旭化成為何開發UD膠帶？

為什麼我們要開發UD膠帶？解決更引人注目的開發項目並推動公司在下一個 100 年向前邁進

2022 年，我們慶祝了旭化成100 週年，並立即開始邁向下一個 100 年，採取富有挑戰性的舉措，建立可持續社會並創造新價值。

今天我們請教了兩位工程師－從事不織布等產品開發的Shunta Kimura​和UD膠帶（單向膠帶，一種單向纖維增強材料），以及多年來一直為旭化成聚酰胺開發做出貢獻的專家技術專家 Yuki Mori，向我們介紹UD膠帶以及旭化成如何來開發它。

――UD UD膠帶是什麼類型的產品？

森：​UD膠帶（“單向帶”，單向纖維增強材料），我們旭化成開發的纖維增強材料是用聚醯胺樹脂（PA、尼龍）浸漬碳纖維而製成的，其中碳纖維約佔體積的一半。用於這種浸漬的聚醯胺樹脂是基於旭化成生產的聚合物技術。LEONA™聚醯胺樹脂。UD膠帶的主要特點是其增強纖維呈現單向連續結構，使纖維能夠最大限度地發揮其增強效果。

――UD UD膠帶的特性如何反映旭化成的獨特能力？

Mori：我們的UD膠帶 有三個關鍵優勢：碳纖維中聚醯胺樹脂的緻密浸漬、黏合力強以及吸水導致的物理性能變化最小。首先，我們使用的專用聚醯胺樹脂在加熱至熔融狀態時具有極低的黏度，使其能夠自由流過碳纖維之間的間隙，以實現深度滲透和緻密浸漬。在這樣產生的材料中，碳纖維和樹脂以高度整體結構緊密地堆積在一起，從而最大限度地提高了碳纖維的增強效果。如果浸漬不夠緻密，材料最終會包含大量空區域，稱為空隙。當由富含空隙的UD膠帶製成的模製產品受到負載時，空隙會成為材料失效的原點，從而降低材料性能。

我們還透過控制專用聚醯胺樹脂的熔化和凝固行為來提高黏合性能。UD膠帶中使用的聚醯胺樹脂具有熱塑性，這意味著它可以透過在模具中加熱而熔化，然後透過冷卻而固化以生產成型產品。當透過在熱壓機中堆疊多層UD膠帶來製造模製產品時，UD膠帶層彼此粘合得很好。同樣，對於涉及UD膠帶上的材料加熱至熔融狀態的注塑工藝，我們觀察到UD膠帶和注塑材料之間具有良好的黏合力。最後，典型的聚醯胺樹脂存在一個問題，即其材料性能會因吸水而降低，但這是我們的LEONA™聚合物技術得到充分利用的一個領域。

UD膠帶透過多種成型技術提升成型產品的附加價值

――UD UD膠帶在成型技術中有哪些應用？

Kimura：由 UD膠帶形成的組件與注塑技術結合使用時，使我們能夠生產出強度增強且形狀與最終產品相似的注塑組件。例如，透過在註塑過程之前將預先成型的 UD 膠帶環插入射出成型模具中，我們可以製造複雜的組件，其入口區域因環的存在而增強強度。

對於由以下材料製成的組件UD膠帶就其本身而言，一種常見的成型方法是「熱壓成型」：從原材料片材中切出所需形狀的多個副本，在模具中一層一層地放置在模具中，加熱到UD膠帶的熔化溫度以上，然後在室溫下冷卻。施加壓力，將膠帶層熔合成整體模製部件。另一種方法利用了UD膠帶的獨特優勢之一（碳纖維的連續性），將材料片切割成邊長可能為幾厘米的矩形碎片，然後將這些碎片隨機裝入模具中進行加熱-壓製成型。此技術可用於生產具有複雜3維形狀的產品。

另一種方法是“疊層成型”，其中UD膠帶在貼到組件上時會透過雷射加熱而熔化。這使得UD膠帶僅適用於所需的區域和方向，確保材料資源的有效利用。最後，稱為「纏繞」的方法涉及將UD膠帶纏繞在旋轉軸上，同時加熱以熔化膠帶。這使得可以製造管道、環和其他難以透過壓製成型實現的形狀。

幕後花絮：UD膠帶發展的不為人知的歷史

――旭化成是如何發展UD膠帶的？

Mori：我需要從很早以前開始。旭化成一直透過將不同種類的單體與聚醯胺 66 基材混合來生產各種類型的聚醯胺。 20 世紀 90 年代末，LEONA™ 90G 系列應運而生，這絕對是我們的熱門產品線之一。這些樹脂基於準芳香族聚酰胺 66 聚合物，我們透過將聚醯胺 66 與芳香族成分混合製成，並且它們使我們能夠開發透過混合高濃度玻璃纖維和其他增強劑來增強的注塑級。

當時我負責國內外客戶的技術支持，目標是促進90G系列產品的銷售。果然，我們的銷售額相當穩定地成長，但最終我們開始聽到遠離日本的地方（例如美國和歐洲）的客戶對成本的抱怨。原因是我們混合基礎聚合物的生產設施位於日本宮崎縣延岡市，我們將產品從那裡一路運送到海外客戶。因此，這促使我們設計並實施本地生產計劃，以最大限度地降低成本。後來，在 2018 年，即LEONA™ 90G 系列問世約 20 年後，出現了一種新型準芳香族聚醯胺聚合物，其芳香族成分比例更高，這構成了我們開發的LEONA™ SG 系列的基礎。目前正在推向市場。

 

――是否有一個特定的時刻讓您意識到我們需要繼續推進UD膠帶？

Mori：事實證明，將複合材料與射出成型結合的想法是我們 2017 年研究計畫中已經考慮過的想法。然後，2019年，我和一位在德國公司負責開發的好朋友聊天，我的朋友說「其實我們一直在嘗試做這樣的事情…」並給我看了一段描述UD膠帶應用的影片。這確實是啟動我們開發工作的動力。因為，當我看到那部電影時，我突然意識到，將UD膠帶與旭化成的注塑材料相結合，將為尋求用樹脂替代品替代金屬部件的客戶提供及時的解決方案。這種方法不僅可以消除漫長的材料開發週期，還可以增加我們注塑材料的附加價值，從而促進銷售。它也代表了我們從傳統的銷售策略（例如根據客戶要求開發新材料）轉向銷售解決方案的新精神（例如幫助客戶用樹脂替代品替換金屬零件）的轉變。就我個人而言，我發現這種更活躍、更具創意的工作類型更有趣，也更有價值。

 

――旭化成是UD膠帶領域的後來者。

森：是的，確實如此。碳纖維生產商是最早加入的，我們也是很久之後才加入的。但我想，如果旭化成不接受這樣的新挑戰，我們未來將永遠無法實現顯著成長。這就是為什麼我，作為負責開發的人，走到管理套件並試圖讓事情順利進行：我們不能只是不斷地向客戶詢問該怎麼做——很快我們就無法做到這一點靠我們自己的兩隻腳站起來！我們需要開始應對更大的挑戰！我對我們的工程師說：“嘿，讓我們聚在一起開發一些更有趣的東西！”

 

――木村先生是怎麼開始涉足UD膠帶的開發的呢？

木村：我從 2019 年開始就一直向森先生匯報，UD膠帶的開發是我們共同致力於的事情。但在此之前，自從 2017 年加入旭化成以來，我一直在研究再生碳纖維 (rCF)。我的專案之一是開發由 rCF 增強的注塑材料等級的應用，它提供了優異的比強度和比值。剛性。作為一個副業項目，為了促進工程塑膠業務組合從注塑成型轉移，我正在致力於開發不織布​​將 LEONA™ 纖維與長纖維 rCF 結合，其纖維長度約為幾厘米

這種類型的混合材料所需的成型技術和評估程序與注塑材料所使用的成型技術和評估程序完全不同，我試圖學習所有我能學到的東西——查閱學術文獻、參加研究研討會和會議，甚至坐在一起工廠車間的設備操作員試圖優化製程條件。真是太累了！但是，現在回想起來，我不會用這段經歷來換取世界——我在這個過程中學到的東西，以及我與模具製造商和研究機構建立的聯繫，至今仍在為我們的發展帶來紅利。UD膠帶。

UD膠帶的未來

――UD UD膠帶的下一步是什麼？您如何看待該產品未來的發展？您可以設想哪些新的應用領域？

Mori：目前，我們的開發計劃是基於 2025 年或 2026 年將UD膠帶推向市場的計劃。我們希望將我們的前景擴大到涵蓋電氣和電子設備、體育和休閒產品以及建築材料，並最終、汽車和航空航天零件。例如，在運動領域，我們認為將會應用於高爾夫球桿和運動鞋等產品。

我還認為，尋找新的企業合作夥伴與我們合作對於未來至關重要，尤其是涉及塑膠成型的公司，無論大小。人們可能對旭化成的印像是一家成熟的大公司，但我們認為自己是一家鬥志旺盛的新創公司。最重要的是，我的目標是使用UD膠帶與那些尋求做有趣的事情並在世界上留下印記的公司建立引人注目的業務主張。

我期待著木村先生這一代人能夠應對新的挑戰，推動旭化成作為一家公司的發展，並推動其在下一個 100 年繼續前進。