在複合材料應用中，當產品進入高安全需求場景——如軌道交通、航太或電子設備——材料的選擇不再只是強度與重量的問題，而是直接關係到「火災發生時的安全性」。
耐燃等級預浸料（FR Prepreg），正是在這樣的需求下發展出的關鍵材料。它整合了複合材料既有的輕量、高強度特性，同時在配方層面加入阻燃機制，使材料在火災情境下能有效抑制燃燒、減少有毒煙氣，為乘客與人員爭取更多逃生時間。
本文將從材料本質出發，帶您了解耐燃等級預浸料的規範背景、設計邏輯、製程應用，以及大格化學在此領域的技術解決方案。
一、什麼是耐燃等級預浸料？
1. 預浸料（Prepreg）是什麼？
預浸料是將樹脂系統預先含浸於強化纖維（如碳纖維、玻璃纖維）中，製成半固化狀態的複合材料中間體。相較於傳統手積層工法，預浸料具有樹脂含量精準、纖維排列一致、製程重複性高的優點，廣泛應用於航太、運動器材、工業結構件等領域。
2.「耐燃等級」從何而來？
當預浸料應用於歐盟軌道車輛等高安全場景，材料必須通過特定的防火規範認證，才能合法使用於車輛部件。歐洲標準化委員會 (CEN/CENELEC)針對此需求制定了 EN-45545-2 規範——這是目前歐盟軌道車輛複合材料防火性能的核心標準。
EN-45545-2 規範簡介
此規範將軌道車輛中使用的材料，依據使用位置與部件大小，分為 26 個分類（R1–R26）；
並依車輛運行種類與逃生難易程度，劃分為 3 個危險等級（HL1–HL3）。
HL3 為最高等級，代表材料即使在點燃後，也不易產生有毒煙氣，可保障乘客的逃生條件。
3. R 分類（R Classes）：材料使用位置
以下為常見部件分類與對應測試項目：
| R Class | 部件名稱 | 需通過的主要測試 |
|---|---|---|
| R1／R2／R3 | 車內表面材料 | ISO 5658-2 火焰延伸、ISO 5660-1 熱量釋放、ISO 5659-2 煙霧密度、EN 17084 煙霧毒性 |
| R4 | 燈光擴散器 | ISO 5658-2 火焰延伸、EN ISO 11925-2 小火焰、EN 17084 煙霧毒性 |
| R5 | 空調材料(通風設備、供暖設備和空調設備用的空氣過濾材料) | EN ISO 11925-2: 小火焰測試 EN ISO 5660-1 熱量釋放測試 EN ISO 5659-2 煙霧密度測試/毒性測試 EN 17084 煙霧毒性 |
| R7 | 駕駛室外殼等結構件 | ISO 5658-2、ISO 5660-1、ISO 5659-2、EN 17084 |
| R8 | 車頂外部材料 | ISO 9239-1 鋪地材料輻射熱源法 ISO 5660-1 熱量釋放測試 ISO 5659-2 煙霧密度測試 EN ISO 5659-2 毒性測試 EN 17084 毒性測試 |
| R11／R12 | 耐電弧絕緣材料 | 依 HL 等級規定 |
| R17 | 駕駛室外部材料 | 依 HL 等級規定 |
4. HL 危險等級：依車輛種類與逃生難易決定
不同運行種類的車輛，因逃生條件不同，對材料的防火等級要求也不同：
| 運行種類 | N 標準車輛 | A 自動駕駛 | D 雙層列車 | S 臥鋪車 |
|---|---|---|---|---|
| 1. 非地下鐵（易疏散） | HL1 | HL1 | HL1 | HL2 |
| 2. 輕軌（可快速疏散） | HL2 | HL2 | HL2 | HL2 |
| 3. 地下鐵（緩慢疏散） | HL2 | HL2 | HL2 | HL3 |
| 4. 海底隧道（無法疏散） | HL3 | HL3 | HL3 | HL3 |
簡單來說：逃生越困難的場景，對材料的耐燃等級要求越高。海底隧道列車的所有部件，無論位置，一律需達到最高的 HL3 等級。
二、大格化學耐燃預浸料設計特色
大格化學深耕環氧樹脂配方研發逾50 年，其耐燃預浸料在配方設計上面臨的核心挑戰，是讓以下四項性能同步達標——而這四項性能在材料化學上往往互相干擾：
1. 四大耐燃性能：如何同步優化？
| 性能指標 | 設計目標 | 大格的配方策略 |
|---|---|---|
| 阻燃防火 | 材料不易延燒 | 導入非鹵素阻燃材料（APP、ATP 防火填料；N 系、P 系改良環氧樹脂），燃燒裂解時產生阻燃氣體或灰分，阻止火焰蔓延 |
| 低發煙 | 燃燒時少煙，保持逃生視線 | 使用三氧化二銻、磷酸鋅、鉬酸鋅等抑煙材料，同時兼顧預浸布的互黏性與操作性 |
| 低毒性 | 煙氣不致命，保障逃生安全 | 選用歐盟認可的防火材料，確保燃燒產物通過 EN 17084 煙霧毒性測試。捨棄鹵素型阻燃劑（雖防火性佳，但燃燒產生有毒氣體） |
| 低放熱 | 不釋放高熱，抑制火焰擴散 | 配方設計使材料點燃後熱量釋放速率受控，提高乘客在火場的生存率，並縮限災害範圍 |
配方設計的關鍵難點
阻燃材料的導入會降低樹脂反應速率，影響預浸布的操作性（互黏性）與製程時間。大格化學在兼顧四大耐燃性能的同時，也確保熱融膠的含浸性與製程可行性，這正是大格配方技術積累的核心價值所在。
2. Tg 設計彈性：從運動器材到航太
大格化學預浸料採用不同交聯密度的環氧樹脂配方，玻璃轉化溫度（Tg）設計範圍從 100℃ 到 250℃，可依客戶使用環境與機械強度需求進行客製化調整：
| Tg 範圍 | 類型 | 應用場景 |
|---|---|---|
| 100°C~130°C | 柔韌型 | 運動器材、民生用品 |
| 130°C~200°C | 標準結構型 | 工業複合材料、軌道車輛部件 |
| 200°C~250°C | 高耐溫型 | 航太級複合材料 |
3. 通用型預浸料：解決溫度敏感的操作問題
大多數預浸布的黏度對溫度高度敏感，在實際生產中容易出現：
- 夏天環境溫度高 → 預浸布太黏，難以操作
- 冬天環境溫度低 → 預浸布太乾，互黏性不足
黏度對溫度示意圖
大格化學針對此問題推出通用型預浸料，在配方設計上克服溫度敏感性，讓使用者在碳布疊層時不易受環境溫度影響，同時在高溫下的相對黏度較高，有效降低成品流失率，提升製程良率。
三、製程應用與注意事項
1. 支援製程總覽
大格化學預浸料可配合多種複合材料製程，適應不同客戶的生產設備與工藝條件：
| 製程名稱 | 英文簡稱 | 適用說明 |
|---|---|---|
| 手積層成型 | Hand Lay-up | 適合小批量、造型複雜部件 |
| 樹脂轉注成型 | RTM | 閉模製程，適合大量生產 |
| 灌注成型 | Infusion | 適合大尺寸、輕量化結構件 |
| 纏繞成型 | Winding | 適合管材、壓力容器 |
| 溶液浸漬 | Solvent Continuous | 連續含浸製程 |
| 熱熔法 | Hot Melt | 主流預浸料製程，品質穩定 |
| 拉擠成型 | Pultrusion | 適合截面一致的長形結構件 |
| Towpreg | Towpreg | 單束纖維預浸，適合自動化製程 |
2. 製程重點注意事項
- 設備相容性：大格預浸料可配合客戶各式製程現有機台。
- 製程穩定性：可配合不同RC預浸布製程。
- 可搭配各式纖維：碳纖維、玻璃纖維、克維拉纖維…
3. 產品特色
- 互黏性穩定性：通用型配方設計可在不同季節與環境溫度下維持一致的互黏性，降低操作失誤率。
- 儲藏條件：產品具備優異的儲藏性，便於供應鏈管理，減少原料損耗。
- 多角度排疊：良好的柔軟性與互黏性支援多角度複合材料排疊，適用於幾何形狀複雜的部件。
- 成品流失率穩定：流失率是成品輕量化的關鍵，大格化學預浸料採用國際大廠原料，品質穩定性佳，供貨鏈穩定。
四、產品實測數據：EHM-FR-042 預浸布
1. 產品簡介
EHM-FR-042 是大格化學針對歐盟軌道車輛 EN-45545-2 規範所開發的耐燃預浸布，結合高 Tg、高剛性環氧樹脂配方與碳纖維或玻璃纖維，可製造出同時符合防火規範、輕量化且具備機械強度的各式軌道車輛複合材料部件。
2. 認證達標結果
| 部件分類 | 達到等級 | 實測數據 |
|---|---|---|
| R7（車外暴露面積≥0.2 m² 的表面材料） | HL3（最高） | CFE：40.6 kW/m² MARHE：44.06 kW/m² Ds max：247.8 CTIG：0.195 |
| R1（車內暴露面積≥0.2 m² 的表面材料） | HL2 | CFE：40.6 kW/m² MARHE：44.06 kW/m² Ds(4)：243.3 VOF4：446.1 mins CTIG：0.195 |
3.數據解讀
各測試數值代表的意義：
- CFE（臨界熱通量）：材料被點燃所需的最低熱通量，數值越高代表材料越不容易被引燃。
- MARHE（最大平均熱輻射釋放率）：材料燃燒時的最大平均放熱速率，數值越低代表材料燃燒時釋放的熱量越少。
- Ds max / Ds(4)（煙霧密度）：材料燃燒產生的煙霧光學密度，數值越低代表煙霧越少，越有助於保持逃生視線。
- VOF4（煙霧生成量）：4 分鐘內的煙霧體積，數值越低越理想。
- CTIG（煙霧毒性指數）：燃燒煙氣的毒性指標，數值越低代表對人體危害越小，對逃生安全至關重要。
EHM-FR-042 達標意義
R7 部件達到 HL3（最高等級），意味著此款預浸布可合規應用於地下鐵、海底隧道等對防火要求最嚴苛的場景中；R1 部件達到 HL2，則覆蓋了輕軌等大多數軌道車輛的表面材料需求。
五、常見問題 Q&A
A：是的。EHM-FR-042 預浸布已通過實際認證測試，R7 部件達 HL3 等級，R1 部件達 HL2 等級，具備完整實測數據報告，可提供客戶參考。
A：HL1 的阻燃要求最寬鬆，材料在火場容易燃燒並產生較多煙氣與高熱，通常用於較不影響逃生的零件。HL2 次之，適用於多數車廂內部件。HL3 阻燃性能最強，材料即使在點燃後也不易產生有毒煙氣，適用於地下鐵、海底隧道等難以快速疏散的車輛與位置。
A：可以。大格化學提供 Tg 範圍從 100℃ 到 250℃ 的客製化預浸料配方，可依客戶的、設備操作、機械強度需求、製程條件與目標規範等進行調整，並支援多種複合材料製程。
A：大格化學 EN-45545-2 系列預浸料採用非鹵素阻燃配方。雖然鹵素型阻燃劑防火性能佳，但燃燒時會產生有毒氣體，對逃生人員造成危害，且不符合現代防火規範趨勢，因此大格已全面捨棄此類材料。
A：大格化學預浸料可配合客戶現有的塗佈與含浸機台製程，在導入前會與客戶進行製程確認，以確保產品品質。
A：一般預浸布的黏度隨溫度變化明顯，夏天容易過黏、冬天容易過乾，影響疊層操作的穩定性。通用型預浸料在配方上克服了溫度敏感性，讓操作者在不同季節均能獲得一致的互黏性體驗，有效降低製程的不良率。