旭化成为什么要开发 UD 胶带？

我们为什么开发UD胶带？解决更引人注目的开发项目并推动公司在下一个 100 年向前迈进

2022 年，我们庆祝了旭化成成立 100 周年，并立即开始迈向下一个 100 年，采取富有挑战性的举措，建设可持续社会并创造新价值。

今天我们请教了两位工程师——从事无纺布等产品开发的Shunta Kimura​和UD 胶带（单向胶带，一种单向纤维增强材料），以及多年来一直为旭化成聚酰胺开发做出贡献的专家技术专家 Yuki Mori，向我们介绍 UD 胶带以及旭化成如何来开发它。

-- UD 胶带是什么类型的产品？

森​UD 胶带(单向带"，一种单向纤维增强材料）、我们在旭化成上开发的 "碳纤维 "是一种纤维增强材料，通过将碳纤维浸渍在聚酰胺树脂（PA，尼龙）中制成，其中碳纤维约占一半体积。用于浸渍的聚酰胺树脂是基于生产旭化成的聚合物技术。LEONA™聚酰胺树脂。UD 胶带的主要特点是其增强纤维呈单向连续结构，使纤维的增强效果最大化。

――UD磁带的特性如何体现旭化成的独特能力？

Mori：我们的UD 胶带 具有三个关键优势：碳纤维中聚酰胺树脂的致密浸渍、粘合力强以及吸水导致的物理性能变化最小。首先，我们使用的专用聚酰胺树脂在加热至熔融状态时具有极低的粘度，使其能够自由地流过碳纤维之间的间隙，以实现深度渗透和致密浸渍。这样产生的材料中，碳纤维和树脂以高度整体结构紧密地堆积在一起，从而最大限度地提高了碳纤维的增强效果。如果浸渍不够致密，材料最终会包含大量空区域，称为空隙。当由富含空隙的 UD 胶带制成的模制产品受到负载时，空隙会成为材料失效的原点，从而降低材料性能。

我们还通过控制专用聚酰胺树脂的熔化和凝固行为来改善粘合性能。UD 胶带中使用的聚酰胺树脂具有一种被称为热塑性的特性，这意味着它可以在模具中加热熔化，然后通过冷却凝固成模塑产品。 当通过在热压机中堆叠多层 UD 胶带来制造模塑产品时，各层 UD 胶带之间的粘附性非常好。同样，在 UD 胶带上加热到熔融状态的材料进行注塑成型工艺时，我们观察到 UD 胶带和注塑成型材料之间的粘附性也很好。 最后，典型的聚酰胺树脂会因吸水而降低其材料性能，但这正是我们的LEONA™聚合物技术能够很好发挥作用的一个领域。

UD 胶带通过多种成型技术提高成型产品的附加值

――UD胶带在成型技术中有哪些应用？

Kimura：由 UD 胶带形成的组件与注塑技术结合使用时，使我们能够生产出强度增强且形状与最终产品相似的注塑组件。例如，通过在注塑过程之前将预成型的 UD 胶带环插入注塑模具中，我们可以制造复杂的组件，其入口区域因环的存在而增强强度。

对于由UD 胶带本身制成的组件，一种常见的成型方法是“热压成型”：从原材料片上切出所需形状的多个副本，在模具中一层一层地加热，加热到 UD 熔化温度以上胶带，然后在施加的压力下冷却，将胶带层熔合成整体模制组件。另一种方法利用了 UD 胶带的独特优势之一（碳纤维的连续性），即将材料片切割成边长可能为几厘米的矩形碎片，然后将这些碎片随机装入模具中进行加热-压制成型。该技术可用于生产具有复杂3维形状的产品。

另一种方法是“叠层成型”，其中UD 胶带在粘贴到组件上时通过激光加热而熔化。这使得 UD 胶带仅适用于需要的区域和方向，确保材料资源的有效利用。最后，称为“缠绕”的方法涉及将 UD 胶带缠绕在旋转轴上，同时加热以熔化胶带。这使得可以制造管道、环和其他难以通过压制成型实现的形状。

幕后花絮：UD 磁带发展的不为人知的历史

――旭化成是如何开始开发 UD 磁带的呢？

Mori：我需要从很早以前开始。旭化成一直通过将不同种类的单体与聚酰胺 66 基料混合来生产各种类型的聚酰胺。 20 世纪 90 年代末，LEONA™ 90G 系列应运而生，这绝对是我们的热门产品线之一。这些树脂基于准芳香族聚酰胺 66 聚合物，我们通过将聚酰胺 66 与芳香族成分混合制成，并且它们使我们能够开发通过混合高浓度玻璃纤维和其他增强剂来增强的注塑级。

当时我负责国内外客户的技术支持，目标是促进90G系列产品的销售。果然，我们的销售额相当稳定地增长，但最终我们开始听到远离日本的地方（例如美国和欧洲）的客户对成本的抱怨。原因是我们混合基础聚合物的生产设施位于日本宫崎县延冈市，我们将产品从那里一路运送到海外客户。因此，这促使我们设计并实施本地生产计划，以最大限度地降低成本。后来，在 2018 年，即LEONA™ 90G 系列问世约 20 年后，出现了一种新型准芳香族聚酰胺聚合物，其芳香族成分比例更高，这构成了我们开发的LEONA™ SG 系列的基础。目前正在推向市场。

 

――您是否在某个特定时刻意识到我们需要推进 UD 磁带的发展？

森：事实证明，将复合材料与注塑成型相结合的想法是我们在 2017 年的研究计划中就已经考虑过的。然后，在 2019 年，我和一位在德国公司负责开发的好朋友聊天时，我的朋友说："实际上，我们一直在尝试做类似这样的事情......"，并给我看了一段介绍 UD 胶带应用的视频。这确实是启动我们开发工作的动力。因为，当我看到那部影片时，我突然意识到，将 UD 胶带与旭化成的注塑成型材料相结合，将为寻求用树脂替代金属部件的客户提供一个及时的解决方案。这种方法不仅能消除漫长的材料开发周期，还能提高我们注塑成型材料的附加值，从而促进销售。这也代表着我们从传统的销售策略（如根据客户要求开发新材料）向销售解决方案的新精神（如帮助客户用树脂替代品取代金属部件）的转变。我个人认为，这种更积极、更具创造性的工作方式更有趣，也更有价值。

 

――旭化成是 UD 磁带领域的后来者。

森：是的，确实如此。碳纤维生产商是最先加入进来的，我们也是很久之后才加入的。但我想，如果旭化成不接受这样的新挑战，我们未来将永远无法实现显着增长。这就是为什么我，作为负责开发的人，走到管理套件并试图让事情顺利进行：我们不能只是不断地向客户询问该怎么做——很快我们就无法做到这一点靠我们自己的两只脚站起来！我们需要开始应对更大的挑战！我对我们的工程师说：“嘿，让我们聚在一起开发一些更有趣的东西！”

 

――木村先生是怎么开始涉足UD磁带的开发的呢？

木村：自 2019 年以来，我一直在向 Mori-san 汇报工作，UD 磁带的开发是我们共同致力于的事情。但是，在此之前，自从我2017年加入旭化成以来，我一直在研究再生碳纤维（rCF）。我的一个项目是开发由rCF增强的注塑成型材料等级的应用，该材料具有出色的比强度和比刚度。作为一个副项目，为了促进工程塑料业务的产品组合从注塑成型中转移出来，我正在努力通过将LEONA™纤维与长纤维rCF相结合来开发无纺布​​，其纤维长度约为几厘米

这种类型的混合材料所需的成型技术和评估程序与注塑材料所用的成型技术和评估程序完全不同，我试图学习一切我能学到的东西——查阅学术文献、参加研究研讨会和会议，甚至坐在一起工厂车间的设备操作员试图优化工艺条件。真是太累了！但是，现在回想起来，我不会用这段经历来换取世界——我在这个过程中学到的东西，以及我与模具制造商和研究机构建立的联系，至今仍在为我们的发展带来红利。 UD 磁带。

UD磁带的未来

――UD磁带的下一步是什么？您如何看待该产品未来的发展？您可以设想哪些新的应用领域？

Mori：目前，我们的开发计划是基于 2025 年或 2026 年将UD 胶带推向市场的计划。我们希望将我们的前景扩大到涵盖电气和电子设备、体育和休闲产品以及建筑材料，并最终、汽车和航空航天零部件。例如，在体育领域，我们认为将会应用于高尔夫球杆和运动鞋等产品。

我还认为，寻找新的企业合作伙伴与我们合作对于未来至关重要，尤其是涉及塑料成型的公司，无论大小。人们可能对旭化成的印象是一家成熟的大公司，但我们认为自己是一家斗志旺盛的初创公司。最重要的是，我的目标是使用 UD 磁带与那些寻求做有趣的事情并在世界上留下印记的公司建立引人注目的业务主张。

我期待着木村先生这一代人能够应对新的挑战，推动旭化成作为一家公司的发展，并推动其在下一个 100 年继续前进。