材料知识2-塑胶的介绍.ppt

材料知識-2,塑膠的介紹 2005.6 編製,什麼是工程塑膠?,資格審查? 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 泛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 亞洲地區2000年泛用工程塑膠需求量達180萬公噸,預估2001年的需求量約190萬公噸,需求成長率為5.5 %左右,業界常用的工程塑膠,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 PPS 聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide,簡稱PPS)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 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 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,尼龍的特性,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 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215225C,成型時不易熱裂解,加工範圍廣 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 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 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,PA66 耐溫性較差,價格較低,機械性質較優異 PA6T 成型時排氣較差,易於過爐後起泡,機械性質較優異 PA9T 晶體結構較差,容易產生脆裂,機械性質優異 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,我國尼龍的市場概況,台灣在1988年以前,Nylon 6均需仰賴進口 1990年後國內已可生產Nylon6,但仍以進口為主 國內現已有多家廠商生產尼龍6,其中台化產能可達140,000公噸/年,生產尼龍66有晉倫尼龍和龍台兩家廠商 2001年尼龍6和尼龍66原料,由於經濟不景氣,需求大幅減少,整個尼龍產業呈現衰退景象,推估2001年尼龍6的需求量約為4萬公噸,我國尼龍的進出口產值變化 尼龍6之進口來源以德國最高佔44.69%,其次為比利時,兩者進口量即超過總進口量一半 出口地區以香港為主,印尼、韓國居次 尼龍66之進口來源以美國最高佔33.56%主要出口地區為香港、菲律賓、韓國三地,香港為最大的出口地區,佔63.6,以往韓國為最大宗出口國,2001年大量減少僅佔6.29%,尼龍的展望,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所取代 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Nylon66 工程塑膠主要製造商,(單位:千公噸),最近五年我國尼龍6進出口情形,單位：百萬元，公噸，元/公斤,資料來源：工研院經資中心(2001/11)；海關出口統計月報,最近五年我國尼龍66 進出口情形,單位：百萬元，公噸，元/公斤,資料來源：工研院經資中心(2001/11)；海關出口統計月報,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 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 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 換言之,PPS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 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 因為其黏度低,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的特性,PPS的市場概況,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 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 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1012%,然而產能過剩的現象已稍見緩和 目前PPS的全球需求量包括樹脂本身及摻合物每年約67萬公噸,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89%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,應用及展望,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 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 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 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,三種代表性PPS商品的規格 (含40%玻璃纖維),美國PPS樹脂產能統計,單位：公噸年,Chemical Economics Handbook- SRI International(June, 2002)工研院IEK-ITIS計畫(2004/10),日本PPS樹脂產能統計,單位：公噸年,Chemical Economics Handbook- SRI International(June, 2002),PBT的特性,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 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 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 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 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,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 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 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 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,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 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,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 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 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 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-2,2002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 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,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240270之間 第三型LCP之HDT小於240,LCP的應用,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 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