從4G通訊到5G通訊的轉變，並不僅僅是技術的升級，更是生活方式的質變。由於5G信號波長較長、穿透力弱，金屬外殼會產生屏蔽干擾，因此5G通訊的實現將涉及多領域材料的替換，其中包括塑料領域的支持。5G改性塑料須具備低介電、低吸濕、高阻燃等特性，因此，改性塑料是5G技術實現必需的核心材料。PC是聚碳酸酯的簡稱，是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，其具有高強度及彈性係數、高衝擊強度、使用溫度範圍廣、耐候性佳、絕緣性能強等優點，可廣泛應用於5G基站和智能終端。本文將簡單說明阻燃PC複材於天線基站的應用與發展。
【內文精選】
前 言
高分子材料(如圖一)是由許多的小分子以共價鍵(Covalent Bond)結合而成，在適當的加工後，能用最低的原料成本，製出具有最優異物理性質與機械性質的高分子產品，像是輪胎、混紡衣物、精密的電子材料等，都與高分子材料密不可分。但大部分的高分子材料卻有易燃的特性，一旦發生猛烈的火災，人民的生命與財產都會受到嚴重損害。在台灣，電氣問題是火災發生主因，約占火災案件總數的30%。當物體燃燒時，會由熱源先加熱物質表面，溫度升高後物質會分解、釋出可燃性氣體，這些氣體和空氣中的氧氣結合達到燃點、著火，熱能又會回到物質表面繼續使物質釋出可燃性氣體，持續燃燒。阻燃(Flame Retardant)的目的，就是阻斷這個循環，只要物質不是直接接觸到火源就可以自然熄滅、抑制或抵禦火災的蔓延，來增加逃生時間。添加適當的阻燃劑能改善高分子材料的易燃現象，讓高分子材料有效降低火場中的濃煙、毒氣與高溫，避免火勢擴大，降低傷亡與損失。
阻燃劑是能夠提高易燃或者可燃物的難燃性、自熄性或消煙性的一種助劑，在現實工業生產中，它是各種精細化學品和合成材料的主要助劑之一。阻燃劑的阻燃機理一般可分為：吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應、不燃氣體的窒息作用等(如圖二)。一般來說，上述若干機理共同作用，阻燃效果更為明顯，因此現實中的阻燃劑常是多種阻燃物質的混合體。
圖二、燃燒的機制
5G設備市場規模
談5G之前，我們先從一個基礎的電磁波原理說起，也就是：光速＝波長×頻率(如圖五)。當光速固定在每秒30萬公里時，波長愈長，每秒震動的次數也就愈少。換言之，電磁波的「波長」與「頻率」 是互為反比的。就物理特性而言，頻率愈高，波長愈短，「穿透能力」也就愈強，這就像是醫院裡X射線的頻率極高，波長僅 0.01~10奈米，可用來穿透身體的部分組織一樣。然而，高頻信號的指向性也較強，它們遇到障礙物會想直接穿過去，而不是繞過去(也就是「繞射能力」差)，因此其穿透障礙物所帶來的能量消耗，也會使傳輸距離變短。5G信號波長較長、穿透力弱，金屬外殼會產生屏蔽干擾，因此5G通訊(5th Generation Wireless Systems)的實現必將涉及到多領域材料的更新換代，其中包括塑料領域的支持。
5G基站市場規模以及材料需求
5G基站的大量增設，將同步帶動PCB、天線振子及天線罩等應用材料的大幅增長，而5G改性塑料可廣泛應用於5G基站和智能終端中，可以說改性塑料是5G技術實現必需的核心材料，同時憑著其獨特性能優勢，如低介電、高導熱和電磁屏蔽等，將在5G領域獲得發展紅利(如圖九)。
圖九、改性塑料應用於5G基站和智能手機
阻燃PC的發展與困難點
聚碳酸酯(PC)具有優良的透明性、抗衝擊性、尺寸穩定性、耐熱性、耐勞性、電絕緣性、光學性等特點，可廣泛應用在電子電器、汽車、醫療器械、光學透鏡、建材、包裝、航空航天等領域，是全球五大工程塑料中，產量增長最快的產品類型。聚碳酸酯本身具備一定的阻燃性(3.0 mm UL94-V2)，但難以滿足對阻燃要求較高的下游行業需求，必須進行阻燃改性。中國是全球最大的聚碳酸酯生產國，2013~ 2019年其聚碳酸酯產量年均複合增長率超過20%，行業發展勢頭強勁，帶動PC阻燃劑市場…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》414期，更多資料請見下方附檔。