PC+PMMA为什么会浴火重生?
来源 : 公开网络
作者 : 公开网络
时间 : 2021-01-08


由于5G时代,手机后盖去金属化趋势加快,塑胶外壳再次成为了研究热点。如何寻找一种材料,在中低端市场代替金属,并且通过表面处理,可制得视觉上玻璃化的外壳是亟待解决的问题。PC+PMMA复合板材具有玻璃般的透明性,一下子就被推向了风口。

如何解决复合板材的表面硬度和耐磨性,纹理设计和3D高压成型将是这次重生的关键。

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什么是PC+PMMA复合板材?

PC/PMMA复合板材是一种光学级板材,自带通透的仿玻璃效果。它是通过PMMA和PC共挤制得(区别于塑料合金),包括PMMA层和PC层。其表面硬度可达亚克力加硬后的表面硬度,又具有PC片材的韧性,能耐受更大强度的冲击,十分适合作为手机外壳的材质。经过纹理制作,能得到很好的流光炫彩的玻璃效果。但要区别于塑料合金和高压复合板,板材的结构类似于复合共挤薄。



在实际制品应用过程中,由于PMMA具有较好的硬度和耐磨性,一般用于外部,而PC具有良好的韧性,所以作为内层。

目前PC/PMMA复合板有二层板和三层板两种规格。

二层板:厚度在0.05mm-2mm,如手机盖板、装饰件、手机保护套等。

三层板:厚度在0.5mm-2.0mm,如车载面板等。

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PC/PMMA 复合板是如何成型的?

PC/PMMA复合板的概念类似于复合薄膜,而不是当前较热的塑料合金。复合薄膜的成型方法主要有三种:

1、先后挤出复合:是指在薄膜的加工过程中,将一种原料挤出到另外一种已经成型的薄膜上面,制得的复合材料。

2、粘合型:是指将已制成的两种不同种类的薄膜通过粘合剂复合在一起,制得的复合材料。

3、共挤复合薄膜:共挤复合是采用数台挤出机将不同种类的树脂同时挤入到一个复合模头中,各层树脂在模头内或外汇合形成一体,挤出复合后经冷却定型即成为复合薄膜。



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PC/PMMA复合板材的的加硬处理

目前,表面改性技术一般有三种方式:

a) 表面涂层硬度改性,既是我们宗所周知的表面硬化处理(Hardcoating)。就是在板材表面涂上一层硬度高的材料,从而提高板材表面的硬度,可涂敷的材料通常有:无机物、有机硅涂料、氟碳漆、多官能团丙烯酸酯及少量热固性树脂等。表面涂层根据结合的性质又分为物理涂层和化学涂层两种,物理涂层与板材结合只是利用薄膜与板材之间的范德华力,而化学涂层中的分子可以和板材侧链中的官能团发生交联产生结合力更加强大的化学键力,因而化学涂层的附着力较高,更牢靠。

b) 表面镀膜处理(一般采用PVD方式完成);主要是通过PVD方式在板材表面镀上金属、金属氧化物或者其他无机物。

c) 表面化学处理,主要利用激光等手段使得板材表面结构发生变化。

尽管改变塑胶板材表面硬度的方法多种多样,但在对板材进行表面加硬处理后,仍然保留塑料板材原来的光学性能等优势的话,以有机硅为主要成分,掺杂少量金属氧化物及其他助剂的表面涂层工艺是目前PMMA/PC板材的表面硬化首选工艺。

缺点:其表面易沾油污表面经硬化后非为光滑而有毛细现象,且表面印刷油膜不易附着,成品不良率也随之升高。

在亚克力表面通过喷淋设备喷淋硬化液,经烘烤得到表面硬化层。

工艺异常及分析

现象:露底

原因:操作方法不当;吐出量过低;局部漏喷;漆膜喷涂过薄;

解决方法规范喷涂方法,如调整喷涂距离、扇面宽度、走枪速度等;增加吐出量;防止漏喷现象发生;增加漆膜厚度。

现象:表面流痕

原因:涂料黏度过低;吐出量(也称出漆量)过大;漆膜喷涂过厚;施工环境温度太低,空气湿度较大;喷涂方法不当;

解决方法:添加增稠剂增加涂料黏度;降低吐出量;提高生产速度,降低吐出量;提高喷漆室温度,降低喷漆室湿度;规范喷涂方法;增加空气压力。



一般不采用喷淋。原因在于: 

(1) 淋涂比喷淋更节省材料,可以降低原材料带来的成本;

(2)避免空气当中的灰尘颗粒沾污;

(3)喷涂需要加很多助剂来达到很好的流平性,但是助剂会影响透光度;

(4)淋涂可以减少有机物挥发,减少对工作环境的污染。

材料方面,多采用进口的复合纳米材料。由于成本较高,所以需要降低涂层的厚度,这样单位成本对比之前不会上升太多的。原料采用进口的复合纳米材料,既能达到卓越的耐磨性,又可保持长效防指纹和疏水疏油。同时抗老化性能良好。即可替代传统的加硬工艺,又可在性能上有一个质的提升。

硬度测试

复合板材在经过表面加硬处理后,表面硬度可达亚克力加硬后的表面硬度(4H),又具有PC片材的韧性,能耐受更大强度的冲击。耐磨性可做到0000钢丝绒1公斤力,1cm*1cm磨头,5000次完好,基本可以符合手机等电子产品对于材质性能的要求。

但是,国内在测试表面硬度的时候,会采用中华铅笔和三菱铅笔两种方法。所以,严格按照标准进行测试,塑料硬度在2H就可以满足使用条件。如果按照6H的说法,虽然表面硬度可以达到,但是抗跌落性能很差。需要同时考虑硬度和跌落性能。



涂层性能要求

此外,和传统的加硬处理相比,现在的表面处理不仅可以提高板材的表面硬度和耐磨性,而且还可以同时做到防指纹、抗菌(涂层中含有纳米银)、保护等作用。但是,就目前的技术而言,表面处理的涂层需要同时达到一下各种性能要求是很难做到的:

  • 高耐磨性;

  • 高硬度;

  • 初始高疏水角;

  • 磨后高疏水角;

  • 一定的折弯性;

  • 防爆抗摔;

  • 耐水、耐酸碱。

其中,疏水角的表观性能就是防指纹。疏水角越高,防指纹效果越好。在测试涂层性能时,需要同时测试初始疏水角(新处理好的)和磨后疏水角。可以用来更好的验证涂层在使用过后的保持性。但是角度并不是唯一的指标,还需要看耐磨性。如果涂层的耐磨性不好,性能很快很消失。也就是说的磨后疏水角。



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目前常用的纹理制作技术

实现精密纹理的模具技术主要有4种:

钢板模具技术:用于早期的UV成型按键,2006年由日本人最先发明,但由韩国在2007年开始应用。

电铸模具技术:比钢板模具更加精细,可以做出一些CD纹路的线条。

PR (Photo Resist) 模具技术:通过曝光显影方式可以做出微米级别的光栅纹理。

机械模具技术:不仅线条更精细,而且可以将多种效果叠加在一起,实现多重叠加的特殊外观效果。

目前,钢板模具和电铸模具这两种工艺很难做出比较精细化的纹理,基本已经淘汰。而机械模具技术目前国内还无法进行制作,所以当下国内最常用的是RP模具技术,也就是我们经常提及的UV纹理转印。



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复合板材纹理制作工艺

在玻璃上实现纹理设计目前有两种方法:

GMD:无菲林片,玻璃上面直接做UV转印/拉丝。

GMF:OCA菲林<防爆膜>上面做UV转印/拉丝。

复合板材纹理制作和玻璃纹理制作大致相同。目前常用的工艺方法就是通过UV转印,将模具上的微纳米结构纹理通过UV方式直接转印到复合板材上,实现纹理设计的光学效果。

但是,对比玻璃而言,最大的问题在于进行纹理设计后的复合板材,需要在高温高压下进行3D成型,这样原先设计好纹理结构,在高压成型过程中会被拉伸,这样纹理机构遭到一定程度的破坏,所以实际产品的视觉效果和设计效果有差别,但是玻璃就不会。

此外,如果将纹理直接转印到玻璃上,由于玻璃的光学性能远高于复合板材,所以纹理效果上玻璃更强一点。
纹理设计和制作是3D复合手机盖板加工过程中最为核心的工序,是复合板视觉玻璃化的关键。但是,目前国内企业大多还在应用PR光学模具,对于更为精密、复杂的机械加工模具技术国内还不够成熟,在产品设计制作上无法和韩国相比。



综上所述,我们看到PMMA/PC复合板具有这样的优势: 

1)通过纹理设计和3D高压成型可以实现3D玻璃效果,成本低,同时具有塑料的抗摔性,也是目前对3D玻璃后盖最有实力的竞争者。

2)PMMA/PC复合板材,符合无线充电无屏蔽的需要。PMMA提供较高的硬度和耐候性,PC抗冲性能和成型性能好,两种材料共挤后大大拓展了电池盖板的新应用。

3)PMMA/PC复合板材经过表面处理,成品硬度能达到4H/1000G,耐磨性#0000钢丝绒1KG负重,5000次来回,满足手机后盖的测试要求。其实,总结来说就是低成本、高颜值、易加工。毕竟塑胶材质采用IMD/IML工艺还是必将成熟的,而PC也是电子产品领域主要的应用材料。

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5G手机外壳为何要运用

PMMA/PC复合板?

对于5G手机盖板来说,玻璃和陶瓷将是非金属时代5G手机后盖的主流。5G时代,5G手机曲面后盖目前非金属方案如下: 

玻璃材质:3D玻璃或者2.5D玻璃,装饰工艺有Deco-film方案,也有喷涂方案;

塑料方案:有复合板材方案,IML/IMT方案。

陶瓷方案:有unibody背盖中框一体陶瓷,也有只是陶瓷背盖。

“性价比”是复合板材相比其他非金属材料的独特优势

PC/PMMA复合板材在外观以及产品特性上能够做到媲美玻璃的效果。

复合板材通过纹理设计和3D高压成型可以实现3D玻璃效果,不同的纹路设计和颜色效果均可满足,相比玻璃能够做到更加轻薄。

同时复合板材相比普通塑料具备更强的抗摔性和耐磨性,符合手机后盖的测试标准。

成本优势是复合板材相比玻璃和陶瓷等非金属材料的重要优势。

复合板材的空气高压成型工艺其实源自玻璃热弯工艺,是先将标准的复合塑料板材如PMMA+PC放到3D模腔内进行加热后,再加压成型冷却,最后通过各种表面加硬与装饰加工处理后,利用CNC精密成型制成成品。

从效果上而言,该工艺通过空气分段高压的形式将薄膜压在模具上成型,产品PMMA层外表面受到的压力均匀一致,能保证对光学膜材表面的零伤害,最后采用的CNC精密成型使得产品精度大大提升,效果可以比肩3D玻璃。

但从成本上而言,虽然其和玻璃热弯工艺类似,但流程更短,设备投资更小,成本也更加低廉(根据新材料在线®给出的参考价格,5.5英寸的手机后盖,复合板材单位成本最低,为30元;陶瓷材料最贵,为前者价格的6倍以上,达200元;金属和玻璃材料成本介于其间,分别是50元和100元)。



复合板材凭借逼近玻璃等材料的性能以及更为低廉成本的“性价比”优势,符合现阶段品牌厂商在中低端市场上控制成本的需求,预计未来将在中低端市场继续打开空间,抢占金属机身份额。

目前部分品牌已经推出了针对中低端市场的相关机型,如华为畅享9plus、OPPOA3、vivoZ1、OPPOrealme1、联想K5PLAY等。

而从整个智能手机的市场数据来看,中低端市场仍然是智能手机“量能”的重要细分市场,复合板材行业成长可期。

根据IDC的数据,2017年全球和中国智能手机在0-150美元的价位段的占比分别为35%和27%,而在150-300美元的价位段的占比则分别为29%和32%,虽然近年来占比略有下滑,但中低端市场仍旧占据了智能手机战场的“半壁江山”(以出货量来计算,2017年全球和中国300美元以下的机型分别为9.4亿部和2.6亿部),复合板材在智能手机市场的成长值得期待。

乱花渐欲迷人眼,面对5G手机盖板的硬度问题,你是不是已经有些不知所措,别着急,我们邀请硬化行业的专家在10月28日为大家彻彻底底的解一下,保证你受益匪浅!