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消费电子行业需求升级,材料如何 突破同质化?

来源:国际塑料商情     发布时间:2022-08-02
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消费电子(Consumer electro-nics),是指供消费者在日常生活中使用的电子产品,从智能手机到笔记本电脑和平板电脑,从数码相机到游戏机,消费电子产品早已渗透到我们生活的方方面面。2016年以来,蓝牙耳机、蓝牙音箱、可穿戴设备、无人机、VR/AR(虚拟现实/增强现实)设备等新一代消费电子产品如雨后春笋般出现。随着智能家居和新能源汽车技术的迅猛发展,智能家电和汽车电子等产品也在成为新兴的消费类电子产品。相关数据显示,全球消费电子市场体量目前已达8000亿美元,今后还将进一步扩张。


花样繁多的消费电子产品.jpg


与冰箱、空调等家电产品相比,消费电子产品的重要区别是:其所含科技的更新更为快速,产品迭代和消费者换新的周期要短得多,平均为半年到两年。作为全球更新最快的产品,消费电子行业也面临着前所未有的转型升级压力。

高性能塑料不可或缺


近年来,尽管各种消费电子设备的功能越来越多样和强大,但体型却变得越发的小巧、轻薄化和时尚化。与此同时,消费者也对产品的使用寿命、轻量化、安全性、设计灵活性、性能和能源效率等提出了更高的要求。在消费潮流下,如何设计和制造出兼具性能与美观、安全与耐用、时尚与环保的产品,是消费电子行业面临的一大挑战。这除了需要创新设计与工艺技术、升级核心软硬件之外,无疑对材料也提出更高的要求,而高性能塑料就是消费电子产品中不可或缺的一种材料,一直扮演着相当重要的角色,为消费电子产品的外观、功能与体验等创新设计提供了更多可能。

5G时代,塑料推波助澜


2019年6月,中国正式进入了5G商用时代。作为新一代移动通信技术,5G网络具有速率极高、容量超大、时延极低的三大特征。毋庸置疑,5G对社会各行各业都将产生深刻深远的影响,尤其是与普通消费者生活密切相关的以智能手机、可穿戴设备为代表的消费电子产业。材料是感知未来世界和实现颠覆性创新的源泉,5G要求消费电子设备具备散热更强大、体型更小等特点,这将推动手机天线材料、手机外壳材料、电磁屏蔽材料、导热散热材料等多领域材料的更新换代。综合来看,5G需要低介电、高导热和高电磁屏蔽的高分子材料。


◆ 手机天线材料
天线是手机中用于接收和发射信号的辐射单元,是影响手机信号的最关键的组件之一。目前主流的天线材料聚酰亚胺(PI)无法满足5G通讯信号低损耗传输的需求,MPI(改性聚酰亚胺)、LCP(液晶聚合物)有望成为5G时代天线材料的主流选择。


PI的改性主要包括主链共聚、引入扭曲和非共平面结构、共混和复合改性等方法。虽然MPI在传输损耗、尺寸稳定性和可弯折性等方面并不如LCP,但其通过改良氟化物配方,其效能也可得到提升,而且其成本只有LCP的70%。MPI是非结晶材料,在10-15GHz的超高频甚至极高频的信号处理上的表现有望媲美LCP天线,且MPI价格适中,故在5G发展前期,MPI有望替代部分PI,成为天线的重要过渡材料。

Realme C25手机后壳使用SABIC的LNP™ELCRES™EXL7414共聚物树脂.jpg

Realme C25手机后壳使用SABIC的LNP™ELCRES™EXL7414共聚物树脂


在4G及以前的时代,消费电子产品中一般使用PI(聚酰亚胺)或MPI(改性聚酰亚胺)材料作为电路绝缘基材,但随着5G技术的落地,PI或MPI材料在高频信号传输上的短板非常明显,其最大的问题就是射频信号损耗大,并且随着传输频率提高,信号损耗将越来越大,直接影响通讯质量。是否有低损耗、3D可折弯、高介电常数的材料,直接影响着手机数据传输的速度。LCP(液晶聚合物)是一种新型热塑性有机材料,在微波/毫米波频段内介电常数低、损耗小,同时LCP材料灵活性和强度也比PI材料更好,可以大大提高消费电子产品空间利用效率,因此LCP天线被认为有望替代传统PI天线材料,成为下一代主流天线。


◆ 手机后壳材料
5G技术的高传输率将对智能手机的设计产生重大影响。5G所采用的MIMO(大规模输入输出)技术使得手机中需要更多的空间来部署大量天线,金属材料却会对信号产生干扰,5G手机后壳的“去金属化”已经势不可挡。


手机制造商逐渐改用非金属材料(陶瓷、玻璃或塑料等),其中玻璃多为高端机所用。而塑料后盖因成本低廉、性价比高,符合5G手机初期降低成本、占领市场的需求,成为中低端智能手机机身的重要选择。目前,塑料的“手感”和“颜值”正逐步向高端的3D玻璃靠拢,且加工生产流程远少于玻璃,正逐步摆脱“低端”的刻板印象,市场占有率有望进一步提升。


轻、薄,一直是消费电子行业,尤其是移动智能设备如手机、笔记本电脑等产品不懈追求的目标。5G的来临要求消费电子具有更加强大的热处理能力和更加轻薄化的机身,塑料材料在消费电子轻薄化中扮演着重要角色。


国产智能手机制造商Realme的C25智能手机配备快速充电、高功率6000mAH锂离子电池。为了容纳强大的电池,该公司使用了由沙特基础工业公司(SABIC)的LNP™ ELCRES™ EXL7414共聚物树脂制成的阻燃注塑外壳,仅0.6 毫米厚度,并符合UL 94 V0 阻燃标准。这种树脂可应用于超薄壁组件中,满足目前消费电子产品越来越薄的设计理念,节省设备重量和空间。还为薄壁成型提供了出色的流动性,抗跌落损坏的延展性,良好的耐化学性,耐紫外线固化涂料。


◆ 电磁屏蔽材料
从材料角度突破同质化竞争,已成为一些消费类电子产品生产企业的“制胜法宝”。关于5G领域的材料,现在迫切需要解决的就是功能材料,包括电子屏蔽材料和散热材料。


随着5G的到来,高频率的引入、硬件零部件的升级以及联网设备及天线数量的成倍增长,使得设备与设备之间及设备本身内部的电磁干扰无处不在,电磁干扰和电磁辐射对电子设备的危害也日益严重,电磁屏蔽材料的作用愈发明显。电磁屏蔽是利用屏蔽材料阻隔或衰减被屏蔽区域与外界的电磁能量传播,其原理是屏蔽材料对电磁波进行反射和吸收。


目前,广泛应用于消费电子领域的电磁屏蔽材料主要以聚合物或导电高分子类为主,有导电塑料器件、导电硅胶等。电磁屏蔽电子材料领先者汉高公司在5G时代的通讯设备、智能手机等领域都有布局,包括芯片级电磁干扰(EMI)屏蔽解决方案。该解决方案包括在封装体内提供分腔式的屏蔽保护和在封装表面提供覆膜式屏蔽保护,从而实现更小、更轻薄的电子产品设计。


◆ 导热散热材料
5G时代消费电子产品后壳非金属化之后,其功率增大了,过热风险也在持续提升,整个的散热体系都需要改变。导热材料和解决方案主要用于有效解决消费电子设备的热管理难题,用于发热源和散热器的接触接口之间,通过使用导热系数远高于空气的热接口材料,提高电子元器件的散热效率,让散热不再是烦恼。


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带集成显示器的 Nighthawk 演示器


芯片是消费电子产品的核心部件,随着芯片的高度集成,功率越来越大,芯片散热效果越显重要。陶氏(Dow)公司新推出了全新5G设备导热材料——陶熙TM(DOWSILTM)TC-4040点胶式导热凝胶。该产品达到UL 94 V-0的标准,可自动点胶,是一种可轻松点胶的热接口材料(TIM),以代替预制的导热垫片进行热传递、应力消除和减震,也可以作为间隙填缝料,具有可重工的性能。此外,产品还支持丝网印刷。据悉,产品在经历了1000小时150℃老化测试、-45℃至-125℃条件下1000次循环冲击测试、1000小时双85高温高湿老化测试等之后,依然坚挺。另外,室温下有长达6个月的保质期。总之,它既可说明5G设备高效导热,又能实现高效组装,降低生产成本。


在众多导热方式中,石墨原料是近几年消费性电子产品中的主流应用,因为石墨具有耐高温、热膨胀系数小、良好的导热导电性、化学性稳定、可塑性大等特点。而合成石墨材料/高导热石墨膜是利用石墨的优异导热特性所开发的新型散热材料。


顺应5G发展的趋势,不断提升塑料产品的性能,生产出性能独特且质量优异的材料以符合5G产业建设的需求,成为塑料行业与企业当下面临5G机遇时所不得不承受的重要挑战。

为了减碳,消费电子拼了


随着全球各国陆续实施“禁塑令”和制定碳中和时间表,以及消费电子头部品牌纷纷采用环保材料,各种新型环保塑料材料得到了更加广泛的应用。每年1月在美国拉斯维加斯举行的国际消费类电子产品展览会(CES)是本行业的发展风向标,今年不少展品不仅突出了消费电子技术,同样也重视绿色环保材料的应用。


科思创(Covestro)公司携手芬兰电子注塑成型结构技术公司TactoTek展示了带集成屏的Nighthawk演示器,以展示模内结构电子(IMSE)技术无限且环保的设计可能性。TactoTek是模内结构电子解决方案供应商,其关键组件采用聚碳酸酯及薄膜制成。采用科思创单一聚碳酸酯材料制成的电子产品外壳,即使电子产品老化,外壳依然可以被回收和重新使用,延长了应用程序的使用寿命。科思创技术营销经理John Skabardonis表示:“TactoTek与科思创的合作意味着聚碳酸酯解决方案可以成为循环经济中无处不在又可持续的一部分。”


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施耐德电气Odace可持续智能开关和插头


施耐德电气Odace可持续智能开关和插头获得了CES 2022的可持续发展类别大奖。据介绍,该智能开关与插头采用从电器回收中心和超市收集的废塑料回收再生处理,让废弃电子电器设备(WEEE)回收系统进入循环经济系统,将废塑料转化为新产品。此外,施耐德的莫顿开关还通过与帝斯曼(DSM)合作,提供由回收海洋塑料制成的家用电气解决方案。据介绍,莫顿开关采用废弃渔网进行外壳制造,赋予废旧渔网新生命,促进海洋塑料的循环利用。

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LG发布了Soundbar音响系统


LG在CES 2022上发布了全新的Soundbar音响系统,型号为S95QR,其外壳使用可回收的塑料树脂制成。该音响还使用了复合纤维材料,这种材料更轻,可减少运输时的碳排放量。

未来在哪里?


近年来,全球消费电子市场保持高速增长态势。虽然疫情影响了近三个年头,消费市场出现了一定程度的下滑,但是随着5G技术的普及,以手机为代表的消费电子市场在未来将迎来新一轮增长。新材料新技术带动着科技与人类的共同进步,高性能塑料材料将继续为消费电子领域的设计与制造厂家提供更具优势的材料解决方案。那么消费电子产品还会朝着什么方向发展呢?


随着物联网、数字经济、人工智能、VR/AR 等多个领域创新发展,消费电子将在多个维度上再造社会现实,这是本行业进化发展的一个全新方向。2021年,“元宇宙”的强劲东风已经吹进消费电子产业,成为产业年度最热门词汇之一,并激发着产业的活力。元宇宙让人们跨越时间和空间,是一种整合多种新技术而产生的将现实和虚拟融合并进行沉浸式交互的互联网应用和社会形态。这股东风不仅“吹醒了”老牌电子品牌,也为产业链上下游企业“吹来了”新商机。如今,越来越多消费电子产品致力成为虚拟与现实融合相通的基础。不仅是消费电子终端厂商,那些显示材料、芯片、光学等产业上下游的企业都在关注着元宇宙的发展,尝试在元宇宙这份蛋糕中分得一杯羹。


内卷的都市生活几乎压垮了我们的身心健康,突如其来的疫情使地球上我们几乎每一个人都处在巨大冲击的漩涡中,世界给身处消费主义浪潮下的人们带来了巨大的不适感,人们对健康生活的价值诉求已愈发迫切。我们需要与自然,与健康,与世界平衡发展的身份感。但愿新材料新技术,能为我们的消费电子产品乃至我们的生活创造一个更美好的明天!


来源:荣格-《国际塑料商情》

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