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当橡胶变成液体时

来源:中国石化报 时间:2024-02-07 10:33

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橡胶还有液体的?除了做汽车轮胎,还能用于5G通信?前不久,茂名石化5000吨/年高性能液体橡胶装置成功产出合格产品——高频覆铜板用液体橡胶,并顺利向国内某覆铜板行业龙头企业交付,开出首张订单,标志着中国石化首批国产化高性能液体橡胶成功应用于5G通信领域,将为我国信息产业安全提供关键原材料支撑。液体橡胶有哪些特性?是如何在通信领域发挥作用的?本版为您揭秘。

本版文图除署名外由 潘亚男 祁彦平 张亚培 陈柳梅 肖 雪 提供

【产品名片】

什么是液体橡胶?

液体橡胶通常指分子量在2万以下、常温下具有一定流动性的黏稠状聚合物,加工成型方便。其中,共轭二烯烃类液体橡胶是液体橡胶一个重要分支,按照单体组成不同,可分为液体聚丁二烯橡胶、液体聚异戊二烯橡胶、液体丁苯橡胶和液体丁戊橡胶等。

液体橡胶与固体橡胶有何区别?

液体橡胶相较固体橡胶最大的区别就是分子量小,常温下是液体,通过升温、光照等处理引发分子链交联后转化为固体,质地纯净。

高性能液体橡胶的应用领域有哪些?

高性能液体橡胶是高频覆铜板主要基材之一的优选材料。由高性能液体橡胶制备的高频覆铜板信号传播速度快、传输过程不失真,主要应用于手机、电脑、汽车、军工、航天等5G高频通信,婴幼儿、食品、化妆品包装等环保要求较高的柔性印刷,以及高性能TPV(热塑性硫化橡胶)和绿色轮胎等领域。

高性能液体橡胶如何在覆铜板上发挥作用?

高频高速覆铜板是电子行业的关键元器件,是将电子玻纤布或其他增强材料浸以树脂胶黏剂,通过烘干、裁剪、叠合成坯料,一面或双面覆以铜箔并经热压而制成的一种板状材料,主要用于制作电路板(PCB),其主要基材——特种树脂的性能直接关乎覆铜板的最终性能。液体橡胶介电常数和介电损耗低、易于热固化成型、固化后耐热性能和力学性能好,是5G通信高频高速覆铜板最理想的基体树脂。

5G覆铜板用液体橡胶技术研发历程

●2018年8月

北化院收到国内覆铜板头部企业技术需求,燕山分院开始进行液体聚丁二烯橡胶技术开发工作;10月,北化院小试技术开发取得突破,与国内覆铜板头部企业建立液体橡胶协作攻关团队。

●2019年5月

中国石化生产的第一批次液体聚丁二烯橡胶通过国内覆铜板头部企业性能评价。

●2020年1月

北化院与国内覆铜板头部企业启动“高频电子电路基材研发及应用研究”联合攻关项目。8月,茂名石化SBS装置进行液体聚丁二烯橡胶的聚合放大试验,制备出各项性能优异的液体聚丁二烯橡胶胶液。

●2021年10月

5000吨/年高性能液体橡胶工业生产技术许可茂名石化。12月,“高性能液体橡胶成套工业技术开发”项目列入中国石化“十条龙”攻关项目。

●2022年8月

液体橡胶后处理技术取得关键性突破,实现产品中金属杂质含量小于10ppm(1ppm为百万分之一)。

●2023年7月

5000吨/年液体橡胶工业装置建成中交。10月,产出合格的5G覆铜板用液体丁二烯橡胶HB40产品。11月,完成5G通信高频覆铜板用液体丁苯橡胶(HBS30)的工业试生产,产品达到优级品标准。12月,完成柔性树脂版用液体丁苯橡胶(LBS40)的工业试生产,产品达到优级品标准。

新闻会客厅:持续丰富产品功能提高附加值


北化院副总工程师、燕山分院院长 徐 林

化销公司化工销售合成材料部副经理 高永平

问:高性能液体橡胶实现国产化,对我国信息产业安全生产有何重要意义?

徐 林:低介电常数和低介电损耗是5G通信高频覆铜板的重要指标。基体的介电常数越低,信号的传播速度越快;介电损耗越低,信号传播过程越不容易失真,实现信号的高速稳定传播必须选用低介电常数和低介电损耗的基材。4G通信覆铜板用环氧树脂作为交联固化树脂,介电常数和介电损耗高,不能够满足高频线路使用要求;PTFE(聚四氟乙烯)树脂介电常数和介电损耗低,但加工性能差,难以在5G通信高频覆铜板领域大规模应用。高乙烯基窄分布液体橡胶的介电常数和介电损耗低、吸水性低、加工性能好、热固化效率高、固化后刚性和耐热性好、热膨胀系数低,是5G通信高频覆铜板最理想的交联固化材料。

感光弹性体是柔性树脂版最重要的组成部分,是将热塑性弹性体、反应性增塑油、光引发剂按照一定的比例混合得到柔性树脂版感光层预聚体,然后将具有图文的菲林片放置在未曝光的预聚体上,紫外线曝光,菲林片透明的地方透紫外光,感光层内的引发剂分解成自由基,引发可交联物质固化。感光弹性体需要具备优异的黏接力、良好的透光性、适宜的影像还原性能和硬度,因此反应性增塑油的选择至关重要。高性能液体橡胶作为反应性增塑油,加工性能好、光固化效率高、固化后刚性和力学性能好,同时可以降低版材硬度、增加回弹性、固化图文、提升交联密度,是感光弹性体最关键的原材料。

北化院经过5年的技术攻关,解决了高性能液体橡胶分子结构设计与精准调控、催化剂高效脱除、易致色物质分离、溶剂循环利用等产业化面临的关键技术难题,开发出高性能液体橡胶成套工艺技术,在茂名石化建成液体橡胶生产装置,实现了5G通信高频覆铜板和柔性树脂版用液体橡胶的工业化生产,填补了我国高端液体橡胶产业空白,为我国信息产业安全提供了关键原材料保障。

问:高性能液体橡胶的市场前景如何?

高永平:液体聚丁二烯橡胶和液体丁苯橡胶广泛应用于通信高频覆铜板、柔性树脂版、轮胎、防水、涂料、电绝缘材料等领域。液体橡胶市场虽总体规模不大,但前景看好,其技术瓶颈多,且下游各种延伸产品及市场专业化要求高,因此不仅要拓宽应用领域,而且要在生产加工应用技术上进行攻关突破。

在通信行业,我国大陆覆铜板产量占全球产量的72%,5G行业市场是覆铜板市场中发展最快的细分领域,液体橡胶年需求量约1000吨。有关机构研究表明,2026年我国5G专网市场规模将逾2300亿元,持续呈现高速增长态势。作为5G产业的关键元器件,预计未来5年高频覆铜板在该领域应用将进一步拓展,与之相应,液体橡胶需求量必将持续上升。

在轮胎行业,液体聚丁二烯在轮胎生产过程中做“胎机胶”用,可降低热量生成,环保且黏性及相容性好,对改善轮胎的外观、低温性能有很好的作用,尤其是在雪地轮胎中应用较广。液体聚丁二烯在国产化之前,因其价格高昂,轮胎领域需求集中在外资品牌,国内品牌的应用仍在技术研发与试用阶段。后续,随着国产料的量产入市,叠加环保上的优势,在液体橡胶轮胎领域将有更大市场。

问:下一步,中国石化将从哪些方面进一步引领我国新材料产业高质量发展?

徐 林:新材料是国民经济多领域基础性、战略性、先导性产业。新材料应用涉及国民经济和国防军工等众多领域,市场需求增长迅速。化工新材料是新材料产业的重要组成部分,是国家经济发展和产业链供应链稳定安全的关键基础,也是石油石化产业转型升级的重要方向。

从产业结构看,我国化工新材料产业规模实现大幅增长,面临做大做强的难得机遇。但是,自主产品供需矛盾突出,结构性短缺与过剩局面并存。据工信部2018年统计,在130种关键基础化工材料中,32%的品种仍属于空白、52%的品种仍依赖进口。

因此,我国化工新材料的研发与生产必须走自主创新之路,必须在有限的窗口期内构建具有先发优势的关键技术和引领未来的前沿基础技术,有力支撑我国化工新材料产业发展壮大。对液体橡胶技术来说,未来将着眼于持续丰富产品功能、提高产品附加值等方面。一方面,开发端基改性的液体聚丁二烯橡胶,满足军工、防伪、新能源汽车、高档涂料对高性能液体橡胶的要求;另一方面,紧紧围绕国家“双碳”战略目标,减少对化石能源的依赖,开发生物基液体橡胶,满足市场对高性能橡胶制品的需求。

客户反馈

茂名石化液体橡胶产品产出后,化销华中第一时间为目标客户寄送样品,并根据客户反馈意见推进产品性能指标提升及专用牌号定制,产品质量和服务得到客户认可。

“与中国石化合作研发的两款液体橡胶产品,在5G高频覆铜板应用时分子量分布较国外同类产品更窄,电性能等指标均满足应用要求,可替代进口液体橡胶产品。”——某覆铜板行业龙头企业技术负责人

北化院:我国高性能液体橡胶生产技术实现零的突破


北化院科研人员讨论实验方案。    祁彦平 摄

高性能液体橡胶是5G通信高频覆铜板用特种树脂的优质选材。由于技术壁垒高,此前我国高频覆铜板等高端领域用液体橡胶全部依赖进口,是我国石化行业亟待攻克的技术难题之一。

北化院科研团队在调研基础上,深入研究5G通信高频覆铜板用交联固化材料的本质特征,揭示液体橡胶的分子链微观结构与覆铜板宏观特性的分子结构和材料性能的关系,快速构建起5G通信高频覆铜板用液体橡胶的分子结构“雏形”,并以此为基础设计开发出具有良好加工性能的液体橡胶产品,成功完成小试技术的开发任务。

为加速推进成套技术攻关进程,北化院充分发挥“大兵团”作战优势,快速组建集聚合工艺及技术开发、产品分离与纯化、工艺技术集成及过程管理于一体的联合攻关团队。他们在聚合工艺技术开发基础上,发明了新型高效催化体系,实现了产品微观结构设计与精准控制;研发了提纯工艺技术,实现了微量杂质的高效脱除;首创了适用于规模化生产的高效、低成本的生产工艺技术,集成开发了高性能液体橡胶成套工艺技术。仅用3年时间,北化院联合攻关团队就开发出适用于规模化生产的成套工艺包技术,聚合条件温和、“三废”排放少,且可与通用锂系聚合物实现柔性生产,填补了国内该领域空白。

截至目前,北化院攻关团队已围绕高性能液体橡胶技术成功开发4个种类8个高端产品牌号及其生产技术,进一步拓宽了产品高端应用范围,将满足国内市场对高端液体橡胶产品的需求。

茂名石化:成功生产3个牌号高性能液体橡胶

前不久,茂名石化5000吨/年液体橡胶装置成功产出合格高频覆铜板用液体橡胶。该装置采用北化院自主研发技术,其顺利投产标志着我国高性能液体橡胶取得重大突破,首次实现国产化,将为我国信息产业安全提供关键原材料支撑。

该装置属于国内首套液体橡胶装置,无经验可借鉴,开车难度极大。茂名石化项目开工组对液体橡胶装置的核心结构——调节剂的阴离子低温聚合技术进行深入研究。项目中交后,茂名石化化工分部合成橡胶部严抓“三查四定”,高标准开展管线吹扫、单机试车、气密吹扫、联动试车等生产准备工作。

项目开车期间,茂名石化与集团公司开工专家组反复研究开工方案,组织桌面推演、确认开车条件,解决了开工过程中出现的反应波动大、产品挥发分高等难题,实现了装置一次开车成功。

5000吨/年液体橡胶装置成功开车后,为确保安全稳定运行,茂名石化合成橡胶部密切跟踪中试装置的运行情况,及时处理存在的安全隐患。同时,他们通过收集装置运行数据,在北化院、石科院、SEI(工程建设公司)等单位的帮助下,优化装置运行。

截至目前,茂名石化已经完成了3个牌号高性能液体橡胶的生产工作,并将样品寄给下游客户进行产品试用。第一批高性能液体橡胶已实现商业化销售。

化销华中:助茂名石化液体橡胶进入高端市场

近日,化销华中向国内某覆铜板行业龙头企业交付一批茂名石化生产的液体橡胶产品,标志着中国石化首批国产化高性能液体橡胶成功应用于5G通信市场。截至目前,化销华中已助力茂名液体橡胶产品成功开拓高频覆铜板、高端防腐涂料、柔性印刷板等高端领域市场,并形成稳定销售。

茂名石化生产的液体橡胶产品,是我国首批应用国产化技术生产的高性能液体橡胶。化销华中深入调研液体橡胶主要下游行业,分析产品应用前景和市场规模。此外,该公司还根据市场需求,协调茂名石化改进产品包装,设计定制化标签,并积极参加国际展会,扩大国际知名度,成功实现茂名石化液体橡胶的突破性销售。

下一步,化销华中将持续加大高性能液体橡胶产品在大型重工制造、国防科技装备制造等领域的推广力度,加快实现科技高水平自立自强。






(责任编辑:王莹 )