聚碳酸酯在消费电子产品方面的应用分析 -内参

聚碳酸酯在消费电子产品方面的应用分析

来源:专家库 作者: 叶丹 2021-12-01 09:59

聚碳酸酯材料在较宽的温、湿度范围内具有良好而恒定的电绝缘性,是一种优良的绝缘材料。再加上优异的抗冲击性、良好阻燃性和尺寸稳定性,使聚碳酸酯及其合金材料成为应用于电子电气产品的理想材料。

针对电子电气领域的应用特点,通常需要对聚碳酸酯材料进行针对性的阻燃、增韧、增强、填充、耐候以及合金化改性(PC/ABSPC/ASAPC/PBTPC/PETPC/TPU等),以满足电子电气产品的特殊应用需求。

国内市场上应用于电子电气领域的聚碳酸酯树脂在70万吨/年以上,大量的聚碳酸酯树脂及改性材料被广泛应用于电子电气产品的外壳、机体、支架等部件。


手机行业应用

作为最重要的移动终端,手机在人们生活中扮演着越来越重要的作用。

聚碳酸酯及其合金材料在手机终端上的典型应用包括:手机电池后盖、手机中框、手机前框以及锂电池的电池框等。

由于聚碳酸酯易上色,抗冲击性能优异,且易于成型,在手机电池后盖上得到广泛应用。手机电池后盖通常采用经过超韧改性的聚碳酸酯材料,可满足手机后盖高强度、高韧性的需求,同时具备金属或陶瓷材料所没有的简便的加工性和易装饰性。从最初的诺基亚、摩托罗拉等手机产品逐步开始使用聚碳酸酯及其合金材料作为外壳,到苹果Iphone 5C,聚碳酸酯系列材料见证了手机产品的整个发展过程。

近几年来,用户对于应用质感方面的需求提升,金属、陶瓷和玻璃等材料逐渐成为主流,但在功能机领域仍广泛使用聚碳酸酯材料作为外壳。手机中框也是聚碳酸酯在手机上的主要应用之一,因对尺寸稳定性要求高,又有刚性需求,主要使用玻璃纤维(GF)增强聚碳酸酯材料。改性企业需要针对玻纤加入后造成的韧性下降等进行改性,同时要考虑喷涂性能和耐溶剂要求。此外,客户也很关注低温跌落性能。

在手机市场方面,功能机以聚碳酸酯和PC/ABS材料为主,年用量在1万吨左右;中低端智能机以聚碳酸酯和PC+GF材料为主,年用量在4.5万吨左右;高端智能机以PC+GF材料为主,年用量在0.8万吨左右。整体估算手机行业聚碳酸酯树脂的年消费量在5万吨左右。

未来,随着人们生活水平的提高,功能机数量还会逐渐下降,智能机持续增长,智能机每台使用塑料50-70克,比功能机高30-40克,而且塑料用量还在不断增加。虽然金属化外壳会减少一部分塑料用量,但塑料的总用量仍在不断増加,凭借自身特点,聚碳酸酯在手机行业的应用仍然有巨大空间。

电脑行业应用

笔记本电脑和电脑显示器外壳也是聚碳酸酯的一个重要应用,相比铝合金碳纤维复合材料等,聚碳酸酯及其合金材料具有成型方便、高韧性,价格便宜等优势。

由于笔记本电脑具有结构紧凑、移动性强,使用环境多变等特点,因此要求机壳材料具备机械强度高、耐刮擦、耐高低温冲击、耐热、阻燃、轻量化、易加工成型、可电镀和造价低等特点。现有商品化的笔记本电脑塑料质外壳多使用聚碳酸酯改性材料,如玻璃纤维改性聚碳酸酯、碳纤维改性聚碳酸酯、矿粉增强改性PC/ABS合金和碳纤维改性PC/ABS合金等。

与手机及其他电子设备一样,笔记本电脑外壳材料的一项重要测试指标是跌落测试。整机跌落测试是模拟不同的棱、角、面,在不同的高度跌落,从而了解产品受损情况,评估产品包装组件在跌落时所能承受的跌落高度及耐冲击强度。整机跌落标准的测试方法在国家标准中有明确规定,参见《电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Ed:自由跌落》(GB/T 2423.8-1995)。一角、三边、六面的整机跌落测试要求笔记本电脑外壳选择的聚碳酸酯及其合金材料具有优异的刚韧平衡性能。

笔记本电脑外壳用途的改性聚碳酸酯还需满足阻燃要求,部分制品需具有较高的硬度或较好的耐刮擦性能等,目前每年用于笔记本电脑市场的改性聚碳酸酯(主要为阻燃PC/ABS合金)超过5万吨。

电源及周边行业应用

电源及周边行业包含了手机充电器、笔记本电源适配器、充电宝、开关插座、插排、UPS不断电供应系统等应用。

由于这些产品通常会带电工作,其外壳或内部绝缘部件普遍需要良好的外观性能、机械性能、电性能和耐热性能。聚碳酸酯材料由于具有优异的抗冲性、耐热性、光泽度、阻燃性和绝缘效果,主要应用于制件的外壳和内部绝缘件上。

当然,每个行业根据具体制件应用环境和行业需求的不同,对聚碳酸酯材料也提出更加具体的性能需求。下面将重点介绍充电器和充电宝两个细分行业中聚碳酸酯的应用。

(1)充电器应用

充电器通常是指一种为蓄电设备提供能量的装置,充电器在各个领域有着广泛的应用,如手机、平板电脑、数码相机、路由器、消防灯等,其中尤以手机充电器应用最多。

随着智能手机的快速发展,全球手机产量以较快的速度增长。通常一部手机出货即意味着需要搭配至少一个手机充电器,聚碳酸酯材料通常被用于制作充电器外壳,一个充电器外壳的单重在15-20克(根据不同形状重量略有不同,随着快速充电技术的发展,充电器外壳有增大趋势),可以大概估算出全球手机充电器对聚碳酸酯材料的需求量大概在2万-3万吨,再加上其他电子设备的充电器需求,预计全球用于充电器的聚碳酸酯材料总消费量在3万吨以上。

手机作为人体直接接触的电子设备对安全性能具有很高的要求,同样,对手机充电器也有很高的安全检验要求,这就对作为充电器外壳材料的聚碳酸酯提出了一定的要求。目前对于手机充电器产品的认证多而繁杂,主要包括CCC认证、CE安全认证、UL认证、ROHS(电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令)等。

行业内不同厂家对手机充电器的检测要求会根据具体结构和功能的不同以及不同厂家对制件安全要求理解和管控标准的不同而略有差异,下表为手机充电器行业内部比较通用的检测项目。这些检测标准中不仅包含了对内部电子元器件的安全标准,同时也对外壳材料提出了一定的要求:

(a)由于充电器在使用过程中存在跌落风险,测试中便对制件材料的韧性提出了一定的要求。


(b)由于充电器在工作过程中会有电流经过内部电子元器件,产生大量的热量,因此对材料有一定的耐热要求,行业内要求通过125°C的球压测试,球压痕最外沿直径不能超过2mm,甚至部分手机终端厂商对球压痕的要求已经提高到不超过1.5mm。

(c)由于内部电子组件会通电流,充电器外壳需要有一定的阻燃能力,目前行业内需要外壳达到UL941.5mmV-0、1.0mmV-1,并且这些外壳通常需采用环保阻燃材料。

(d)目前市场上的手机充电器通常为镜面高光泽外观,对材料的光泽度和成型性能也提出了一定的要求。根据这些具体要求,充电器行业外壳材料的选材大部分都是环保阻燃聚碳酸酯材料。国内充电器的生产厂商主要集中在华南地区,主要包括雅达电子、赛尔康、比亚迪实业、飞毛腿电子、东渡电子、冠德科技等。

基于当前智能手机的发展,快速充电技术的革新以及终端市场使用者群体对充电器外观和性能要求的提高,充电器行业对外壳用聚碳酸酯材料也提出了一些新的要求,如充电器的轻量化和薄壁化要求材料具有更好的薄壁阻燃等级;内部电路的集成化要求材料具有更高的耐热性能;白色充电器长期使用外观一致性要求材料具有更高的耐候效果以及要求材料对护手霜、汗渍等化学物质具有更好的耐化学性能。

(2)充电宝应用

近年来,智能手机、平板电脑等便携移动式消费类电子产品在国内快速兴起,而由于这类数码电子产品功能的增加和电池自身体积及容量的限制,造成了其续航能力严重不足,因此衍生出了可为智能移动产品续航的充电宝。充电宝需求快速增长的同时也给相关的塑料行业带来了机会。

在充电宝行业中塑料材质主要用来制作外壳和电路板骨架,其对树脂材料的要求主要集中在阻燃、抗跌落和成型等方面。外壳材料中,低端品牌多使用ABS,中高端品牌则多使用聚碳酸酯及其合金材料。尤其是在轻量化、薄壁化和美观化的趋势下,聚碳酸酯材料的薄壁无卤阻燃和高冲击性能受到了越来越多的青睐。

目前,小米、罗马仕、海陆通、魅族、海翼等品牌中都广泛使用了聚碳酸酯及其合金材料作为外壳和内部骨架,在共享充电宝品牌中同样也有广泛应用。相信在未来发展过程中,聚碳酸酯因其优异的力学性能、耐热性能、薄壁阻燃性能和外观性能会受到越来越多的关注。

消费电子市场应用展望

聚碳酸酯材料在未来消费电子市场的应用中存在很多共性需求。如移动终端产品轻薄化不断加强,对聚碳酸酯材料的流动性、强度与韧性的均衡性、耐化学品性以及抗翘曲性等也提出了更高的要求。移动终端产品的超薄化和多孔位设计,对于聚碳酸酯材料的残余应力消除也是一个重要挑战。因此,针对移动终端产品的特殊应用要求,对高流动改性的增韧聚碳酸酯、增强改性聚碳酸酯、耐化学品性改性的聚碳酸酯以及聚碳酸酯合金材料等的系统性研究是聚碳酸酯材料在该领域应用研究的重要方向。

新兴技术方面,随着手机信号逐渐朝高频、超高频方向发展,低介电常数和低介质损耗的高频高速基材作为移动终端产品的外壳材料是未来的一个重要发展趋势,改性聚碳酸酯材料可以作为FPC和金属中框手机天线的理想替代材料。

随着5G时代的来临,手机后盖去金属化和陶瓷化趋势也在加快,例如PC+PMMA复合板材就兼具了聚碳酸酯高强度、高耐热的特点和PMMA光泽、高表面硬度的优势,可采用各种高压和高温的模内装饰(IMD)和模内嵌片(FIM)成型工艺,适合于制成具有各种绚丽效果的超薄外壳产品。

随着移动互联网、物联网、人工智能等技术的进一步渗透和发展,聚碳酸酯在消费电子行业中的用量也将逐步增长。


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