工程塑料的未来发展趋势

　　绿色/无铅制程--环境要求(八大重金属、非卤素耐燃剂)

 

　　工业界正在推广所谓的无铅制程，也称为”绿色(Green)”，电子产品正积极执行；时间回溯到1990年代美国开始进行制定，日本因为市场的冲击也积极的制定。欧洲共同体(EC)预计在2006年的元月份开始执行，因此对于半导体封装必须改变。

 

　　在制定绿色制程，有两个重要的课题，对于产品及回收组件与零组件是否确切达到要求。

 

　　(一)首先铅(Pb)必须由封装材、主机板与锡球移除，对于芯片组的焊锡材质也需要吻合无铅要求。

 

　　(二)对于组成部分的原料与材质其阻燃剂需排除PBB和PBDE以及它们的衍生物。至于对于卤素阻燃剂的协同剂—三氧化二锑(Sb2O3)并未特别要求。

禁止物质部份表列 重金属 Limit 铅(Lead) Pb 90mg/kg 汞(Mercury)Hg 60mg/kg 镉(Cadmium) Cd 75mg/kg 六价钴(Hexavalent Chromium)Cr+6 60mg/kg 锑(Antimony) Sb 60mg/kg 砷(Arsenic) As 25mg/kg 钡(Barium) Ba 1000mg/kg 硒(Selenium) Se 500mg/kg 破坏环境的化学品 多溴联苯(poly brominated bisphenyls) PBB 多溴二苯醚(poly brominated diphenyl ethers) PBDE 多氯三联苯(poly chlorinate Triphenyl) PCT

　　以上物质最大的容许量尚未完全了解。目前有市场上以日本Sony公司的要求最严苛。它对于塑料原料的要求为:不可含以下物质:镉和镉化物、PBB类和PBDE、氯化石爉、多氯联苯(PCB)类、多氯化萘类、有机锡化物(三丁基锡或三苯基锡类)、石棉、含氮化合物。

 

　　针对重金属的检测，国内通常委托SGS(台湾检验科技股份有限公司)检测，检测的项目有:

 

　　jEN 71 part 3:1994—重金属(见上表)

 

　　kEN 1122:2001—镉含量(强制分离)

 

　　那么如果执行绿色制成对于塑料的要求为何? 最大的问题有两个:

 

　　原先电子产业的封装回焊的锡膏是63Sn-Pb(熔点183℃)，为了吻合绿色制程，必须将铅剔除。目前所发展的Sn-Ag(熔点221℃)、Sn-Ag-Cu(熔点216℃)、Sn-Ag-Bi(熔点216℃)必须以250℃～260℃的制程温度，因此塑料材料必须选用热变形温度超过270℃以上的材质，方能生产使用。

 

　　由于目前电子产品常要求必须以阻燃级的塑料材料生产，而市场上用量最大、阻燃效果最好、成本最低的是卤素阻燃剂(以溴系与氯系为主)，但是绿色制程要求不含卤素阻燃级，对于塑料材料的选用造成瓶颈。

 

　　纳米复合材料

 

　　纳米(nanometer, nm)是一种长度单位，指的是10-9m。因为在纳米尺寸之下，因为材料的体积变小、总表面积非常大，使的材料的特性发生了非常大的变化。纳米塑料复合材是复合材料中分散相尺寸中有一维尺寸是在100nm以下。

 

　　自从日本丰田公司开发出尼龙6/黏土(clay)纳米复合材料，全世界的工程塑料厂家无不积极投入研发，以下是整理出一些目前纳米塑料材料研发的方向。

产　　　　品	添　加　的　纳　米　材　料
高性能耐燃塑料	纳米级硅酸盐
超高流动性高分子量塑料	纳米级碳酸钙
亲水性塑料	纳米级二氧化硅
高介电系数塑料	纳米级钛酸钡
抗菌除臭塑料	纳米级氧化铝、纳米级氧化钛、纳米级氧化锌纳米级氧化锆
UV/IR屏遮塑料	纳米级氧化铝
电磁波遮蔽塑料	纳米级铁氧体、纳米级导电高分子、纳米碳管
半导体塑料	纳米级CdS 或CdSe
磁性塑料	纳米级磁性粉(氧化铁)
耐磨耗塑料	纳米级氧化硅
导电塑料	纳米级金属粉、纳米级导电高分子、纳米级氧化锌、纳米级氧化锡、纳米级碘化铜、纳米级碳粉

　　合胶(Alloy)

 

　　由于各种塑料材料各有其特殊的性质，因此为了因应各种不同的需求，高分子研究人员利用混合(blend)与混炼(compound)的方法将二种或二种以上塑料合在一起形成合胶(Alloy)。以下将目前市面上最常使用的合胶其特性与应用说明。

合胶类别	特 性	应 用
ABS/Nylon	耐热、抗化学性、流动性、低温耐冲击。	汽车车身护板、引擎室部品、连接器
ABS/PVC	增加耐燃性，增加耐冲击	家电用品、事务机器
ABS/PC	改善低温冲击、厚壁耐冲击、增加ABS的耐热与尺寸安定性	事务机器外壳、医疗器材设备、电子零组件、汽车头灯、小家电
ABS/SMA	耐热性、流动性、热安定性、涂装	电子零件、小家电零组件
PPO/PS	改善PPO加工性、降低吸湿性、耐冲击性。	汽车、仪表板、连接器、轮圈盖、事务机器、通信器材、医疗器材、计算机外壳。
PC/PBT	耐溶剂、耐候龟裂、尺寸安定性与耐冲击	汽车保险杆
PC/PET	耐溶剂、耐候龟裂、尺寸安定性与耐冲击	医疗器材、汽车零件、保险杆、雪靴。
PC/PE	减少PC的缺口效应，增加厚壁冲击性	电子电机绝缘零件、仪器外罩
PC/ASA	ASA耐候与热安定性比ABS更好，、耐应力龟裂	事务机器外壳、医疗器材设备、电子零组件、汽车头灯、小家电
PC/PU	低温冲击性、耐磨耗、挺性佳	汽车保险杆、叶子板、运动器材
PC/SMA	高HDT、低温耐冲击、加工性	汽车零件、烹烤器具、照相机零件、食品设备
PBT & PET /Elastomer	改善PBT与PET的冲击强度	汽车零组件、防撞板、叶子板、运动器材
PET/PMMA	增加PET的结晶速率
PET/Polysulfone	低收缩、尺寸安定性较佳、耐化学性	电子连接器
PPO/PBT	耐热性、尺寸安定性、加工性、表面光泽高、耐化学性
PBT/ABS	流动性、耐冲击、翘曲度	记忆卡、IC卡
PA/Elastomer	改善低温冲击、提高气密性	运动器材、事务机械、汽车零组件、电子电器
PA/PTFE	增加润滑性、减少磨耗	齿轮
PPO/PA	高温尺寸安定性、低吸水性、耐化学性	汽车保险杆、轮圈盖

　　关于合胶的发展在近十年发展的非常迅速，以上仅就最常见的材料做一简单的说明。

 

　　生医材料

 

　　近年来生医方面的发展突飞猛进，高分子的研究人员无不将试者将各种塑料应用于生医材料方面，最常用于医疗用的塑料: PU、硅胶、氟塑料(PTFE)、压克力(PMMA)、尼龙(PA)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等塑料材料。

 

　　以下简单说明在各生医应用领域中所使用的塑料材料。

 

　　纤维包膜—硅胶、压克力(PMMA)、聚砜、聚氨酯(PU)

 

　　人工骨—UHMWPE、PA、 PMMA、PU、PTFE

 

　　人工脏器、人造皮肤、人工肌腱、人工指关节、人工心肺管薄膜、人工肾脏导管…等—硅胶、PU

 

　　牙科—PMMA、PA、硅胶