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5G创新未来,国内塑料企业如何顺势抢占一杯羹?

来源:国际塑料商情 发布时间:2020-09-02 751
化工塑料橡胶塑料加工设备模具及零件材料处理、计量与检测原料及混合物添加剂及母粒其他增强塑料 会客室
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——访中兴通讯股份有限公司工业研究部总工程师刘哲

今年7月3日,国际标准组织3GPP宣布R16标准冻结,这标志着5G第一个演进版本标准的完成。


标准发布后,3GPPSA2工作组副主席、中国移动研究院主任研究员孙滔在接受《人民邮电》报记者采访时曾对此做出进一步解读:“R15标准是定义5G的第一个版本,给出了5G的基础架构,主要关注5G最初期、最迫切的应用,即eMBB(增强移动宽带)和uRLLC(高可靠低时延通信)中最基本的功能。但R16标准的一个主要特征就是除了eMBB之外,对uRLLC、mMTC(大连接物联网)这两类重要的场景和能力进行了补足,把ITU提出的5G‘能力三角’的另两个角补充完整。”


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也就是说,R16标准重点聚焦的高可靠和低时延通信是5G最具特色的应用场景,基本涵盖了5G领域最具含金量的行业应用,包括自动驾驶、工业互联网、远程医疗等。R16标准可以支持更高要求的高可靠和低时延通信能力,能支持工业互联网高时延敏感网络需求以及面向车联网应用的能力,这些都将加速工业互联网和车联网的爆发,以及AR、VR等业务的发展。


谈及国内致力于5G技术研究的本土企业,中兴通讯在行业内鼎鼎有名——它是全球5G技术研究和标准制定的主要参与者和贡献者之一。根据IPlytics2020年2月的报告,中兴通讯向ETSI披露了5G标准必要专利2561族,位列全球前三。5G将会带给人类怎样的改变?在实际生产过程中,5G应用更青睐哪些塑料材料?国内外5G用塑料材料的差异在哪里?6G技术距离我们还有多遥远?本期会客室独家对话中兴通讯股份有限公司工艺研究部总工程师刘哲,并就相关主题做深入分享。


智慧生活、智慧生产、智慧城市——5G应用带来超多想象空间


如果让消费者在一秒钟内说出5G的一种应用,“手机”是一个很容易蹦出的词。2019年6月6日,中国5G商用元年正式开启,同年,中兴Axon10Pro、华为Mate20X5G版、iQooPro5G版等纷纷上市销售。根据前瞻产业研究院的整理报告显示,随着国内5G网络布局的加快,国内5G智能手机在2019年Q3、Q4和2020年Q1这三个季度出货量累计突破2380万台,且平均单价也在迅速下探。


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在今年初,由寰球汽车集团联合沃尔沃汽车举办的“2020中国5G智能汽车高峰论坛”上,“重新定义5G时代车连网基因”正是此次论坛的重要宣传语。据悉,沃尔沃与联通已经成功开展基于5GV2Xi车路协同技术的自动代客泊车项目。该预研项目通过在现有的沃尔沃量产车上加装5G和V2X通讯设备,综合V2N(车对云端),V2I(车对基础设施),V2V(车对车)等技术以及车辆现有的感知设备,实现了特定场景(试车场)下的无人代客泊车。


2018年12月18日,解放军总医院第一医学中心肝胆外二科主任刘荣主刀,利用5G网络,远程无线操控机器人床旁系统,为50公里外福建医科大学孟超肝胆医院动物实验室内一只实验猪进行肝小叶切除手术。手术全程约60min,术区无显性失血,这是世界首次5G远程外科手术测试。2019年3月16日,解放军总医院第一医学中心神经外科与位于三亚的解放军总医院海南医院神经外科,通过5G网络,跨越近3000公里,成功实施帕金森病“脑起搏器”植入术,这是全国首例基于5G的远程人体手术。


5G在消费电子、汽车、医疗等各个领域的应用案例每天都在更新。“5G应用有太多的想象空间,而且只要你敢想。”刘哲在谈到5G的应用场景时,不再是简单的介绍,而更像是描绘一幅未来科技生活的美好画卷。


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“总结来说,eMBB(增强移动宽带)、mMTC(大连接物联网)和uRLLC(高可靠低时延通信)是5G技术的三大应用场景。同时,不同应用场景所需技术实现难度也不一样。”刘哲举例介绍说,GB/秒移动通信、3D/超高清视频、高清语音、云办公等主要属于eMBB应用场景;智能家居、M2M、智慧城市等主要属于mMTC应用场景;自动驾驶、高可靠应用、远程医疗等主要属于uRLLC应用场景。其中,L5级别智能驾驶、精尖远程手术操控等所需技术实现难度巨大。


看好国内5G塑料材料商发展


技术再难,也难不倒人类勇攀技术高峰的决心。这其中,橡塑材料对5G应用的支持功不可没。


和4G相比,5G技术的优点为极高的速率、极低的时延和极大的连接。相应地,5G的高频特性更需要低介电损耗材料,高密度设计则需要高导热材料,同时对高电磁屏蔽等材料也有新的要求。那么,在实际生产过程中,中兴通讯在选择合适的塑料原材料时会考虑哪些重要的方面呢?刘哲在接受采访时分享了他的看法。首先,材料需要满足对信号(包括发出信号和接受信号)高速、低损耗的处理要求。通常来说,信号的传输路径都比较复杂,因而信号传输容易受损,到接收端时,信号往往因为衰减达不到要求而变成模糊的无用信号。第二,材料需要满足批量生产等工程应用的要求。以PTFE材料为例,单就材料性能来说,它虽具备低损耗的优点,但是在生产PCB板时,因材料和铜箔的结合力差,制备多层难度大,所以在5G大批量工程生产应用上难度就较大,最终导致材料厂家选用碳氢类材料作替代,但也带来了损耗因子Df的牺牲。第三,材料在使用过程中要满足可靠性的要求,尤其在产品使用寿命期间,性能要保持稳定,温漂、湿漂需满足要求。第四,材料需要有高性价比,以普及市场应用。第五,材料需要对人体和环境友好。


由于LCP的介电常数Dk在2.9-3.1之间,可以在几乎全射频范围内保持恒定,且其传输损耗可达到PI(聚酰亚胺)的十分之一,能有效降低信号损失、提高通信质量,有望取代PI成为5G时代天线的核心材料。刘哲介绍说,LCP产业分布密集性高,且美日台厂商目前占据LCP材料产业主导地位,中国目前大部分依赖日美进口。


例如,LCP树脂龙头企业塞拉尼斯在经过多年发展后,其LCP系列产品已经涵盖Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型,Zenite®LCP具有极强的耐高温性而且其整体表现和注塑生产能力也十分出色;Vectra®LCP液晶聚合物则是一种高结晶,热致(熔融取向)热塑性塑料,因此,在薄壁制件的应用上,具有异常高的精度、尺寸稳定性好,以及优异的高温性能和抗化学性。日本宝理塑料在上世纪九十年代初就开始生产LCP聚合物,经过多年发展,其开发的LAPEROSLCP系列产品不仅具有数量级的机械强度、高弹性模量,还具有优异的振动吸收性能,堪称下一代的超级工程塑料。


当然,国内企业也不甘示弱,LCP生产企业以生益科技、立讯精密为主。此外,金发科技新LCP装置也于近期投产,预计总产能将达到6000吨;普利特专注于LCP注塑级树脂、薄膜级树脂和纺丝级树脂三大方向;宁波聚嘉新材LCP主导产品包括LDS系列LCP树脂、超高模量系列LCP树脂和SMT系列树脂,年产能可达150吨……


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以PCB关键材料——高频板材为例,高频基材是高频通信行业发展的基础材料,尤其在5G时代,传统基材会使信号的传输损耗较大而产生“失真”现象,而高频PCB恰能满足低传输损失、低传输延迟,以及高特性阻抗的精度控制。目前,PTFE/陶瓷填料、烃类热/陶瓷材料、热性工程塑料/陶瓷填料、LCP为当前主要商业化基材。刘哲介绍说,现阶段该技术的行业标杆企业主要分布在国外,如,松下集团。“国内相关企业也一直在努力进步。代表性企业包括生益科技、山东金宝、华正新材等。”


当然,5G关键电子材料还包括滤波器关键材料微波介质陶瓷、天线材料MPI、天线振子、第三代半导体材料、手机金属中框、手机3D玻璃、手机陶瓷外壳、手机电磁屏蔽材料、手机导热散热材料和手机PC/PMMA复合材料等。刘哲介绍说,目前高端纳米级复合粉体生产商现主要集中在日本和欧美等地区,国内发展较为成熟的产业是陶瓷加工,代表性企业主要有风华高科、潮州三环、蓝思科技、顺络电子、长盈精密等;美、日、欧等国都在积极进行SiC(碳化硅)的战略部署,而近年来英诺赛科、世界先进、中车时代电气等多家中国企业也在大力布局第三代半导体晶圆生产线;未来3-5年,3D玻璃产业将进入高速发展期,国内的胜利精密、欧菲科技、比亚迪等上市公司纷纷扩充产能,以期占据更多的市场份额;近年来,复合板材手机盖板已经成为新的研究热点,PC/PMMA复合板材具有可塑性高、硬度高、耐刮性好、不易破碎等性能优势,在5G时代有望成为中低端机型主流的后盖方案……


谈及国内外5G材料的差异,刘哲首先分析了国内相关材料的不足。例如,国内企业生产的材料在介电常数、介电损耗等性能指标表现上和国外先进同类产业还有一些差距。此外,国外领先企业生产的材料的批量稳定性更具优势。


当然,在5G市场需求的拉动下,国内材料企业一直都在奋勇直追。尤其在今年,我国正加快推进“新型基础设施建设(简称‘新基建’)”,这个涉及材料商、设备商、多终端应用商的完整生态网络预计在2025年带动5G全产业链累计超5万亿元的相关投资。“虽然目前我国5G材料技术的发展还处在‘卡脖子’的尴尬阶段,但是,很肯定地说,国内技术赶超国外是一个大趋势。”刘哲如此看好国内5G塑料材料业的发展,其底气就是源于对中华民族自强不息的高贵品质的自信。“现在有很多国内企业已经意识到了和国外同行的差距到底在哪里,也一直在借鉴国外的优秀技术,配合产业升级,国内5G材料业的发展指日可待。”刘哲说道。


5G来了,6G还会远吗?


早在2018年,工信部部长苗圩就表示我国已经着手研究6G。和5G相比,6G网络的“致密化”程度也将达到前所未有的水平。根据2019年全球首届6G峰会发布的《6G无线智能无处不在的关键驱动与研究挑战》白皮书显示,6G技术将采用太赫兹(THz)频段通信,网络容量大幅提升;峰值传输速度达到100Gbps–1Tbps,而5G仅为10Gpbs;室内定位精度达到厘米级,相比5G提高10倍;通信时延0.1毫秒,是5G的十分一;连接设备密度达到每立方米过百个,拥有超高密度;中断机率小于百万分之一,拥有超高可靠性。


举一个简单的例子来说,5G网络下,人们可以在3秒内下载完一部1GB的高清视频。但是在6G时代,1秒下载10部同类型高清视频不是梦!不仅如此,在未来,6G还将导致新型显示、传感成像设备等技术发展,到时候手机很可能变成轻量的眼镜,借由6G实现虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)合并为一的延展现实(XR,ExtendedReality)服务。通过快捷的网络和虚拟现实技术的发展,6G还能应用在远程教育、远程办公、高级三维模拟等领域。预计到2030年,6G技术可以实现商用。


“4G改变人类生活,5G实现万物互联,6G则能实现万物智联。”刘哲告诉我们,中兴通讯已经在两年前开始着手6G相关技术的研发工作,包括相关材料、电路、算法等内容,希望能为未来6G标准的制定和技术实现提供帮助。当然,除了中兴通讯,我国还有东南大学、电子科大等高校,中国信通院、中科院等科研院所,以及华为、移动、电信、联通等相关企业组成的联合小组,一起致力于6G技术的前期研发工作。


目前,全球还有韩国、日本、欧盟、美国等国家和地区相继启动6G技术的前期研究。韩国2020年1月宣布,将于2028年在全球率先实现6G商用,政府和企业为此将共同投资9760亿韩元。日本于2019年设立“后5G信息通信系统和半导体开发项目”,用于研发后5G通信系统及先进半导体技术。美国联邦通信委员会(FCC)2019年3月宣布开放面向未来6G网络服务的太赫兹频段(95GHz-3THz),用于6G技术试验使用,美国国防高级研究计划局(DARPA)与高校合作开展太赫兹、存储、计算等基础技术研究。芬兰奥卢大学成立6GFlagship组,研究面向2030年的6G愿景、挑战及关键技术,并与IEEE合作,于2019和2020年连续举办两届全球6G峰会,与全球学术界、产业界共同探讨未来6G发展……


刘哲表示,现阶段的6G技术还存在不少难题,最难解决的是尚未成熟的太赫兹通信技术,这对集成电子、新材料等技术都是不小的挑战。


展望


就在今年,CES在其官网发布的展会总结中明确指出:AI(人工智能)和5G将定义创新未来。这个“未来世界”是全人类跨越时间沧海,经过不懈努力构建的。“5G的浪潮正促使国内企业的进步和科技的发展,在这个浪潮中,谁掉队谁就会淘汰。”刘哲说道。


未来已来,你准备好了吗?


(致谢:文中引用了来自网络、机构等相关图片和数据,在此一并致谢!)


iV2X是将车辆与一切事物相连接的新一代信息通信技术。其中,V代表车辆,X代表任何与车交互信息的对象,包括车、人、交通路侧基础设施和网络。V2X是通过专用通信协议和频谱实现一定区域内、一定条件下的数据互通。换言之,V2X下的车辆就像一台“手机”,将能够与用户、其它手机、电视等播放设备、甚至运营商等多方面进行互联。





文/詹曲


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