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工程塑料創新不斷開拓應用空間
刊登日期:01/08/2008
《CPRJ 中國塑料橡膠》- 2008年8月號
文章來源:CPRJ 中國塑料橡膠
路遙
石油價格高漲已經成為全球最為關注的問題,因此而導致能源、資源價格水漲船高。一段時間以來,漲價已經成為各原料供應商發佈密度最高的新聞。儘管如此,各種性能優異的工程塑料代替金屬、玻璃等部件的創新應用仍然是公眾矚目的中心。近年來,工程塑料的技術創新一方面在太陽能、激光印刷等創新的應用領域漸受重視,另一方面,在傳統的汽車、醫療、電子電氣等領域各種新的技術同樣層出不窮。
應對新能源時代的轉變需求

近年來,在亞洲、歐洲等地區,太陽能的需求與日俱增。據國際太陽能研究和諮詢公司 Solarbuzz 的統計,全球光伏行業2007年的收入約為 170 億美元。塑料業領先供應商早已看好這一市場,並積極開發了多種不同的產品應用於這一產業。

杜邦在光伏材料開發、應用、專業製造及全球市場行銷方面已有超過20年的經驗,並開發了多種用於太陽能模組的杜邦創新材料組合。

杜邦開發的用於太陽能光伏元件(PV)的關鍵材料,包括薄膜、板材、樹脂及導電漿料等。例如,杜邦 Tedlar PVF薄膜,20年來已經是背材不可或缺的元件。由於Tedlar優異的延展性、耐候性、抗UV、防濕及可靠的壽命週期,使它成為工業界的標準。為了滿足業界日益增加的需求,杜邦也針對太陽能模組開發出新一代的Tedlar薄膜產品—Tedlar 2100系列,以提供更大尺寸的穩定性、不易變形、抗撕裂、抗磨損以及高反射系數,改善整體發電效率。杜邦Butacite中間膜具備高韌性,作為熱塑性的玻璃夾層,可用來封裝太陽能電池,並具有優異的玻璃粘性能及光學特性;夾層玻璃符合國家規定的安全標準;具備高撕裂強度和剛性,因而最適合用於安裝在對抗衝擊性能及結構性能有嚴苛要求的玻璃模組設計中。杜邦SentryGlass Plus中間膜所採用的特殊設計能讓紫外線穿透太陽能電池,並提高太陽能電池的效率;撕裂強度和剛性分別是傳統玻璃夾層的5倍及100倍;在廣泛的溫度範圍內均能提供絕佳的抗衝擊性和結構性能。

近期杜邦的創新研發還包括專為太陽能電池使用,無鉛化、無鎘的厚膜技術導電漿料—杜邦Solamet。這套全新的無鉛導體漿料系統,不僅對環境更友善,也為太陽能模組提供卓越的電氣性能,以及更高的可信賴度。杜邦 Rynite PET熱塑性樹脂適用於要求嚴苛的應用,例如強度及關鍵耐度對PV的接線盒來說就是必備條件,可用於製造堅固、耐用及尺寸穩定的模組。這些不同的高性能塑料或工程塑料的組合使得今天的太陽能技術日漸成熟。

開發太陽能相關組件的廠家並非只是杜邦一家,霍尼韋爾公司近日開發出一種能夠在惡劣環境下保護光伏太陽能電池的新型材料。新產品名為霍尼韋爾PowerShield PV325,能在潮濕等各種環境中保護 PV 元件,包括元件中將光能轉化為電能的主要部件。 該產品不僅抗紫外線、防潮、耐老化,還能承受工作電壓高達 1,000 伏的元件所產生的電力負載。霍尼韋爾 PowerShield 主要為剛性 PV 元件開發,而剛性 PV 元件則專用於向公共設施或當地電網供電。這種元件的使用壽命通常為 25 年,可在公共設施斷電期間充當可靠電源,並能彌補高峰期的電力需求和相關成本。霍尼韋爾PowerShield 採用五層設計,包括兩個基於乙烯-三氟氯乙烯 (ECTFE) 含氟聚合物薄膜的外保護層、一個聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 中間層,以及兩個專有粘合材料構成的內粘合層。它為 PV 元件生產商提供了聚氟乙烯背板材料的替代產品。

配合激光印刷電路的誘人魅力

在零售業和貨物管理行業,無線標籤或RFID應答器被認為是未來的技術。為了簡化並加快物流處理過程,常常在集裝箱、包裝箱和板條箱上使用RFID標籤來提供內裝物、產地和條件的資訊。

最近,HARTING Mitronics AG公司成功地大幅提高了RFID應答器的效率和探測範圍。其利用激光直接線路成形技術(LDS)製造三維塑料印刷電路(也稱為模內互聯裝置,MID),開發出新一代的應答器。該產品由朗盛公司的Pocan DP T7140 LDS製造。

激光直接線路成形技術是製造MID的特殊創新技術。利用該技術可以靈活、方便地以較低的成本在三維MID上製造印刷電路,不使用化學蝕刻的方法。該工藝採用熱塑性塑料,在熱塑性塑料中加入有機金屬複合物。在注塑後,用激光在三維部件上“燒制”高分辨的電路圖。隨後,在化學電鍍金屬浴中,在經活化的區域鍍覆銅、鎳和/或金電路。

朗盛公司開發的Pocan DP T7140 LDS能符合從注塑和激光蝕刻到鍍覆及可能的後序焊接等LDS所有加工工藝的要求。其熱變形溫度為250℃,特別適合高熱使用環境。該聚合物還可耐受回流焊接和氣相焊接的高溫。LDS和MID技術相結合,從而實現在塑料部件上集成三維定向天線。與傳統的由塑料薄膜製成的無線標籤即智能標籤不同,利用該天線,RFID應答器可以在5米的範圍內讀寫,即使在靠近金屬和液體時也不受影響。

巴斯夫公司不久前向韓國領先的天線製造商EMW Antenna 提供新型可激光雕刻聚胺,用於開發全球首批 GPS 與藍牙手機的塑料微型天線。Ultramid T 4381 LDS是部分半結晶型、部分芳香族的耐高溫聚胺 6/6T,通過10%玻璃纖維與 25% 礦物填料強化,在提供更寬的金屬化加工範圍的同時又不損害其機械性能。與用於手機微型天線的常規材料陶瓷相比,Ultramid T 4381 LDS 的頻率範圍更寬,電壓駐波比 (VSWR) 比陶瓷微型天線更低,從而提高了天線性能。此外,它還可通過降低不良率、減少製造工藝而降低成本。

創新應用推動新材料研發

在傳統的汽車、電子、醫療、家用電器等普遍關注的領域之外,工程塑料在火車、安全防護、水處理等領域都有創新的應用。

鐵路列車作為一種強運輸能力的輸送手段,其乘客環境相對複雜,對火車內飾的牆壁和天花板從阻燃、耐污、煙塵污染等都有較高的要求。針對鐵路列車的牆壁和天花板覆蓋物,帝斯曼工程塑料公司的Xantar C CE 407 (PC+ABS)材料被用於共擠基材。該產品表面具有一層很薄的聚偏氟乙烯(PVDF)面層,再被熱成型。這一材料可以滿足DIN 5510-2標準的可燃性、煙塵和毒性等的嚴格限制,並且不含氯化和溴化添加劑。其耐化學品能力有助於簡單地清除牆壁上乘客隨意的塗鴉。


贏創為TFT-LCD顯示器的背光裝置開發了專用PMMA系列產品。
為了滿足一些頗高的要求,例如安全鞋的腳趾護帽,拜耳材料科技公司推出了堅硬、經衝擊改性的Makroblend DP 6015(PC+PBT),它符合關於安全鞋的DIN EN 345標準。其要求之一是,即便在接觸化學品之後也要保持機械性能。標準規定了一種跌落測試方法:一個斧狀樣本在-20℃和60℃的溫度下以200焦耳的能量跌落在腳趾護帽上,並測試其變形量。腳趾護帽在浸沒於汽油、氫氧化鈉稀液和稀硫酸24小時之後要求仍能通過這個測試。針對極熱與極潮濕環境,拜耳材料科技開發出了無鹵阻燃PC+ABS混和物Bayblend DP 3008 HR(HR指抗水解)。這種阻燃組合產品不含溴,能滿足主要環保指令的要求,包括“TCO 05”和“Blue Angel”。旨在類比家用電器實際生命週期的加速老化測試反映出抗水解作用效果極佳。其潛在應用包括翻斗式乾燥器、洗碗機和洗衣機上的前面板、電池外殼、以及用於炎熱潮濕氣候地區裡的顯示器和筆記本電腦用部件。

在水處理領域,德國Neoperl公司生產出世界上最小的旋塞式充氣器“Perlator TT”。這種產品利用了泰科納公司的Hostaform ACS(聚甲醛)。這裡的主要要求是對普通家居清洗劑的高抵抗性以及在結構精細的情況下不易被細菌污染。為了使得這一產品適應向不同國家的出口需求和推動旋塞製造商的生產與物流過程,並開發了專門的顏色編碼系統,而這些都依靠Hostaform得以實施。

為了使納米晶格的金屬與塑料的混合物能得到商業應用,杜邦公司與Morph技術公司和Integran技術公司兩家加拿大企業以及美國Power-Metal技術公司結成聯盟。MetaFuse專利技術能在以杜邦的工程塑料製成的部件上塗上一層高強度的納米金屬塗層。這種混合物有與鎂或鋁一樣的韌度,甚至比它們強度更大。此技術直接產生出使用了結晶粗粒的一體化金屬封裝。初期的開發以汽車業、消費類電子產品和體育用品為目標對象。

德國贏創公司開發出有色成型化合物Plexiglas Cool Touch (PMMA),因為它能夠反射紅外線,使深色塑料表面的放熱降低20%。這種成型化合物的可能用途有車身件和車頂元件、頂棚材料、窗框和甲板。較少的放熱降低了空調系統的運行成本。Plexiglas POQ是導光度超出92%的PMMA,可用於平板顯示器的背光組件。通過在淨室條件下生產和分裝這種材料,確保了這種導光性能。

節能環保滿足行業發展需求

作為一種具有節能潛力的先進材料,工程塑料在日益嚴格的環境和氣候訴求中顯露出其卓著的優勢。氣候變化、更加嚴格的排放標準,以及更高的安全與舒適度要求,使得各種節能、環保產品成為行業績極研發的一個重要方向。


由沙伯基礎創新塑料的無氯無溴阻燃型PBT加工的各種電氣產品
巴斯夫公司的Ultramid Seal-Fit是一種用於電氣零件母線二次成型的非增強型透明共聚胺。這種產品專為金屬嵌件的二次成型而開發,與金屬和PA、PBT等塑料都具有優異的粘合性。金屬嵌件首先與這種新型材料進行局部的預成型,接以傳統的外殼材料做慣常的重注塑。該產品可用於那些要求苛刻的部件,例如傳輸與制動控制裝置、感應器和插撥聯接器。巴斯夫公司通過聚胺6.10材料Ultramid Balance,以回應人們對基於可再生原料的產品的關注。原料中蓖麻酸用量佔60%以上。蓖麻酸是一種可再生材料,其起始原料是蓖麻油。該材料在50年前市場就有銷售,現在已經被重新納入這一範疇。

法國羅地亞Rhodia聚胺公司的高流動性PA66能實現更短的週期時間,而不會犧牲PA66優良的熱學、化學和機械性能。它們還具有高水準的韌性,即使在漸升的長期使用溫度之下也可以保持機械性能。阻燃PA66 - Technyl A 60G2 V30為30%玻纖填充料,不含紅磷和氯。這種材料通過了UL94-V0和GWIT 850℃標準,專為要求嚴格的電氣應用而開發出來。Technyl SI(SI代表超常衝擊)結合了非凡的衝擊強度和良好韌度,目標是在特別苛刻的使用環境下優化機械性能,特別是在機械零部件、電動工具和體育用品中。羅地亞的Technyl XT產品系列為擠出和吹塑應用而專門經過改進,而Technyl XCell產品系列包括了針對美國卓細公司的MuCell工藝而專門改進的材料。這些新型PA66和PA6產品具有更佳的可加工性和良好的性能保持力,通過這種方法製成的成品表面品質突出。實際測試顯示,通過Technyl XCell可以將產品的密度降低至少一成。


Mucell工藝製成的塑件,材料為羅地亞專門為此工藝開發的PA6和66。
針對電子電氣行業,沙伯基礎創新塑料(SABIC Innovative Plastics)推出了新系列的聚酯(PBT)Valox。Valox ENH是一種既不含氯也不含溴的阻燃級產品,所以符合RoHS(電子電器設備中危險物質的應用指令)和WEEE(廢舊電子電器設備指令)。與傳統阻燃型產品相比,電氣性能得到提高,使得Valox ENH特別適用於插頭、繼電器或燈座的電器產品。

這些創新的產品與應用顯現出工程塑料不僅在市場上大當其道,而且適應不斷出現的能源、環境與氣候要求而能在更廣泛的應用領域擴大其市場佔有率。同時我們可以看出,通過有選擇的材料改性,常常能實現特別要求的組合性能,滿足更多市場的特殊需求。
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