隨著新興產業領域的崛起與既有產業領域對更高效率的追求，複合材料部件正成為解決腐蝕、減重、燃油效率及部件微型化等問題的有效方案。 傳統上，此類零件多採用熱固性複合材料製造。隨著零件尺寸日益精微且結構日趨複雜，市場對新型複合材料解決方案的需求應運而生，熱塑性複合材料因而獲得廣泛應用。採用熱塑性複合材料製成的零件不僅能實現更複雜的結構設計，更能透過規模化生產滿足大批量零件製造需求。

複合材料領域的創新技術，在航空航天產業的推動下，現正逐步拓展至其他產業與應用領域。本文將探討五個產業領域，這些領域將在2022年及未來受到熱塑性複合材料技術的影響或驅動發展。

城市空中移動（UAM）

航空航天產業始終引領複合材料的創新發展。憑藉其公認的性能優勢、生命週期效益及製造優勢，複合材料持續在新一代航空平台上取代金屬材質——空巴A350與波音787兩款商用客機即為典範，其複合材料使用比例均超過50%[1, 2]。基於減重效益、設計自由度及使用壽命等成本效益考量，複合材料廣泛應用於大型主次結構件。 常見應用範例包括飛機機翼、風力渦輪機葉片及汽車底盤等部件，這些結構件傳統上採用熱固性複合材料製造。

過去數十年間，全球大都會地區的現代交通壅塞與典型通勤挑戰日益惡化。都市空中移動（UAM）製造商的先驅者們，正以三維思維取代二維思考，試圖為都會道路減輕部分壓力。

將當今最先進商用客機的航空技術轉化為適用於城市環境的小型化方案，絕非易事。重量、噪音、安全與性能皆是關鍵考量。現代飛機多年來持續採用熱固性複合材料結構，而城市空中移動（UAM）製造商在設計中不僅延續傳統熱固性複合材料的應用，同時也積極導入新型熱塑性複合材料。

熱固性複合材料的典型應用是大型組件，但較小的互連元件仍以金屬為設計基礎。金屬元件的複雜度與體積使其難以從金屬轉向傳統熱固性複合材料。此時熱塑性複合材料便能發揮輕量化與高強度優勢，同時實現複雜形狀的製造。 擁有熱塑性複合材料平台的企業，例如Greene Tweed旗下的Xycomp® DLF，已在航太領域成功應對此挑戰。我們將持續以航太認證的熱塑性複合材料產品，改變市場對「都市空中移動」領域中複雜金屬部件替代方案的認知。

太空應用

這些衛星採用複合材料等先進材質，以減輕發射重量並延長航天器服役壽命。複合材料具備多重獨特優勢：減輕重量使火箭有效載荷能搭載更多衛星、零件整合縮短組裝時間、均勻的熱膨脹係數（CTE），以及可透過模具成型實現新結構設計，在相同或更小體積下達成全新配置。 衛星上多種組件皆可受益於複合材料應用，包括太陽能陣列、天線、太空船/有效載荷結構、電力系統、推進系統等。

未來十年太空探索將迎來哪些首創？是否包含首次商業太空旅遊飛行、首座商業太空站，以及/或首位登陸火星的人類？唯有時間能揭曉答案，但熱塑性複合材料極可能全程參與這場征程。

機器人學

機器人技術已影響眾多產業與應用領域，包括航太、國防、工業製造、石油與天然氣、醫療及其他產業。這些機器人技術應用涵蓋與人類同事並肩作業的協作機器人、由人類操控進入極端環境的機器人（使人類免於親身涉險），以及執行人類先前無法完成任務的無人載具。 機器人技術是一項真正具有革命性的科技，其潛力足以影響各行各業的方方面面。

隨著機器人應用日益普及，在特定領域中，機器人的重量、有效載荷、電池續航力及安全性已成為關鍵設計要素。此時，高性能熱塑性複合材料便能發揮其價值。通常而言，這類機器人的尺寸與複雜度並不適合採用傳統熱固性複合材料，尤其考量到所需的大量生產需求時更是如此。

採用壓縮成型熱塑性塑料替代複雜形狀金屬部件，可大幅降低機器人重量，使其能承載更重負載並延長電池續航時間。這些優勢有助提升運作效率，有時更成為特定應用場景中實現機器人技術的關鍵因素。 Greene Tweeds Xycomp® DLF（不連續長纖維）熱塑性複合材料解決方案，在替換複雜金屬零件時，可實現減重、零件整合、模內成型等優勢。

氫能經濟

新型氫能經濟具備顛覆與重塑能源世界的潛力，但唯有以綠色氫能為基礎，氫能經濟方具實質意義。可再生能源的崛起、政府與私營部門推動淨零經濟的進程，以及綠色氫能的潛在價值，共同促成了氫能經濟的崛起。 當前氫能主要應用於火箭燃料、工業製程及化學製造領域，但其真正潛力在於成為運輸與發電的潔淨燃料來源。氫氣處理技術面臨的挑戰不僅在於基礎設施改造，更涉及更深層的技術難題。

基礎設施變革中最大的挑戰之一，在於將氫氣從生產端輸送至使用點。氫氣作為小分子氣體，傳統離心式壓縮機因金屬脆化問題及壓縮比不足而無法運輸純氫——其壓縮比要求需提升轉速，但受限於葉尖速度極限，傳統金屬葉輪無法達到所需轉速。

從綠色氫氣生產到氫能儲存及燃料電池電動車，整個全新氫氣供應鏈的發展，將提升對新一代離心式壓縮機的需求——此類設備能高效處理高純度氫氣。這些新型離心壓縮機的實現，將仰賴高性能熱塑性複合材料解決方案。

熱塑性複合材料迷宮密封件可將離心壓縮機效率提升1%以上，同時避免遭受腐蝕或金屬脆化的問題。 採用高強度重量比熱塑性複合材料製成的葉輪，可透過減輕葉輪重量及降低轉子應力，使離心式壓縮機得以處理高純度氫氣，進而實現更高轉速。這些技術將使原始設備製造商能為能源企業及政府提供必要設備，藉此實現綠色氫能作為化石燃料有效替代能源的效益。

半導體製造

半導體產業在疫情期間面臨著前所未有的供需壓力，這源於居家辦公經濟的興起以及COVID-19引發的供應鏈挑戰。積體電路晶片的製造過程包含蝕刻、光刻、沉積、晶圓清洗等多個環節。這些製程採用特殊且具侵蝕性的化學物質，用以構築複雜的節點結構，從而實現當今計算技術的運算能力。

隨著晶圓圖案特徵尺寸不斷縮小，為實現高半導體元件良率而控制顆粒與化學污染所面臨的挑戰日益艱鉅。用於晶圓腔室與清洗製程的零件必須具備耐受高溫與嚴苛化學環境的能力，同時避免材料劣化或產生顆粒污染。此類嚴苛條件促使業界以先進熱塑性複合材料取代現有材料，並採用新型製造工藝，以滿足次世代晶圓加工設備對耐溫性與耐化學性的嚴苛要求。

參考文獻：

[1] 「波音787設計亮點」，www.boeing.com，2015年4月22日查閱，http://www.boeing.com/commercial/787/#/design-highlights/visionary-design/composites/advanced-composite-use/。

[2] 基思·坎貝爾。《空中巴士將於2009年底啟動新型A350 XWB零件生產》，《工程新聞》線上版，2009年5月11日，http://www.engineeringnews.co.za/article/airbus-to-start-manufacturing-parts-fornew-a350-xwb-in-late-09-2009-05-11。