是由於織

    物補強效果的影響。由圖 9 可以觀察到兩種

    複合材料在 W/D=5 時呈現承載破壞,當

    W/D=2 時則出現拉伸破壞,顯示 W/D 越大時

    複合材料之承載能力越大。當複合材料需要

    進行栓孔拼接時,顯示織物複合材料作為結

    構件之優越性。

    結論

    本研究以創新技術開發出回收 PET 自增

    強複合材料及回收阻燃 PET 自增強複合材

    料,運用紡織的技術製備雙包繞混合紗並織

    造複合纖維布,並成功開發量產型熱壓設備

    與對連續生產製程設備之產品試製,完成回

    收 PET 自增強複合材料。實驗結果顯示,回

  • 收 PET 複材有較佳的拉伸性能,而回收阻燃

    PET 在材料屈服前的拉伸性能與前者完全相

    同。在彎曲強度與模量上,兩種複合材料系

    統呈現相同的數值。衝擊測試則以回收 PET

    複材有較佳的衝擊吸收能量(1103.2 J/m)。在

    複合材料開孔拉伸測試中,兩種複合材料系

    統之屈服強度與楊氏模數不受鑽孔的影響,

    皆呈現對鑽孔不敏感之特性。上述結果顯示

    當材料應用於產品時,使用範圍通常僅於彈

    性變形區到屈服之前,因此阻燃劑的添加不

    會對複合材料造成影響。材料擁有優越之韌

    性,且複合材料幾乎不受鑽孔之影響,能夠

    被使用於複合材料結構之固定件。在複合材

    料栓孔拉伸測試中,兩種複合材料系統皆呈

    現優越之承載強度,歸因於織物補強之效

    果,使擁有優越之承載能力,也表示擁有織

    物複合材料作為結構件之優越性。本研究開

    發之回收(阻燃)PET 自增強複合材料,利用紡

    織的技術將回收 PET 再製纖維製備成混合紗

    (Uncommingled yarn) 再使用量產型熱壓設備

    進行製備,以及連續式生產製程技術(圖 10)

    進行自增強複合材料的試製。針對連續式生

    產製得試片(圖 11),目前尚有些含浸不完全和

    表面粗糙等問題,但板材經下游成型廠熱壓

    成型後即克服此問題,以達到表面平整光滑。

    針對於此材料的特性在產業應用性和可

    行性上,前一期計畫對全 PET 自增強複合材

    料已經有相當的廣泛應用,如:音箱震動片、

    運動器材、護具和行李箱等。而本研究針對

    材料之選用,導入高強力回收 PET 寶特瓶再

    製纖維和阻燃特性,開發具有環保性和安全

    性之新穎的材料,且針對此材料對孔不敏感

    之特性,擬將其應用於可撓產品之設計(圖 12),

    此產品保有原布樣的外觀,而局部栓孔附近

    為複合材料,目前升暘公司正在進行相關之

    產品試製,如帆布、護具、安全帽、鞋類等

    產品,而建築方面則正在評估建築內裝材或

    室內物品部件等,其應用面已相當的廣泛,

    期望進一步拓展其材料之應用面。

    業界合作模式及其衍生效益

    隨著環保議題高漲,綠色材料之環保(回

    收、再使用)概念為世人所重視,具回收再使

    用特性之回收 PET 自增強材料在高附加價值

    之產品應用領域開發,不僅符合環保 3R 的原

    則—減量、回收、再利用趨勢,並應用創新

    的技術再創廢棄物的高價值,進而轉化為最

    新穎的環保科技。本研究目前正持續與升暘

    科技有限公司合作,以導入高強力回收 PET

    寶特瓶再製纖維與全 PET 自增強複合材料開

    發技術並添加阻燃劑以進行研究,目前已有

    回收 PET 自增強複合材料之相關產品資訊於

    升暘科技的官方網站[19]上展示販售,且雙方

    藉由每季檢討會議,交換材料與產品開發所

    需規格與資訊,台科大負責材料開發及原料

    相關技術支援,計畫執行期間以廖光陽負責

    計畫執行之專利佈局及相關產品設計與推廣

    之工作,並主導回收 PET 自增強複合材料之

    專利撰寫與提審。另外,升暘科技有限公司

    也會以選定推廣產品為策略,鑑於產業市場

    性與量產性,擬建立以自增強複合材料的代

    理銷售,成為此材料之專業代理商,朝著以

    回收 PET 自增強產品為目標邁進。目前此技

    術也受國外廠商(NetComposites)之青睞,持續

    有技術上的交流與產業上的合作,由此可見

    此一材料與技術開發之重要性。

    圖 1 回收 PET 包繞紗

    Figure 1 The double covered uncommingled

    yarn of rPET/mPET

  • 圖 2 回收 PET 自增強複合材料製程流程圖

    Figure 2 The manufacturing process of srrPET

    composites

    圖 3 回收 PET 自增強複合材料之拉伸應力-

    應變曲線

    Figure 3 Typical tensile stress-strain curves of

    srrPET composites

    圖 4 回收 PET 自增強複合材料之撓曲應力-

    應變曲線

    Figure 4 Typical flexural stress-strain curves of

    srrPET composites

    圖 5 回收 PET 自增強複合材料之撓曲試片

    Figure 5 Typical flexural tested sample of

    srrPET composites

    圖 6 複合材料之衝擊破壞試片,回收 PET 複

    材:(a)衝擊端 (b)壓縮端;回收阻燃 PET 複

    材:(c)衝擊端 (d)壓縮端)

    Figure 6 The impact failure images for tested

    sample; srrPET composites (a) impact side

    (b)compressive side ; srrPET-FR composites (c)

    impact side (d) compressive side

    圖 7 不同 W/D 之複合材料的開孔拉伸破壞模式

    Figure 7 Failure modes of tensile specimens of

    srrPET composites with different W/D ratio

  • 圖 8 不同W/D之複合材料的負荷-位移曲線 (a)

    回收 PET 自增強複合材料 (b)回收 PET 阻燃

    複合材料 (固定 E/D=4)

    Figure 8 Typical load–displacement curves for

    composites with different W/D ratio (a) srrPET

    composites (b) srrPET-FR composites (E/D=4

    constant)

    圖 9 不同 W/D 之複合材料栓孔破壞試片 (固

    定 E/D=4)

    Figure 9 Failure modes of pin hole tensile

    specimens of srrPET composites with different

    W/D ratio (E/D=4 constant)

    圖 10 連續式熱擠壓製程

    Figure 10 Continues-processing

    圖 11 經連續式熱擠壓製程之複合材料試片

    Figure 11 The composites sample after

    continues-processing

    圖 12 回收 PET 自增強複合材料應用於帆布

    Figure 12 SrrPET composites applied to canvas

  • 表 1 樹脂紗及補強紗規格及機械物性

    Table 1 The specifications and mechanical

    properties of matrix and reinforcing fibers

    表 2 回收 PET 自增強複合材料之拉伸性能

    Table 2 The universal tensile properties of

    srrPET composites

    表 3 回收 PET 自增強複合材料之撓曲和衝擊

    性能

    Table 3 The flexural and impact properties of

    srrPET composites

    表 4 回收 PET 自增強複合材料之開孔拉伸性

    Table 4 The open hole tensile properties of

    srrPET composites

    表 5 複合材料經鑽孔後不同W/D之強度保持

    Table 5 The tensile strength retention of

    composites with different W/D ratio after

    drilling

    業界代表簽名確認欄:

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    [19] http://www.taiwantrade.com.tw/EP/sref/.

    領域歸屬

    ■ 研發與應用類 □ 服務與設計類

    聯絡人:

    賴玟佑

    [email protected]

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