塑胶

材 料 知 識 之工程塑膠 什麼是工程塑膠? 工程塑膠在物性上有別於PE、PP、PVC等泛用塑膠,其耐熱性在100℃以上,強度在49.0MPa以上,彎曲彈性率在2.4GPa以上 工程塑膠的用途:由於具備耐熱性、高強度、耐化學藥品等各項優異性質,因此廣泛應用於資訊設備、家電產品、汽車零組件、電子零組件、機械五金、運動休閒器材等領域 業界常用的工程塑膠: 常用工程塑膠包括尼龍（PA6及PA66）、聚縮醛（POM）、聚對苯二甲酸二丁酯（PBT）、聚碳酸酯（PC）、聚氧化二甲苯（mPPO）等五大類,前三者為結晶性高分子而後二者為非晶性高分子 1、 尼龍：聚醯胺(Polyamide),一般稱為尼龍(Nylon),是由醯胺基(-CONH-)主鍵重覆構成的一種高結晶性、直線型縮合聚合物 2、 PPS：聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide,)是一種結晶性熱可塑性塑膠,最近逐漸受到汽車零組件業者的重視 3、 PBT：聚對苯二甲酸二丁酯(Polybutylene terephathalate 簡稱PBT),系以對苯二甲酸二甲酯(CMT)與1,4-丁二醇(1,4-Butanediol)聚合而成的一種結晶性熱可塑性工程塑膠 4、 LCP：液晶高分子與熱塑性的摻混,由於LCP在熔融時具有液晶結構的方向性,可以形成單一方向排列的纖維,表現出優異的物理性質 一、尼龍的特性 1、由於尼龍硬度大於聚烯烴,在延展性及韌性方面特性也佳,加上其Tm很高,使得尼龍塑膠成為機械材料的新焦點,在市場上可與其他高性能工程塑膠如聚縮醛、聚碳酸酯互相競爭 2、 市場上常見的尼龍種類有尼龍6與尼龍66,尼龍6的強度大、耐衝擊、耐摩擦,並且耐多種化學溶劑,且具自潤滑性,其熔點約215~225°C,成型時不易熱裂解,加工範圍廣 3、市場上各廠商皆僅有各種不同等級產品,以配合不同應用之需求,並藉以擴大市場區隔 4、尼龍66有較高的應力強度和剛性,不適於作有彎曲性的產品,其熔點為256℃,比尼龍6約高40℃,故耐熱性、尺寸安定性及強度均較佳,適於射出成形應用 5、 此外,尼龍尚有許多不同的種類,如尼龍11、尼龍46,然而因尺寸安定性不佳及欠缺優良的機械性質,仍有待以努力克服的,因此市場上仍以尼龍6與尼龍66為主 連接器常用的尼龍種類比較 1、 PA66:耐溫性較差,價格較低,機械性質較優異 2、 PA6T:成型時排氣較差,易於過爐後起泡,機械性質較優異 3、 PA9T:晶體結構較差,容易產生脆裂,機械性質優異 4、 PA46:靭性較佳,延展性好,機械性質偏差 註:機械性質指該塑膠的強度、耐衝擊、耐磨擦 尼龍的展望 1、由於Nylon6的價格與Nylon66相差不大,在工程性能的要求下,Nylon6將逐漸為Nylon66取代 2、國內尼龍工程塑膠的需求量雖已達到一定之規模,但國內原料廠設立不易,皆須以進口為主,另外,尼龍工程塑膠雖然應用範圍廣,但應用分布分散且少量多樣化,技術大部分掌握在國外大廠商手中,取得不易,目前國內廠商若能以國際市場為目標,利用原料進口尚不成問題,而國內摻配技術也已大幅提升且科技人才充沛,繼續擴充其應用發展,則預期國內尼龍工程塑膠應尚有發展空間,但以長久而言,我國仍需提升尼龍原料廠的製造能力,以促使尼龍產業做一完整的垂直整合 台灣Nylon6和Nylon6工程塑膠主要製造商 ：(單位:千公噸) 中石化 38 Nylon6 台化 140 Nylon6 展頌 50 Nylon6 集盛 75 Nylon6 新光 10 Nylon6 中興 10 Nylon6 華染 7.6 Nylon6 二、PPS的特性（聚苯硫醚） 1、150℃以上的高耐熱性已經將它定位在金屬與熱硬化性樹脂的替代材料 2、在平價的泛用工程塑膠與昂貴的特殊工程塑膠之間,開拓另一層獨特的應用市場,需求量穩定成長之中,未來的需求量有可能與五大泛用工程塑膠並駕齊驅 3、從PPS的化學結構觀察,硫原子與苯環交互整齊排列的構造,賦予分子高度穩定的化學鍵特性,並易於堆積成熱安定性較高的結晶格子，具有優良的平衡物性包含耐熱性、耐化學性、流動性、尺寸穩定性及電氣特性 4、因為其黏度低, PPS必需要用纖維或填充料來改質,以克服其本身固有的易碎性PPS加入高比率的纖維或填充料後仍然易於成型,改質後的PPS非但可以顯現變化多端的物性,更可以調節產品的成本，目前市場上銷售的產品大多是玻纖改質的塑膠粒,以含40%玻纖的規格最普遍 。 PPS的市場概況 1、 PPS正式商業化生產已有30餘年的歷史,最初的13年其生產完全由美國的Phillips石油公司獨佔，1967年Phillips石油公司的Edmonds與Hill兩位研究員利用對二氯苯與硫化鈉在N-Methyl-2-Pyrrolidone(NMP)極性溶劑中反應合成PPS,並獲得專利 2、 隨著Phillips石油公司PPS製造專利的到期,從1987年起美國與日本共有5家公司投入PPS的生產與銷售,這是PPS的生產步入第二個階段，此後PPS的市場即陷入供過於求的逆境中,競爭激烈造成價格大幅滑落 3、 1995年起PPS的需求量逐漸呈現兩位數以上的成長率,雖然2001年大幅衰退10~12%,然而產能過剩的現象已稍見緩和 4、 目前PPS的全球需求量包括樹脂本身及摻合物每年約6~7萬公噸,雖然距離正式成為泛用工程塑膠的需求量門檻值為10萬公噸尚遠,但以2002至2006年預估每年平均成長8~9%來計算,則2010年之前PPS有希望進入泛用工程塑膠的行列,成為第六個泛用工程塑膠 PPS的應用及展望 1、 =全球在2003年的PPS需求量約有55,000公噸,其中以日本為最大的消費市場 2、 2003年日本的PPS需求量約21,500公噸,其中汽車零組件佔有35%左右 3、 日本的汽車電裝品技術領先全球,在注重品質穩定性的考量下採用PPS的數量一直在增加;另外,機構組件(引擎及傳動系統)亦採用少量的PPS樹脂 4、 最近壓縮天然氣(CNG)汽車已經在市場上受到重視,車上需裝設適量的燃料槽,PPS材質的燃料槽較金屬製品減輕60%左右PPS必需要用纖維或填充料來改質,以克服其本身固有的易碎性 5、 PPS本身的阻氣性非常良好,若再以橡膠改質可以防止在高壓高溫下破損;這種燃料槽的容量為46公升,全長81.5公分外徑31.7公分,重量約20公斤,充填壓力可以達到20MPa;一般的小客車可以放置兩具這種規格的燃料槽;未來電動汽車或雙引擎汽車(Hybrid Car)的電力模組(Power Module),也是PPS最具發展潛力的應用市場 PPS最特殊的物性表現 項目 說明 熱安定性 結晶融熔溫度高達285℃，長期使用耐熱溫度為200℃，短期使用耐熱溫度為260℃ 尺寸安定性 在高溫與惡劣環境下成型品不易變型，成型品尺寸再現性良好 耐化學性 對大部分溶劑或腐蝕性化學品具抵抗力 難燃性 不必添加難燃劑亦可維持UL94 V-0的難燃標準 三種代表性PPS商品的規格(含40%玻璃纖維) 商品名 項目 Ryton® R-4XT Fortron® 1140L4 Supec® G401 比重 1.65 1.65 1.66 吸水率(percent in 24hrs) 0.02 0.02 0.01 抗張強度(1,000psi) 28.0 29.0 24.5 彎曲強度(1,000psi) 40.5 40.0 35.0 耐衝擊強度(Notched Izod) 1.7 2.0 1.5 線膨脹係數(X10-5 inch/inch/℉) － 2.1 1.3 熱變形溫度(at 264 psi) >260℃ 266℃ 260℃ 介電強度(volts/0.001 inch) 500 390 － Oxygen Index(%) － 47 47 三、PBT的特性 1、PBT在1970年代初期由美國Celanese公司研究成功,並以Celanex商品名上市 2、隨後知名廠商德國BASF,Bayer,美國GE,Ticona,日本Toray,三菱化學,台灣新光合纖,長春人造樹脂,南亞塑料等公司先後投入生產行列,全球生產廠商共計三十餘家 3、PBT又可稱為熱塑性聚酯塑料,為適用于不同加工業者使用,一般多少會加入添加劑,或與其它塑料摻混,隨著添加物比例不同,可制造不同規格的產品，目前國內規格有百餘種,故PBT是一種量少規格多的產品 4、由于PBT具有耐熱性、耐候性、耐藥品性、電氣特性佳,吸水性小、光澤良好、廣泛應用于電子電器、汽車零件、機械、家用品等 5、PBT產品又與PPE、PC、POM、PA等共稱為五大泛用工程塑料 PBT的市場概況-1 1、 PBT是全球發展歷史最短的工程塑料,但是國內卻是最早投產的,由于制程技術之層次不高,容易掌握 2、 最早于1987年由新光合纖公司開始生產銷售,并以PET/PBT首次生產,1989年長春石化開始銷售,而南亞公司于1990年九月開始生產銷售 3、 目前在PBT樹酯之OEM廠商指定用料之情況甚少,因此進口依存度已逐年遞減,且有80%是以加玻纖方式摻混使手,因此用量有急速上升之趨勢,其加玻纖之比例自10%至50%均有,以30%居多 4、 由于價格導向,新次料之比例約為各半使用,在摻配料方面仍以新光、長春、南亞三大廠商為主,少數為純料供應,或是廠商進口原料,自行摻配混練玻纖 PBT的市場概況-2 1、 近年來,直接由外國進口PBT-FRTP多用于電子及電氣零件,其品質要求較為嚴格,等級分類更復雜，PBT下游應用的關系產業有包括汽車、電子/電器、機械業 2、 國內PBT主要用途做為電子電器零件,如連接器、繞線軸、繼電器開關、端子等,此項應用比率高逹70%,汽車工業占12%,其它包括日光灯零件、溜冰鞋等日用品占18%,與國外應用比較相差不一,此乃因國內信息電子產叢蓬勃發展的帶動,促使國內PBT的應用比重偏重于信息電子產的零件上 應用及展望-1 1、 台灣PBT工程塑料在台灣市埸應用已有20年歷史,在與國外比較之下,約落後5年 2、 相較NYLON在國外歷史有55年之久,而進入台灣市場有25年,在與國外比較之下PBT在國內之應用顯得稍微落後 3、 PBT次料的價格相對偏低並有廣大的議價空間,在台灣島內市場交易相當普遍 4、 國內三家正規PBT生產廠商受到次料市場的影響,多年來經營相當艱困,必需朝採用連續式制程來設法降低成本,最近幾年各廠擴大產能的速度相當快 應用及展望-2 1、 2002年東京舉行的國際橡塑料大展(IPF2002)中,日本大成Plas公司發表一項令業者側目的技術,該公司已開發出鋁合金與PBT的共同成型技術,鋁合金表面經過特殊處理產生微細的凹凸表面,PBT則滲入凹洞內與鋁合金表面形成緊密的結合,最有趣的特徽是除了PBT以外任何其它塑料都無法與鋁合金緊密結合 2、 這種材料具有遮蔽電磁波及輕量化的功能,預料在兩年內將在行動電話,PDA,筆記型計算機等攜帶式電子產品發展出實際的用途 四、LCP的特性 液晶高分子(LCP)由於俱有剛直棒狀之分子可透過加工配向呈現高強度、高耐熱、低CTE、低介電常數、低吸水率及高阻氣特性和優越之電氣性能等之潛在特性,預期應用於耐熱電子材料及高性能工程塑膠基材將極具發展潛力 目前LCP依其耐熱性不同,大略分為3類型 第一型LCP之熱變形溫度(HDT)大於270℃以上 第二型LCP之HDT介於240℃～270℃之間 第三型LCP之HDT小於240℃ LCP的應用 1、 目前Connector射出用線性LCP因其剛直棒狀之分子結構呈現極低之熔融粘度及近似牛頓流體型之熔融流變行為,因此不易進行高熔融強度需求之押出成膜或吹膜等加工成形及其成膜後之雙軸延伸配向加工製程 2、 高性能LCP膜材料應用領域如下： · FPC用基材 · Interpose for TBGA & CSP · 高密度構裝用多層基板 · 高頻基板 · IC Pakaging用絕緣Film/Tape · Bear Chip及CSP貼合主機板用接著Tape · TAB用Carrier-Film及Adhensive-Film · 高耐熱工程塑膠 未來展望 1、 LCP俱有比PI膜材料有更低之吸水率/介電常數/損失係數/熱膨脹係數(CTE)及較優之尺寸安定性/阻氣性/熱傳導率,且俱可回收再利用之熱可塑材料特性,可直接進行熱貼合銅箔,而不需用Epoxy背膠,且LCP材料合成所需之單體原料,國內皆有生產,因此比PI更俱Cost面之優勢競爭力,預期應用到次世代電子構裝材料之潛力無窮 第一型LCP與高性能PI 工程塑膠性能比較 性　　　　能 LCP PI(Capton)R ‧吸水率(23℃/24hr, %) 0.04 2.9 ‧CTE (ppm/℃) 16 18 ‧介電常數(3GHz) 3.0 3.5 ‧Tg(℃) 310 ≧300 ‧楊氏係數(kgf/cm2) 700 350 ‧氧透過性(cc.20m /m2.day.atm) 0.3 490 ‧水氣透過性(g.20m /m2.day.atm) 0.13 105