复合材料工业全球竞争力之发展愿景与策略-中华民国全国工业总会

第三子題：複合材料工業全球競爭力之發展願景與策略趙 玨壹、現況說明：(一) 前言所謂複合材料係指結合兩種或兩種以上不相同之物質，予以結合，擷取原材料之特性與優點，製成性能優異並能滿足需求的一種新材料。一般而言，複合材料之構成有兩大要素:一為基材(Matrix) ，另一為補強材料(Reinforcement)兩者予以複合，以獲得一種高性能、高可靠度及高設計彈性的新材料。在此定義下通常我們將複合材料依基材種類分成三大類，即：高分子複合材料(Polymer Matrix Composite, 簡稱 PMC)、金屬基複合材料(Metal Matrix Composite, 簡稱MMC)及陶瓷基複合材料(Ceramic Matrix Composite, 簡稱CMC)其分類如圖1所示。圖1 複合材料分類高分子複合材料(PMC)是目前複合材料工業的主流，其中又以纖維補強高分子複材(Fiber Reinforced Polymer Composites)為大宗，而在實際用上，玻璃纖維補強熱固性塑膠以及玻璃纖維補強熱塑性塑膠則佔了其中90%以上的比例，成為最主要的項目，目前全世界複合材料產品種類已達四萬種，其應用領域上至火箭衛星下至民生娛樂幾乎無所不包，而一般市場統計則仍以纖維強化塑膠為既定的模式與慣例，本文亦同，有關前述的金屬基與陶瓷基複合材料原屬軍事航空領域，尚未進入工業與民生之商業化用途，目前仍處於研發階段，且用量有限，不在本文探討範圍。有關高分子複合材料分類則如表1所示表1 高分子複合材料分類表(二) 產業現況我國複合材料工業的發展，始於民國54年玻璃纖維強化塑膠製品的製造，早期從國外引進技術，採用進口原料生產漁船、遊艇與浴缸，迄今已有30多年的歷史，此期間，陸續吸收先進國家的技術與設備，配合國內學研機構的投入，在政府政策支持鼓勵下，逐漸發展成熟，經過長期的努力進展，已從純勞力密集的工業轉成勞力技術密集，甚至資本技術密集工業形態；近年來由於環境的變遷和主客觀條件的改變，我國強化塑膠工業正朝著高附加利潤與高品質的方向邁進，在若干領域有著令人誇耀的成就，例如早期遊艇；近期的碳纖運動器材、印刷電路基板以及電子級玻璃纖維布，在國際上均佔著一席之位。目前，該項產業無論在原料、半成品、加工製程方面均具有充分的自主性，成為上、中、下游完整的工業，產品種類包括遊艇、漁船、浪板、浴缸、淨化槽、管道、桶槽、電機及電子組件、汽車零件、球拍、球桿、釣桿等，不但充分供應國內市場；同時亦不斷拓展外銷。有關我國整個複合材料產業發展概況，可區分傳統性FRSP(GF/UP)、強化熱塑性塑膠FRTP(GF/TP)、碳纖運動器材CFRP（CF/Epoxy）、印刷電路基板等四大項，其歷年來之市場統計如表2，2000年之分項產量比率如圖2。單位：噸表2複合材料/強化塑膠工業市場統計年份分類 1997199819992000年傳統性FRTSP(GF/UP)45,40039,80043,90037,315強化熱塑性塑膠FRTP(GF/TP)42,60049,60053,25061,237碳纖運動器材CFRP(CF/epoxy)*2,600(1,050)*2,150(870)*2200(520)*2,130(618)印刷電路基板 CCL(cloth/epoxy) 117,500138,400165,150198,180合 計208,100229,950 264,500298,862資料來源：經濟部工業局Chemnet計畫，臺灣區複合材料工業同業公會暨中華民國強化塑膠協進會*含台商在大陸部份，（）則為台灣本地用量估計2000年我國複合材料市場年產量已接近30萬噸，目前年產值約新台幣600億元，關聯性產值則達900億以上，在政府全力規劃鼓勵以及學研機構強力配合推動下：目前我國複合材料產業正面臨全面轉型與升級，預估在公元2005年，產值將達新台幣1200億元以上。貳、環境因素隨著國際潮流之發展趨勢及國內主客觀變境，我國複合材料產業之發展形態亦起了極大的變化，尤其近年來屬於勞力密集之部份產生較大之衰退，相關工廠經營不良、停頓或外移情況嚴重，基於國際複材工業的趨勢日新月異，國內產業面對本身的條件能力，務必作適當調整與修正，以求複合材料工業全面的健全發展，並在國際舞台上立足。早期複合材料在國內係屬於技術性勞力密集的發展形態，因複合材料在軟體之設計乃至配方製程等需要技術，在後加工階段則需要大量的勞力，其投資金額不必過於龐大，因此非常適合國人的投資經營，而憑著國人的睿智與勤勞曾有過值得誇耀的成就，唯在國內環境逐漸變遷，產業轉型要求日殷及低開發國家競爭各種因素下，早期技術性勞力密集的優勢不復存在，逐漸走向勞力性技術密集，甚至技術性資本密集的形態，如今國內複材工業屬於勞力密集部份已完全幾乎外移，技術與資本成為首務，並致力于產品品質與附加利潤的提昇。從國內外的環境因素對我複合材料產業的影響，以下幾個現況與方向值得注意：一台灣FRP產業無法擺脫海島型經貿特色，傳統市場已無空間，因此未來需加強產業之國際競爭力，拓展外銷，在國內市場方面則需致力於具潛力之領域如交通建設、國宅及新市鎮建設、環境污染防治等工程建設，加以擴大。二、如何建立一個健全的產業架構及有秩序的市場機制為當前重要課題，未來國內FRP產業的發展策略應走向提高產值，鼓勵業者合併，避免惡性競爭等目標，此外；在市場定位與區隔上亦應有所協調，以免形成重覆投資及自相殘殺局面。三、目前產業界之經營理念與方式缺乏前瞻性的主導動力，如仍沿襲傳統的OEM代工方式，甚至以打爛仗方式進行游擊戰，一般業界仍處于單打獨鬥的封閉狀況，並無市場行銷及產品技術研發之規劃，因此未來產業在經營方式上應建立宏大的格局，擺脫以往狹隘的做法，尤其需以策略聯盟的方式整合生產技術與市場行銷，成為配套的跨國性經營制度。四、國內產業具高度應變能力，對國際行情及發展趨勢頗能洞悉適應，誠然市場導向為最高之經營標的，是以雖然面臨不景氣及金融風暴等不利因素，業界仍能快速的調整腳步採取對策，力求生存發展，這點亦充分顯示出國內FRP產業的處理危機特質。五、90年以來，全球複合材料市場年平均成長率約為7%，其中以先進國家之發展已趨於穩定，近年來其平均漲幅僅能維持在3%4%左右，甚至因受不景氣及金融風波影響，反而發生衰退現象(如日本)。六、台灣複合材料/強化塑膠產業的成長幅度，雖然領先世界各先進國家，在亞洲地區除中國大陸以外排名第二，然而產業發展種種跡象存在之變數依然甚多，產業的結構面亦不健全，種種跡象可從市場之發展形態偏狹，投機性及短打策略盛行，惡性競價等情況視出端倪。七、產、官、學、研的整合有助于整個FRP工業的全面推動與發展，政府的政策支持包括各種輔導獎勵措施之制訂實施,各種專案輔助，建立中衛體系，成立複材工業專業區等。學研單位如可有效利用政府資源將研發成果落實業界，其間公會/協會更擔任重要的架橋、協調之角色，共同為國內複合材料/強化塑膠工業貢獻心力。參、發展願景/方向/目標：為了規劃我國複合材料產業永續經營與發展且能進而在國際市場上佔有一席之位，僅就發展願景/方向/目標提出以下建議：一、 發展願景：1. 成為世界複材原料重要的供應國台灣在複合材料之基本原料（補強材與基材）之製造方面己有相當之基礎，例如玻璃纖維產製已在國際場上佔有重要之一席地位，尤其在電子通訊產業之帶動下，將一躍而成為全球最重要的電子級玻璃纖絲與布的生產與供應國。此外，碳纖維的擴產亦將直通日本之東麗、東邦受到國際之矚目，基材方面，用於運動器材與CCL基板之epoxy樹脂其性能與製造技術已達國際水準，目前UP樹脂外銷大陸佔大陸進貨總量之80%以上，諸此種種均可看出我國在複材原料工業之實力。 2. 成為亞洲複材專業設計中心近年來台灣製造面臨競爭與環境衝擊已漸漸失去優勢。綜觀全球複合材料產業的發展趨勢已朝高技術與品質邁步，因此台灣發展優良的軟體設計技術、培養優秀的軟體設計人材以取代傳統的加工製造業，未來在複合材料產業的分工區隔上，應在台灣設立前端的專業設計中心，在大陸設立後段的製造與組裝基地。二、 發展方面1. 整合生產技術與市場行銷(形成配套跨國性運籌體系)2. 發揮國人在複合材料技術之睿智(技術性勞力密集)3. 充分並有效利用政府、學研機構之資源4. 擴大內需市場(如交通、公共工程等重大工程建設)5. 從台灣看世界綜觀國內複合材料面臨的困境與先進之國家之發展趨勢相較，未來我國在傳統性複合材料工業方面亟待升級轉型，在這方面；技術競爭與品質提昇將成為發展主流，如兼具安全與耐震的新一代智慧型結構材，在建築、公共工程之應用開發，又如防火耐燃、低煙、無毒材料，在建築與交通器材之應用，再如運動器材第三代製程技術的開發研究以及熱塑性複材的原材料與製品的系列性技術開發等，皆為重要的發展方向，至於新的領域的發展則集中在電子、通訊、3C產品以及功能性複合材料的開發，以創造更高附加價值的明日之星，除前述智慧型構造性複合材料外，尚有機能型複合材料與資訊通訊產品需求之結合，又如高頻介電複合材料在大量之視傳資訊快速傳輸高頻通訊場具有極大的潛力，質輕體小的電聲複合料等語音系統關鍵元件等項目，此外；隨著環保意識的提高，如何開發回收再利用的資源化綠色產品與技術亦是目前重要的發展課題。茲將未來我國複合材料未來發展之方向彙整成如下表3表3未來我國複合材料工業之發展方向發展方向說明自動化製程技術自動化生料切割、疊層硬化成型自動化控制電腦軸助設計製造(CAD/CAE/CAM)彈性製造系統、提高生產效率 複合材料加工技術隔膜成形熱壓成形壓印成形纏繞成形樹脂轉注成形拉擠成形高性能複材產品之開發高強度、高模數複材耐衝擊韌性、耐疲勞複材耐高溫BMI、PI等複材耐寒、耐化學、耐放射線複材配合環保之綠色產品發展回收再生技術熱塑性複合材料產品低污染製程(清潔製程、低VOC)氣體輔助射出成型產品模具設計技術GIM unit製造力學分析模式CAE方法共射出成型應用技術廢棄物回收、吸音、防振、EMI應用加工技術/CAE複合材補強混凝土技術系統整合結構行為與設計現場施工技術偵測與預警系統之結合高阻尼制振複合材料運動器材及運輸工具之制振要求家電產品、工業用旋轉機械、輸送機 械之振動噪音抑制、音響之良好振動 輸出智慧複合材料自我監測系統埋入技術結合製程技術設計技術複合材料應用於生醫器材技術加工設計材質整合技術物性與相容性長纖維補強熱塑性複合材料預浸材及原材料開發沖壓/熱成形加工製程技術結構設計動態設計/運動軌跡模擬高速下衝擊碰撞分釿動態強度設計準則運動軌跡之重測技術動態負荷之模擬飛機內裝材製作技術符合FST之內裝複材製作航空內裝材製程技術檢測及認證技術薄殼/EMT材料應用開發2.5m/m以下薄件之加工技術性能對外殼品質之影響控制真空鍍膜EMI 屏蔽技術奈米複材開發與應用奈米級分散聚合製程技術導電奈米級製程技術無機層材純化、膨潤、改質、機能化 技術電子資訊應用複材技術氟系高分子複材應用於高頻通訊基板 之材料與製程技術電聲複材技術資訊/通訊用語音元件開發技術寬頻、低失真、高效率、功能性設計聲阻複材/高分子ELECTRET材料成型 加工及模擬分析技術擴大產品層次打開市場高附價值產品（素材、功能多樣）功能性複合材料產品（制振、智慧、 導 電、耐磨、難燃、親水）少量多樣生產發揮整體效益強化上中下游產業分工合作促進異業間整合檢測技術開發超音波檢測技術雷射超音波檢測技術超音波斷層掃描技術其他破壞檢測技術10三、 發展目標1.調整產業結構、鼓勵小廠合併、增加接單能力2.發展高品質與高技術產品，提昇附加價值與利潤3.2006年達新台幣1000億之產值目標4.2010年達新台幣1500億之產值目標5.成為全球最大電子級玻璃纖維之生產與供應國16肆、提升全球競爭力之發展策略由於國內複合材料工業近年來面臨之諸多衝擊與困難，形成發展上之瓶頸各種問題之存在如勞動力嚴重缺乏，造成產業外移，投資環境不理想，工資上漲，產業惡性競爭，國內市場狹小，環保意識抗爭，規範制度不完整等等，亟待我產官學研共同努力重新整合與突破，未來之發展策略如下：1. 整合研究機構、生產者與使用者，使複合材工業從關鍵技術之研發至生產，檢測與應用形成一完整之發展體系，建立上、中、下游之間密切合作之關係。2. 著重以研究發展與培訓人才自行建立技術能力，並同時致力於產品與製程（包含製造設備）之技術開發。3. 掌握世界技術與市場動態，拓展國際市場與開發國內新應用領域並重。4. 開發新產品及應用領域、改善複合材料產業結構，使其成為未來新興材料工業主流。5. 延攬高級人才並制訂獎勵辦法6. 建立複合材料產業資訊系統7. 積極參與政府重大工程項目如交通建設、國宅及新市鎮建設、環境污染防治等工程建設，擴大市場應用範圍。8. 推動中大型複合材料廠商整合相關中小企業，成立中心衛星工廠體系，提升產業合作競爭力，爭取外銷市場。9. 規劃籌設複合材料專業區，提供設廠用地。10. 輔導業者建立品保制度及環保清潔製程。11. 加強中小企業研究發展之能力。有關政府在這方面亦給予甚多之獎勵與輔導，目前我國之複合材料工業已列為政府鼓勵發展十大新興工業及新興重要策略性產業之一，相關之輔導措施如下：一、 運用經濟部科技專案或工業局主導性新產品開發或傳統工業技術升級或生產自動化技術升級或經濟部所屬事業協助中小企業推動研究發展計畫等計畫協助業者加強研發、設計及自動化生產之能力，積極開發高品質與高附加價值之新產品。二、 運用工業局化學工業技術人才培訓計畫，委託學術及研究機關培訓材料特性、配方技術、加工成型、模具設計、產品設計、市場開發等專業人才。三、 以建立化工資訊媒體網路中心計畫提供資訊服務，確實掌握產業發展動態及國際市場與技術發展趨勢，協助業者開拓市場。四、 利用促進產業升級條例之新興重要策略性產業租稅減免辦法，鼓勵業者投資高性能複合材料工業，以促進複合材料工業轉型及帶動相關工業升級。五、 協調相關單位將複合材料製品列入公共工程招標規範，並制訂國家標準，使業界有所遵循，擴大複合材料在公共工程之應用。六、 運用中心衛星工廠體系或以策略聯盟方式，結合材料製程、結構功能技術的整合效益，讓產業間得到異業間的充分互補。七、 依促進產業升級條例之企業專案合併獎勵，推動中下游業者合併、擴大規模，達上市或上櫃標準，促使改善經營體質，以提升自主研發設計及開發市場能力，並加強製程管理效益，增強國際競爭力。八、 籌設複合材料專業區，以利引進高附加價值複材產業設廠。九、 運用工業局全面提升品質計畫及工業減廢與ISO 14000推廣五年計畫輔導業者加強品質管制及推動環保管理系統與清潔生產技術，協助取得國際ISO或FAT等認證。國內研究機構在複合材料工業的研發貢獻，以各大財團法人中的工研院材料所、化工所、航太中心等以及中科院的材發中心、航研所為主軸，這些研究機構最主要的經費資源是來自經濟部的科專計畫。對我複合材料科技與產業技術的提昇而言，多年來科專計畫佔了主要的角色，也提供了功不可沒的貢獻，其中達成的研發成果及所衍生的委託研究，業界合作案件不勝枚舉，所產生之各項FRP技術轉移，專利應用、市場效益，擴散等績效亦有目共睹，其中最明顯的例子可從協助業界開發研製一系列CFRP運動器材及在國際市場上的成就看出；此外，在船艇、航太、電子電機、公共工程、建築等領域之開發應用也有非常顯著成效，其中以工研材料所化工所可謂執國內複材技術研發之牛耳，自民國85年至89年執行科技專案高性能複合材料與應用技術五年計劃以來，成果輝煌，各項記錄為：完成專利申請72件、專利獲得32件，業界合作研究13件、配合款新台幣4,099仟元，技術移轉授權90件、移轉授權金24,643仟元，及衍生委託工業服務173件、金額322,196仟元。經本會統計，經濟部90年度科技專案計劃中，多項複合材料發技術規劃已被列入，對國內持續低迷不振的複材業界而言，具有非常正面的參考價值與指標作用，研發單位如何加強研發成果並落實業界固屬任重道遠，產業界如何有效利用研發成果提昇技術與品質以創造市場利潤，亦誠為當務之急。其中複合材料技術較重要者計有：工研院材料所、中科院第一所、第五所提出六項計劃（子項），謹臚列註明如下：執行單位計劃單位分項計劃子項計劃技術內容單位：工