低吸濕長碳鏈尼龍材料開發與應用(下)

 

刊登日期:2025/1/5
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何柏賢、陳孟歆、邱仁軍、劉弘仁、高信敬 / 工研院材化所
 
傳統脂肪族尼龍6及尼龍66工程塑膠的單體充沛、價格便宜,因而被廣泛使用;惟其單體主鏈短,尼龍吸水率過高,終端產品在常溫常濕的情境使用下,會造成尺寸安定性變差,剛性也有隨著尼龍材料吸濕而逐漸下降的問題。因此,業界推出了導入長碳鏈單體進行改質的低吸濕長碳鏈尼龍工程塑膠,如:PA612、PA1012、PA9T、PA10T、PA11T、PA12等,對於尼龍材料吸濕性改善尤顯重要。本文將簡介低吸濕長碳鏈尼龍工程塑膠的材料開發、市場與應用,預期對國內尼龍產業有所助益。
 
【內文精選】
半芳香族長碳鏈尼龍
1. 特性探討
(9) 耐焊錫溫度
半芳香尼龍工程塑膠很多應用於各種表面實裝(Surface Mounting Technology; SMT)電子連接器產品,需耐高溫無鉛銲錫之構裝製程,因此所需連接器用工程塑膠的耐溫/尺寸安定性尤其重要。圖十一為不同耐溫尼龍工程塑膠經高溫高濕老化處理後,再進行260˚C的IR-reflow回焊爐處理後的之試片表面外觀,明顯可看出PA46、PA6T都浮現起泡的不良品外觀,因為PA6T本質會有高溫釋氣(Out-gassing)問題,而PA9T的表面仍維持平整穩定的外觀,此乃因PA9T的低吸濕與高耐溫的特色展現,適合應用於耐溫SMT產品。
 
2. 應用探討
根據日本富士經濟資料,全球泛用工程塑膠級PA6、PA66之需求(2019年)各約為138萬噸、131萬噸,而半芳族與長碳鏈尼龍工程塑膠(包括:PA610、PA612、PA11、PA12、PAMXD6、PA46、PA6T、PA9T、PA10T、PA11T等)之年總需求則超過25萬噸市場規模,可見低吸濕尼龍材料係所有工程塑膠材料中需求較大宗者。PA9T發展歷史僅約20年,相較所有尼龍材料是發展歷史較短的耐溫尼龍工程塑膠,但全球2020年PA9T需求已達1.8萬噸,其中以中國需求最多達8,300噸、日本約3,900噸,其他亞太包括台灣/韓國等需求約4,700噸。值得注意的是PA9T年成長率高,到了2025年全球需求預估達27,430噸,其中以中國需求最大,達13,600噸。另外Kuraray公司於泰國投資設廠之年產能1.3萬噸的PA9T,已於2022年量產,獲益於區域全面經濟夥伴協定(RCEP),未來PA9T在東協諸國的汽車與電子產業應用之需求可望大幅成長。此外,PA9T最大的應用領域為電子/電氣應用(如:LED照明、LED反射座、SMT連接器、光學鏡頭模組黑件等部品),占比高達72.4%;而汽車產業應用(如:引擎室耐溫部件、輕量化阻氣耐蝕塑膠油管等)約占27.6%。
 
(1) 電子/電氣應用
台灣是光學領域的生產大國,尤其在LED產業或是手機鏡頭產業。由於PA9T具備低吸濕、耐高溫、快速結晶、尺寸安定性佳等性質,使PA9T成為最適合應用於光學領域的高階尼龍材料。
 
LED射出導線架之杯狀反射座,所使用的耐溫/低吸濕/高尺寸安定之PA9T,可承受265˚C、10秒當下被表面焊接(Surface Mount)於電路板上的加工製程,且擁有耐熱、耐久性、高反射率及尺寸安定性的可靠度。在LED照明與顯示等反射構裝部件的應用上,由於PA9T工程塑膠材料優越之耐溫/低吸濕/高尺寸安定/耐光/耐UV/表面光澤優等特性,非常適用於LED照明反射座材料、LED背光模組,可取代傳統不可回收之熱固性BMC (Bulk Molding Compound)汽車頭燈電鍍反射座部件等。
 
圖十二、PA9T在LED射出導線架反射座的應用
圖十二、PA9T在LED射出導線架反射座的應用
 
另外, 耐溫/ 低吸濕/ 高尺寸安定之PA9T工程塑膠材料,也可應用到相機/手機鏡頭模組之黑件部品(如:鏡座(Lens Holder)、VCM音圈馬達鏡頭承載器(Lens Carrier)、鏡頭支架(Lens Bracket))等精密光學構裝加工部件。根據日本MIRU調查結果,光學鏡頭組(手機+數位相機)構裝用黑件(含鏡筒(Barrel)、鏡座、鏡頭支架,以及自動對焦音圈馬達鏡頭承載器等部件)所使用之黑色工程塑料,於2018年之市場需求約34,500噸(包括PA9T/GF、PPS/GF、LCP/GF、PC/GF等高尺寸精度耐溫工程塑膠),產值約658億日圓。未來由於多鏡頭/多Lens透鏡/大光圈等手機鏡頭的需求持續成長,光學鏡頭模組構裝用耐溫/低吸濕/高尺寸安定之PA9T黑件部品材料需求也將大幅成長。
 
(2) 汽車產業應用
另外一類長碳鏈尼龍(PA12、PA612、PA9T)的大宗應用為汽車產業應用(如:引擎室耐溫部件、輕量化阻氣耐蝕塑膠油管等),約占27.6%。由於脂肪族PA6與PA612尼龍主鏈有更好的Entanglement效應,使其具有更佳的阻氣性,而高結晶性的PA9T具有較佳的阻水/阻油特性,因此,將PA9T作為內層+PA12作為外層的共押出複合管非常適合作為汽車燃油管件(圖十七),兩者也同時兼具耐熱特性。電動車需求持續成長,然而高電壓輸出的電池模組容易產生高熱,若電池模組的散熱不良會影響電池壽命,而高阻水性的長碳鏈尼龍PA9T非常適用於高電壓輸出電動車之電池模組的散熱管路部件 ---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
圖十七 高阻水/高阻氣之PA12/PA9T共押出油管應用於汽車燃油輸送管路示意圖
圖十七 高阻水/高阻氣之PA12/PA9T共押出油管應用於汽車燃油輸送管路示意圖
 
★本文節錄自《工業材料雜誌》457期,更多資料請見下方附檔。

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