高信敬 / 工研院材化所
由於傳統脂肪族尼龍6及66等工程塑膠的吸水率太高，造成應用產品的尺寸安定性變差且耐久剛性也逐漸下降的潛在問題。因此，透過對苯二甲酸單體來改質的半芳香族耐溫/低吸濕之尼龍工程塑膠，如：PA4T、PA6T、PA9T、PA10T、PA11T等商品料的推出也層出不窮。本文將簡介耐溫/低吸濕之PA9T工程塑膠的合成、市場與應用，期能對國內相關業界有所助益。
【內文精選】
前 言
自1939年杜邦開發尼龍66纖維材料量產化，至今已有60多年的歷史。由於傳統脂肪族尼龍6及66等工程塑膠的吸水率太高，造成應用產品的尺寸安定性(Dimensional Stability)變差且耐久剛性也逐漸下降的潛在問題，產業應用因而有所受限。爰此，透過對苯二甲酸來改質的半芳香族耐溫/低吸濕尼龍工程塑膠如：PA4T、PA6T、PA9T、PA10T、PA11T等商品料的推出也層出不窮(表一)，據此無縫接軌應用於電子、電氣、汽車等產業高性能化部件應用出海口。
再者，由於台灣之尼龍6聚合總產能約102萬噸多(表二)，居全球第二。面對中國CPL生產過剩(>600萬噸)，與東協RCEP關稅障礙影響，及最近中國對台灣之PA6課徵高額反傾銷稅等，造成台灣尼龍產業面臨紅海市場的困境，亟需朝高端高值化PA工程塑膠材料發展轉型。因此發展耐溫/低吸濕之PA9T工程塑膠材料，來支援台灣目前居全球生產王國之光學鏡頭/連接器/LED/汽車零組件/塑件等產品所需之高階耐溫/低吸濕PA9T高性能工程塑膠材料，據此建構台灣PA9T上/中/下游一條龍之Total-solution的產業鏈及建構新價值鏈。
PA9T結構設計/合成與性能
半芳香族尼龍工程塑膠為由不同碳鏈數二胺與對苯二甲酸(TPA)聚縮合而得之耐溫/低吸濕PA工程塑膠，其熔點變化情形如圖一所示，可看出純PA6T的Tm最高，但相對也不好加工(超過熱裂解溫度)，C6~C12之間的偶數碳基PA比奇數碳基PA的熔點高；隨著二胺碳鏈增長的柔軟性提升，Tm也漸下降，而PA9T的熔點位階正好介於之間，使其成為可兼顧易熔融加工與耐溫特色的高性能長碳鏈耐溫/低吸濕PA工程塑膠材料，PA9T的吸水率是PA46的1/10、PA6T的1/3，在多種產業的實用性評估上，均不會發生因吸水導致的尺寸變化、物性下降或膨脹起泡等異常現象，同時在高溫環境中有更安全的耐久穩定性。所以作為後起之秀的PA9T一問世就顯示出強勁的市場潛力，主要應用在電子電氣、汽車及纖維等三個產業領域。由於壬二胺的生產技術一直被Kuraray所壟斷，全球PA9T的聚合廠只有Kuraray一家，因此價格也較高。
圖三、由C4丁二烯料源研製壬二胺單體到最終PA9T高分子的合成路徑圖
工程塑膠的應用場域有很多需要耐UV特性，如LED照明/顯示用反射鏡等。PA9T本質上耐UV，且優於PA6T。圖十一為不同耐溫PA系工程塑膠在高溫與耐UV老化處理後的試片表面光澤反射度，顯示經環脂族CHDA環己烷二元酸改質，PA9T/PA9C的耐UV甚佳，而PA6T在高溫與耐UV老化處理後的試片表面光澤反射度較差。
因PA9T快速結晶與高結晶度之特色，造成分子鏈排列的緊密規則性，據此不易受外來低分子化學溶劑侵入而澎潤。因而展現PA9T耐化學藥品的侵蝕性甚佳，如表五所示，PA9T的耐化學藥品性優於PA6T、PA46及PA66。
耐溫尼龍工程塑膠應用於各種表面實裝SMT電子連接器產品，需要耐高溫無鉛銲錫之構裝製程，因此連接器用工程塑膠所需的耐溫/尺寸安定性尤其重要。圖十二為不同耐溫系PA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Out-gasing問題，而PA9T的表面仍維持平整穩定的外觀，乃因PA9T的低吸濕與高耐溫的特色展現，非常適用於耐溫SMT無鉛銲錫連接器產品。
圖十二、不同耐溫PA系工程塑膠經高溫高濕老化處理，再進行260˚C的IR Reflow回焊爐處理後的試片表面外觀
盱衡以上PA9T的性能展現，綜整如表八，可看出PA9T有超越其他耐溫PA46及PA6T的優點，PA9T擁有最低吸濕、最高耐熱與最快結晶速度之成型加工性的利基點。再綜整耐溫PA46、PA6T與LCP、PPS等高階工程塑膠產業應用於耐溫SMT連接器所存在的材料潛在問題點…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》419期，更多資料請見下方附檔。
★相關閱讀：低吸溼/高熔點尼龍PA9T工程塑膠與應用(下)