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塑料工业如何满足电子产品的环保要求

时间: 2011-07-05 15:00 来源: 作者: GE Plastics,Christin 点击:
近年来,化学物质对人类健康和环境的影响越来越受关注,日益严格的法规对的使用和处理提出了更高的要求,特别对塑料在电子产品的应用产生很大冲击。在这种情况下,OEM以及注塑、挤出成型加工商须谨慎地选择符合法规要求的材料。

有限的自然资源、日益严重的清洁水和空气污染问题已经受到了全球范围的关注。因此,无论是在欧洲、亚洲还是美洲,环保法规扮演着越来越重要的角色,它正改变着许多工业产品的设计、制造、使用和处理,例如汽车和包装领域,然而影响最大的还是电子工业领域。电子产品设计周期和使用周期短,单价高,而且加工商在全球范围进行设计、生产和销售。为电子电气设备生产配件,加工商就需要面对这些环保法规的潜在约束,因而要选择最佳材料以适应这些法规要求,同时确保提供具有市场竞争力的产品。

为适应不断变化的法规要求,创新材料开始大量涌现,从而利于更好地保护环境。另外,这些新材料为加工带来了便利,例如可以免除二次加工工序等,使加工商进一步提高生产效率。

环保法规带来冲击

庞大的数量、短暂的使用周期以及持续增长的废料量,这些都是环保法规将目光瞄准电子电气产品的主要原因。新型和改进型的电子装置、通讯设备和电气设备纷纷涌向市场,例如电话、计算机、DVD播放机、电视、GPS定位装置等。新技术也不断发展,去年的样式在今年可能已经被最新产品取代。而对于废旧产品的处理,一般是进行填埋和焚烧,而这是许多政府关注的实际问题。

尽管中国、美国以及其他一些国家在此问题上要求严格,而欧盟和日本在立法方面走到了前面。欧洲的乡村中心文化、基于废料焚烧的基础设施以及对环境的关注都对严格的环保法规具有推动作用。由于电子电气产品面向全球市场,这些要求不仅仅对欧盟内部的国家有效,任何OEM或者零部件或装配组件生产商要想将其电子产品输送到欧盟国家就必须遵守其法规。这实际上表明,除非某家公司针对销售到不同地区的产品选择不同的生产线,否则环保法规的影响已经覆盖到了全球范围。

由于塑料在众多领域和产品中的应用如此不同,因此在全世界有许多法规对其进行规定。对于塑料加工商来说,有四类调控因素尤其重要,包括:空气质量、产品报废、有毒物质和防火安全。


Hong Kong-based LTK Industries选择Flexible Noryl PPO基无卤树脂取代PVC,
用以生产平板电视电缆护套

改善空气质量

欧洲、美国和日本已经有几个关于控制空气污染物排放的法规。欧盟的2001/81/EC指示规定,到2010年截止,各成员国的四种大气污染物——二氧化硫、氮氧化合物、挥发性有机物(VOC)以及氨的排放上限,这些物质能够引起酸雨、烟雾以及其他一些空气污染和水污染。

1990年洁净空气法案是美国联邦政府根据环保组织规定的污染物地区排放限制设定的。同时,日本的臭氧层保护条例严格限制了含氯氟烃等特定物质的生产和消费量,促进其合理使用以保护臭氧层。这些法规会对塑料制品生产商产生影响,迫使其减少或消除来自于涂饰、修整操作或如手工生产玻纤增强的替代工艺的排放,从而减少苯乙烯的排放。GE和其他一些材料供应商能够提供先进的技术解决方案,如选择高浓度涂饰工艺。

彩色树脂的应用取代了涂饰过程,从而减少了VOC的排放,同时也降低了产品的成本,提供了新的设计选择。举例来说,GE的Visualfx树脂具有宽泛的颜色选择范围并具有特殊效果,如:珍珠光泽、闪光、金属效果和其他一些喷饰和镀层工艺所需的特殊效果。

模内装饰(IMD)是另一种能够免去涂饰和印刷的专业工艺。在此工艺过程中,一种塑料薄膜(如GE的Lexan聚碳酸酯薄膜)被预制为部件的形状,嵌入到模具中。随后,进行正常充模,部件与装饰表面永久地粘合在一起。IMD薄膜既能够依据传统的图案预印,又能被挤出产生金属效果或其他一些效果。每种方法都可选择是否进行涂饰,而且容易进行定制。此外,可在薄膜内表面进行印刷以防止机械摩擦或化学物质侵蚀。

与之相似,粉末也不产生VOC,适合取代用于塑料或合金制品的高溶剂含量涂料。一些,如GE的Noryl GTX(尼龙/PPO)能够耐受使粉末涂层固化时产生的高温。这些耐高温级的树脂可以允许使用传导性填充物,这样就不必应用传导性涂层,可应用静电夹层。加工步骤的简化节省了时间和成本,同时保护了环境。

由热固性FRP复合材料制成的建筑板材可以被热塑性塑料板材所取代。多层共挤片材为热成型提供了耐候性,以及各种颜色和其他一些审美效果。通过自动化生产线加工能够节约成本,从而取代劳动密集型工艺如手工生产FRP或其他一些复合材料。另外,热塑性片材也消除了有害气体排放,如苯乙烯、丙酮等。

报废产品和有毒物质的处理

由于电子电气设备具有流行性,更新换代速度很快,因此会产生大量的电子垃圾。一些法律通过制定回收权限以及鼓励加工商改进材料和创新设计来解决这一问题。

有毒有害物质在报废电子电气设备中的含量是普通废弃物中的3~5倍。欧盟制定了《关于报废电子电气设备指令》(简称“WEEE指令”)。该指令要求所有的OEM以及零部件和组装件生产商的产品必须符合欧盟关于电子电气产品在其报废后的规定,包括收集、回收和处理。生产商必须承担这部分支出。

另外,生产商须达到所规定的产品回收和再利用的比例标准——占重量的50%~70%(根据设备种类而定)。生产商还必须分离出报废电子设备中的印刷电路板、电池、CRT、LCD以及外部电缆,分离含溴阻燃剂的材料并进行分类处理。

2005年8月13日以后,销往欧盟市场的产品的收集、处理、回收以及固体废弃品处理的费用都由生产商承担。WEEE指令的意图是使生产商对其产品负责,直至报废后的处置,以制定出符合环保要求的解决方案。为此,生产商须做出相应调整,包括改善设计、简化材料以及提高产品可回收性。

随着生产商所承担的责任不断增大,一些先进的OEM开始改进不同的设计和材料选择理念。首先,减少二次加工步骤,如涂饰、包覆等,以简化再利用过程。一些国家要求废弃物在进行添埋和焚烧前须分离涂层,或对被包覆件进行特殊处理。用在成型过程中已上色或制造高光泽表面产品的树脂来取代涂层,如GE的Lexan EXL树脂,就可以解决这一问题。

对于愿意重复使用部分塑料件的OEM来说,回收再利用是可行的。然而,对于电子产品,通常使用昂贵的高性能树脂才能达到UL安全标准,因此回收材料的利用率更高。GE与其他一些材料供应商正在继续致力于开发能够解决这一环境难题的技术。其中一个典型实例是GE最近问世的Valox iQ 和Xenoy iQ树脂。这些品级的树脂使用PBT通过一种添加85%的PET瓶或薄膜的化学回收料的专利工艺进行生产。电子电气连接件是Xenoy iQ树脂的一个潜在应用领域。


用预先印刷的PC膜进行模内装饰能够免去涂饰过程,从而避免了VOC的排放

减少有毒物质

在大量的电子电气设备废弃物中,铅和其他一些重金属以及含溴化合物能够在环境中积累。欧盟制定了《关于在电子电气设备中限制使用某些有毒有害物质指令》(简称“RoHS指令”)。该指令严格限制在电子电气产品中使用的有毒有害物质,这些物质包括:铅、汞、镉、六价铬、PBB(多溴联苯)、PBDE(多溴二苯醚)。此外,其他一些国家也出台了与之相似的法规。

中国已经颁布了一个与RoHS指令类似的条令,被称为“电子信息类产品污染控制管理办法”。该条令要求对产品进行分类管理。与RoHS指令不同,该条令要求有毒物质的名称与含量在产品上进行标示。

对于塑料工业而言,禁用化学物质包括铅、镉和PBDE。PBDE主要有八溴联苯醚、五溴联苯醚、十溴联苯醚。目前,前两种物质在欧盟RoHS指令以及中国的相关条令中得到严格限制。根据这一法令,一些含有这些物质的塑料和其他材料必须被其他符合要求的材料所取代。2005年9月,十溴联苯醚的限制从欧盟RoHS指令中去除,而其使用仍然受到一定限制。

RoHS 指令规定了均相材料中镉的浓度不能超过0.01%。对于电路板和其他电子器件来说,这一规定变得很复杂。但是塑料本身被认为是均相材料。WEEE指令和RoHS指令在塑料的选择和应用方面互相影响。一些可行的技术可以帮助加工商生产出符合WEEE指令和RoHS指令规定的产品:

● 着色剂

GE和其他一些材料供应商已经开发出不含重金属的红、桔黄、黄色的高显色度树脂。

● 阻燃剂

WEEE指令要求所有含溴材料必须进行标示,在报废后进行分离处理。另外,除了十溴联苯醚,RoHS指令严格禁止所有含PBDE材料的使用。为了简化回收再利用过程,许多OEM固定材料选择,这些特定材料能够使塑料制品满足不含溴或氯阻燃剂的应用需求。GE Plastics提供了一些此类材料,如Cycoloy PC/ABS、Lexan PC、Ultem聚醚、Noryl PPO 合金、LNP混合物。

● 柔性乙烯

柔性PVC电线护套一般采用含铅热稳定剂。尽管当今无铅PVC电线能够得到应用,然而许多电子公司对无铅和无卤产品更感兴趣,而氯是PVC树脂的主要成分。GE的新型Flexible Noryl树脂是一种适用于电线护套的阻燃材料,在电线应用中符合UL 1581标准。

当今电子产品市场比法规要求的变化还快。例如,许多生产商开始自发减少含卤塑料在其产品中的使用量。同时,许多OEM宣布将减少或消除PVC和其他一些含卤材料(如十溴联苯醚)的使用,以承担环保责任。


此台笔记本电脑是Cycoloy EF PC/ABS的应用实例,符合环保法规的要求。
该产品含有无卤阻燃体系,能够达到UL94V-0级和5VA级标准,同时符合欧盟RoHS指令的要求

加强防火安全

电子电气工业标准的另一趋势包括防火安全方面的要求。尽管很多添加剂能够提高塑料的防火安全性能,然而像PBDE等材料正面临着越来越多的限制。

国际电工委员会(IEC)正在进行一项重要工作——将地区安全标准融合形成单一的全球安全标准。该项工作由标准化组织(UL、ISO等)、防火安全专家以及制造商共同协调进行。IEC在电子电气设施防火安全标准方面已经进行了多年工作,通过TC-108将6项不同的电子电气防火安全标准统一为一项全球标准。包括外部阻燃性能要求的意见已经基本达成一致。先前的标准主要针对与电子装置内部电路的火花和短路有关的危险,而现在包括装置外部由蜡烛以及其他一些火源引起的火灾安全问题。

如果这些规定得以执行,许多应用在电子电气装置上的塑料件,如扬声器、键盘等,要求具有更高级别的阻燃性能。尽管像Noryl、Cycoloy、Lexan和Cycolac ABS树脂能够满足这些不断提高的要求,但是电子电气工业标准仍然会给高性能材料的发展带来很大冲击。(end)

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