消费电子电器用塑料发展趋势

作者：济南兵器工业53所 张玉龙 李萍 王喜梅    来源：PT现代塑料

欢迎访问e展厅 展厅 1 工程塑料展厅 聚乙烯(PE), 聚苯乙稀PS, 聚酰亚胺PI, 聚酰胺PA, PA66塑料(尼龙), ... 消费电子产品发展趋势 目前，消费电子产品市场已经进入了后成长期，市场洗牌规模和范围扩大，市场的发展由快速增长期逐步过渡到稳定增长期，市场竞争更加残酷，市场需求的相对饱和也迫使厂商采取更加激烈的手段来保持市场份额。但与此同时，厂商的横向和纵向联合也更加紧密，著名品牌厂商都已经开始走出去，通过合作、兼并等方式获取核心技术、扩展海外市场来应对日益激烈的市场竞争。 未来5年消费电子市场将保持10.9％的增长率，到2009年我国消费电子市场规模将达到8014.9亿元，其中数码产品的复合增长率将达到30.5％，仍然是消费电子市场中增长最快的群体之一。同时，智能手机、汽车电子、数字电视等产品也迅速走向成熟，成为消费电子市场新的增长点。多媒体连接器供应市场全线看涨，A/V连接器、同轴连接器、RCA连接器、USB连接器、IEEE1394连接器、D/D Sub连接器等多媒体联接器等增长加快。随着便携式电子产品以及消费类电子产品的需求增长，国内生产的多媒体连接器的总和将占到全球市场供应的40%，产量将由2004年2亿件达到2005年的2.2亿件。 手机、数码相机、数码录像机、便携式音乐播放器、笔记本电脑、汽车导航系统中对存储卡的大量需求，将导致市场对存储卡连接器的需求出现上涨。厂商正在开发更高端型号的产品来适应从传统的PC卡、CF卡、SMM、SD卡到索尼记忆棒等各种型号的存储卡。 消费电子领域激烈的市场竞争，稳定的增长趋势必将加速产品的更新换代，由此可以预测与之相关的塑料行业必将得到一个更加稳定和快速的增长。 消费电子电器产品用塑料技术 1、电线电缆 现代社会的电线电缆担当着电力输送和信息传送的作用。电线电缆对质量有极高的要求，因为一旦电线电缆发生故障，一般都会造成重大的损失。因此必须有质量保证并要考虑着火时安全性和回收利用问题，要根据必要的功能选择所需的塑料。 （1） 电力用电线电缆 输电用地下电缆需采用良好电绝缘性和耐高温性的交联聚乙烯作绝缘主体，外包有阻燃性的聚氯乙烯（PVC）鞘，这类电线被称为CV电缆。近年来都市的电力需求大增，常用500KV超高压电力电缆，电绝缘层用交联PE，外层用PVC，绝缘端子用有机硅橡胶。对CV电缆提高质量的环节是要防止水侵入绝缘体形成水树脂老化现象，为此用金属箔和塑料复合的带子包绕构成简易的遮水电缆。住宅间的电缆用600V的电力电缆，它的绝缘体多用PVC，但目前采用非卤化材料作绝缘体的也多起来了。为了防止地下白蚁的破坏，常用尼龙PA包覆的防蚁电缆。消防设备等防火用的耐火电线采用云母填充树脂基复合材料。 （2） 通信用电线电缆 通信电缆以光纤为主，光纤由折光率不同的二层石英玻璃构成，或采用塑料光纤，光纤的外侧要有缓冲材料起保护作用以免受外力和水分的影响，这种缓冲材料主要使用紫外线固化的聚氨酯。光纤中不能有水分，否则会增加传送损失并降低强度，为此光纤中还需填入卷状的高分子吸水材料。光纤的骨架材料使用非卤性阻燃塑料。光纤之间的连接采用有微米级尺寸稳定性的工程塑料。 （3）机器用电线 对家用电器内部的电线和电源电缆的要求是阻燃性好。PVC虽然有良好的阻燃性，但其燃烧时易产生有害气体，因此非卤族阻燃塑料如交联PE、交联PU的应用在逐渐增加。一般，飞机上使用轻量又耐热的聚酰亚胺薄膜作电线绝缘体。 2、家电 （1） 小型制品 近十年来，便携式家电产品发展很快，如音响设备、汽车内用的电子设备等多采用含丁二烯单体的高抗冲性聚苯乙烯（HIPS），但从色泽、薄型化、耐冲击、耐擦伤等要求考虑，则以采用聚合物合金料的热塑性弹性体更好。 （2）大型制品 冷库、电气洗涤机、多功能彩色电视机等的外壳材料大多采用高流动性PP经气辅注射成型一次注射成大型箱体。 （3）健康型家电 在家电制品中增加对人体的健康和舒适功能可以提高其附加值，如在空气清净机和空调设备中附有空气过滤和臭氧杀菌功能；涂有含氟树脂的炊具；电气熨斗把手采用热塑性弹性体使人握起来更为舒适等都是消费者所欢迎的。家电行业引入的健康概念虽然较多，但抗菌功能是最基本的功能。抗菌塑料则是抗菌家电产品中关键的功能材料。 3、办公设备 办公机器多用热塑性塑料，这类产品的发展方向是小型、高速、高质和色彩化。其中驱动部件，例如齿轮等滑动部件大多用聚甲醛（POM），此外也用聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）和聚酰胺（PA）等具有阻燃耐热性的树脂。光学零件诸如透镜之类的材料多使用光学性好的有机玻璃（PMMA）和PC或非晶型的聚烯烃，常以注射压缩成型法加工。对于外装部件常用阻燃的ABS、PS、PC/ABS和PC/PS等合金料。结构件则多为高刚性尺寸稳定的改性聚苯醚，对于高精度零件，要确保树脂填充时的流动平衡，常用热流道模具提高其成型速度。 4、情报通讯机与OA机 ABS是情报通信和OA机领域使用的主要塑料品种，其次是PC/ABS合金。但是PC在这方面的应用量正在急剧增长，PC/ABS合金可达无卤阻燃级，以玻璃纤维和碳纤维复合的PC的应用也在增长中。 改性聚苯醚（MPPE）具有优良的尺寸稳定性，耐热性和阻燃性，而且它的比重是工程塑料中最小的，因此可以制作箱体和底盘材料。PA、PET、POM、PBT、PSF、LCP（液晶）、Acryl、PES、PEEK这十种工程塑料在通信、情报、OA机中用作齿轮、凸轮等机构零部件和线圈骨架，除了指针之类必须有导电性要求的部件用金属外，其余的零部件均可采用工程塑料。如移动式电话机、照相机、笔记本电脑等可采用PC合金料进行高精度薄壁注射成型制作它们的机壳。 5、塑料电子元器件 （1）挑战硅晶体 晶状硅芯片与非晶状硅芯片硬脆、易碎、比重大，不是大消费品选择的佳品。因此取代非晶硅是塑料芯片短期内的目标。例如，制造一面大显示屏，如采用硅材料难以成功，因为其成本太高，太重，技术难度也很大。更为糟糕的是，晶状硅材料的生产和加工难度高，费时久、耗资大，涉及到洁净室与生产线，生产成本高得难以接受。一块晶状硅片的生产成本每平方英寸就需要200美元。但利用非晶状硅可以把生产成本降低到每平方英寸为2美元，如果利用塑料半导体生产晶片．成本则可以大幅度降低到每平方英寸10美分。 （2）塑料太阳能电池 奥地利科学家在研制太阳能电池的过程中，采用了聚苯乙烯等碳氢化合物以及由纯碳组成的富勒式结构，将这些物质进行混合之后进一步制造出质地柔软的薄膜，在薄膜的两面借助蒸发工艺涂敷一层铟锡氧化物或者铝金属作为电极。由于聚苯乙烯受到光照时能够释放出电子，而富勒式结构能够吸收电子，这时，如果把灯泡连接到两个电极上，电子会流动，从而使灯泡发光。塑料太阳能电池的最大优势是制造简易，耗能极少，成本低廉，解决了长期以来硅太阳能电池制造中耗能太大以及成本高昂的瓶颈问题，因此其应用前景十分看好。美国新推出的一款导电塑料电池采用聚苯胺导电塑料制造一个电极，生产出仅有一枚硬币大小的可以重复充电的导电塑料电池。德国厂商也用导电塑料制造出仅有普通明信片一般大小的簿型挠性导电塑料电池，可作为便携式产品的电源。 （3）塑料显示器 荷兰飞利浦(Philips)公司新推出一款轻薄柔软的塑料计算机显示屏，用来制造这种显示屏的材料就是塑料基半导体。用塑料基半导体生产的轻薄显示屏容易进行拼接装配，从而容易制造出更大尺寸的显示屏幕，在户外广告领域大有用武之地。最近IBM公司宣布研制成功一种晶体管，用这种晶体管制造出来的计算机显示屏也可以像纸一样卷起来，因此其用途很广泛。这种晶体管是用一层很薄的材料制成的，它能够涂到塑料上．也可以喷射到塑料上。冷却之后，即成为一种极薄的晶体管。在室温环境里，将相应的有机物和无机物溶解在溶液中，就能直接进行喷涂，制成显示屏幕。与目前的计算机显示屏，尤其是笔记本电脑显示屏需要在高温下制造不同的是，用这种薄而软的晶体管可以在室温下制造计算机屏幕，其制造成本可以大幅度降低。 （3） 发光塑料显示屏 科学家发现置于电极间的PPV材料能够发出黄一黄绿光。最初，由于发光效率低于0.01％，其实用价值被低估了。最近，通过改进聚合物的化学成份和发光装置的结构，其效率提高到了2.5％．达到了LED水准。新款LEP显示器是在玻璃或塑料基材上添加发光聚合物薄膜，并由透明的氧化铟、锡电极包着，再在聚合物上形成铝电极。在两个电极间加上电场作用，聚合物就会发光。发光聚合物显示器质量轻、能耗低、断面薄、柔性好，在制造便携式PC机、摄像机及数字摄像机监视器、无线电话等便携装置中大有用武之地。发光聚合物也可以制造大型的电视显示器。这种显示器具有发光二极管的特性，达到能精确地显示活动图像所需要的开关速度。与发光二极管相比，它可用到大的平板显示器中，而且成本低，视角不受限制，不会出现液晶显示器中快动作时显像滞后而造成的图像模糊的问题。 （4） 塑料芯片 研究发现，塑料具有半导体特性，有机聚合物塑料也具有传输电流的功能，只是导电速度非常慢。通过在塑料内部掺入某些物质，可以改变其物理化学特性，使其有较好的导电性能。用来制造芯片的塑料与聚乙烯等传统塑料在概念上是完全不同的，它们是聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺和聚苯乙炔等结构型导电塑料。 我国消费电子电器产品用塑料的研发意见 1、低压电器产品用塑料的研发 “六五”以前，我国低压电器产品档次低，表现在个大体重，机电寿命低。所用的塑料材料档次也不高，以酚醛塑料为主，且多采用模压成型，加工效率低。后从国外引进了30多个不同牌号的塑料，其中热固性塑料20多个，工程塑料10多个，并组织开发了二种酚醛塑料(西德FSl2，FS51)，一种密胺聚酯塑料(西德Reasart公司MPV-RSL)，五种尼龙66塑料(西德BASF公司Ultrvamid A3xG5,A3XG7，A3WG7，A3K，A3SK)。此外还开发了一种脲醛塑料(Cu一9111)，一种密胺酚醛塑料(西德FSl83)。但上述国产化材料在基本性能、成型工艺性和生产稳定性方面，与国外材料相比，仍有一定距离，有待提高和稳定。 酚醛塑料仍是低压电器产品用的最多的一种热固性塑料，我国近年产量相当于日本的水平，看来数量上问题不大，关键仍是品种和质量问题。日本80％以上，欧、美60％以上的酚醛塑料是由注射成型加工的，而国内酚醛塑料注射成型所占比例不足5％，关键问题之一是国内注射酚醛塑料的水平太低。应该发展固化快、料筒中稳定性好、脱模刚性好的注射型酚醛塑料。同时发展马丁耐热温度大于150℃的耐热酚醛塑料和缺口冲击强度大于3.5kJ／m2的短玻纤增强中等强度酚醛塑料。此外还应发展阻燃性达到GL94V-0级、抗漏电起痕指数(CTI)达175～600V的阻燃级酚醛塑料。为了改善酚醛塑料的加工性，粒状（无粉末）酚醛塑料应大力开发，其技术关键是采用先进的制造技术和设备进行模塑料的生产。 目前，我国已引进了湿法不饱和聚酯模塑料(DMC和SMC)制造技术和设备，材料已达到国外先进水平，应大力开展在低压电器领域的应用推广工作。干式不饱和聚酯模塑料具有贮存期长(1年)、加工方便等优点，应重点组织攻关。 国外工程塑料已大量用于量大面广的小容量低压电器产品，取得了电器产品“轻薄短小”加工效率高的效果，是个发展方向。国内工程塑料要解决的问题很多，首先是工程塑料的品种、质量问题。由于低压电器用的工程塑料要求高、需要量相对较少，化工部门不可能及时安排开发，因此开发低压电器专用工程塑料的任务就落到用材部门的肩上。 尼龙(PA)塑料是很有前途的一类低压电器用工程塑料。价格不算高，成型性好，通过增强和填充，可以发展一系列耐热、阻燃、高强度、高韧性尼龙塑料，满足低压电器的使用要求。应在已开发的相当于BASF公司五种尼龙66的基础上，进一步改善材料外观和颜色，稳定质量，扩大应用。同时开发高韧尼龙66、增强阻燃尼龙6。长链尼龙(PA11和PA12)及高耐热尼龙(PA46)的应用开发也应作一些前期工作。 工程塑料合金的研究，我国目前处于起步阶段，应花大力气组织开发。在低压电器领域，应开展尼龙系、PBT系和PC系工程塑料合金的开发工作，PA66／PA6、PA／PBT、PA／PC、PA／弹性体、PBT／弹性体、PBT／聚酚氧、PC／ABS、PC／PBT、PC／PMMA应该是优先考虑的塑料合金组合。 2、家用电器产品用塑料的研发 家用电器所用塑料几乎包括塑料的所有类别。在通用塑料中，ABS、HIPS多用作外壳材料，PP多用作结构零件。通用工程塑料中，PA和PBT用的较多，除作结构零件外还用作绝缘件。特种工程塑料，如PSU和PPS，因价格较高，只用于要求高耐热的特殊用途，热固性塑料中，酚醛塑料和氨基塑料在电热电器和电器附件中大量采用。 由于家用电器产品是我国近十多年才获得迅速发展的产品，对材料的选择和应用经常出现不够合理的情况，或大材小用，把高档材料用于要求不高的场合；或小材大用，把普通材料用于要求很高的场合。特别是后者，厂家为了降低生产成本，将耐热性差、不阻燃的材料用于对耐热性和阻燃性要求较高场合，所得到的产品质量差、安全性低，易导致人身伤亡和财产受损。 酚醛塑料在家用电器产品中仍然大量使用，应开发冰箱热保护器及起动器用以及电机整流子用高性能酚醛塑料。这类材料流动性好、固化快(传递成型1min内固化)、耐热性高、阻燃性达UL94V一0级、CTI指数达600V。 应开发相当于日本松下电器公司“全彩”电器附件用的高性能脲醛塑料。这类材料除有良好的外观颜色、突出的机电性能、防潮性能和耐嵌件性外，还具有突出的阻燃性、耐电弧性和耐漏迹性，此外，材料还具有良好的成型加工性。 ABS和PP塑料，应在通用品级的基础上开发增强、填充、阻燃、抗漏迹、抗静电和电磁波屏蔽品级。矿物填充PP的性能较PP有大幅度提高，成本还可降低，并可用于小型家电产品的壳体。 工程塑料中，应重点发展家电产品适用的PA塑料和PBT塑料。这类材料国内基础较好，价格不算太高，在开发阻燃、抗漏迹、增强、填充品级的基础上，大力开展应用工作。阻燃增强PA66长期使用湿度可达110℃～120℃，可用于大电流不碎插头以及工业用电器附件，效果很好。 高性能特殊工程塑料因价格高，国外主要用于高科技领域。但这类材料国外也用于家电产品，如PPS国外用于微波炉和温控器等产品，应有针对性地重点开展高性能特殊工程塑料在家电产品上的应用工作。 3、其他电器产品用塑料的研发 高压电器产品和电机产品一直是使用塑料较少的领域，但国外对于上述产品的特殊用途塑料(专用塑料)也很注重开发应用。 在油浸变压器方面，分接开关已采用多种塑料作为绝缘结构材料。由于分接开关是在变压器油中工作的，除要求有良好的机械、电气性能之外，还要求有较好的耐油性。玻纤增强酚醛塑料耐热性高，尺寸稳定性好，耐油性优良，不足之处是成型加工性较差。工程塑料中，玻纤增强尼龙(PA6、PA66、PA1010)由于电气、机械性能好、耐热性较高、与变压器油相容性好、且加工效率高，已用于分接开关产品。变压器的角环、垫块等绝缘件一直采用绝缘纸(板)成型件，但这类绝缘件制造工艺繁杂，且消耗木材资源，用塑料取代绝缘纸(板)是个方向，国外已成功地采用价格低廉的聚丙烯(PP)塑料制作变压器角环与垫块。 在国内，已研制成功玻纤增强改性PA66，成功地用于分接开关产品。今后，应开展玻纤增强尼龙在105℃变压器油中的老化研究，同时尽量降低材料成本。另外，用尼龙材料制作角环和垫块也进行了一些尝试，但由于我国塑料材料的价格相对偏高，角环和垫块绝缘件采用尼龙塑料还不经济，无法与绝缘纸(板)相竞争。随着塑料工业的发展和低价塑料的使用，变压器产品将越来越多地使用塑料材料。 高压开关中，对于少油断路器用的隔弧片材料，国外经历了红钢纸(反白)、三聚氰氨玻纤塑料、不饱和聚酯塑料(DMC，SMC)的发展过程。目前，我国也开始采用耐弧性好、阻燃耐热、强度高、尺寸稳定、收缩率小、与矿物油相容性好的不饱和聚酯塑料。 红钢纸作为产气灭弧材料，一直广泛用于高压熔断器产品。但由于红钢纸材料吸水性大、尺寸稳定性差、不耐老化，所以应开发多种合成高分子材料作为产气灭弧材科。 国外高压开关柜产品，轻巧美观，除设计先进外，还采用许多新型高分子材料作绝缘结构件，如芳香尼龙拉杆、聚甲醛灭弧栅片支架、三聚氰胺纸层压板和SMC耐弧隔板、硅橡胶绝缘套、环氧绝缘子、环氧绝缘套管和绝缘拉杆等，对上述材料，除要求有良好的机械、电气性能外，有些材料还应满足特殊要求。如尼龙拉杆和边缘子材料应有足够的耐SF6性能。对这类专用材料，需要开展应用开发工作。 电机用塑料，对于分马力电机、中小型电机和大电机的场合，情况不尽相同。国外某些电机(如电动工具)已形成塑壳化和定于塑封化(如一些分马力电机)趋势，对减少加工、减轻重量、节约金属和提高安全特性均有明显效果。为了提高某些电机转子绕组的强度，还采用树脂浇注绝缘方式。国内已对增强PA、PBT和PPO等材料作为电动工具外壳材料做了一些应用对比工作，应在此基础上，进行系统的开发研究工作，研制出一些性能好，价格相宜的电机塑壳材料，同时积极组织开展定子塑封材料和装备的开发。 中小型电机风扇叶用工程塑料取代金属材料，可取得节约金属、减少加工、提高效率、降低产品总成本的显著效果，有很大的经济效益和社会效益。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (8/1/2005)