COC材料即环烯烃共聚物(copolymers of cycloolefin),是一种具有环状烯烃结构的非晶性透明共聚高分子 。
一·主要特性
光学性能卓越:具有与PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸树脂)相匹敌的光学性能,透光率高,可达91%,在可见光区域及近紫外区域都有很高的透过率,且双折光性很低,复折射率小于20nm,其制作的透镜能够避免图像分散,是极为适合用于光学部件的材料 。
耐热性良好:玻璃化温度较高,可达140~170℃,高于PC(聚碳酸酯),能在高温下保持较好的稳定性,可在高温环境中使用 。
机械性能优异:具有高刚性、高强度,拉伸强度和弹性模量比PC高,同时还具备一定的韧性 。
尺寸稳定性佳:相比PMMA和PC,具有更加优良的尺寸稳定性,不易因温度、湿度等环境因素变化而产生尺寸改变 。
耐化学性强:能抵抗多种化学物质的侵蚀,具有良好的耐化学药品性、耐酸性、耐碱性 。
低吸水性:饱和吸水率小,远低于PMMA,不会因吸水导致物性下降,在不同湿度环境下性能稳定 。
低比重:密度比PMMA和PC约低10%,有利于制品轻量化,在对重量有要求的应用场景中具有优势 。
电绝缘性好:介电常数低,特别是高频性能好,是热塑性塑料中介电性能优良的材料,适用于电子器件领域 。
生物相容性良好:具有优良的生物适应性,对人体组织和细胞的刺激性小,可用于医疗领域,如医用检测仪器、医疗包装等 。
二·生产制备
COC材料依赖于C5产业链,由C5原料制备得到环烯烃单体,并在此基础上通过和α-烯烃(如乙烯)共聚制得 。
其生产过程中,反应单体的制备、催化剂的筛选开发以及聚合工艺均存在较大难度,产业化壁垒极高 。例如,降冰片烯单体的制备是关键步骤之一,其性能很大程度上决定了最终聚合物的性能;茂金属催化剂在COC生产中必不可少,但制备难度较大,且国外对该技术长期进行技术封锁 。
三·应用领域
光学领域:是手机、AR/VR等光学镜片的优选材料,由COC制成的膜材料也可用于各类屏幕,如电子产品中的显示屏偏光片,还可用于镜头及液晶显示屏用导光板、光学薄膜等光学用途 。
医疗领域:可用于制造医用检测仪器、医疗包装,如疫苗西林瓶等,因其良好的生物相容性和化学惰性,也有望用于人工骨材料等高端医用材料领域 。
包装领域:在食品和药品包装方面有应用,能提供良好的水汽气密性和化学稳定性,有助于保持产品的质量和安全性 。
电子器件领域:凭借其优良的电绝缘性、尺寸稳定性等特性,可用于制造电子器件 。
其他领域:还可用于制造生物芯片、半导体转运容器等,如在微流控芯片制造中,日本宝理COC材料因成本低、种类多、可批量加工以及具有良好的生物相容性等优点,正日益成为主要材料 。
五·市场现状
目前全球COC消费主要由供给决定,约8-9万吨,生产企业较少,主要产能掌握在日本厂商手中,包括瑞翁公司、宝理塑料、三井化学和日本合成橡胶 。中国的COC消费量正在快速增长,是全球最大的COC消费国家,但目前大部分来源于进口,国内有个别厂家正在布局量产,但产能不足,国产化替代的空间依然很大 。
六·COC材料注塑工艺参数
温度 - 料筒温度:一般设定在250°C-270°C之间,因为COC的熔点较高,在此温度范围内能使其充分熔融,获得良好的流动性,便于注塑成型。但具体温度需根据COC的具体牌号、注塑机的大小以及螺杆的形状等因素进行适当调整.
模具温度:通常在40°C-80°C。若模具表面较粗糙,温度可设置得稍低;若模具表面非常光滑,如用于光学产品的模具,为了使制品表面能更好地复制模具表面的精度,温度应设置得高一些,一般在70°C-80°C左右.
压力 - 注射压力:由于COC的流动性相对较好,相较于一般的透明材料如PMMA、PC等,注射压力可设置得稍低一些,通常在50MPa-100MPa之间。如果注射压力过高,可能会导致制品出现飞边,毛刺等缺陷;而压力过低,则可能出现缺料、缩痕、流纹等问题.
保压压力:保压压力一般为注射压力的50%-80%左右,保压时间通常在2s-10s之间,具体数值取决于制品的厚度和尺寸等因素。保压的目的是为了确保塑料在模具中充分填充,减少制品的收缩率,提高制品的尺寸稳定性和外观质量.
背压:背压一般控制在0.5MPa-2MPa之间,适当的背压可以使塑料在料筒内得到充分的塑化和混合,但背压过高可能会导致塑料过热降解,过低则可能影响塑化效果和制品的质量.
速度 - 注射速度:注射速度的选择要综合考虑制品的形状、壁厚、质量要求以及流道厚度、浇口尺寸等因素。对于薄壁制品和对尺寸精度要求严格的多腔制品,可采用较高的注射速度,以提高填充效率,减少制品的成型周期;而对于厚壁制品,为了避免出现气泡或流纹等缺陷,应采用较低的注射速度.
时间 - 注射时间:注射时间一般在1s-5s之间,具体取决于制品的大小和复杂程度,以确保塑料能够完全充满模具型腔.
冷却时间:冷却时间通常在10s-30s之间,具体时间要根据制品的厚度、尺寸以及模具温度等因素来确定,以保证制品在脱模时具有足够的强度和稳定性,防止制品变形或开裂