這個神奇發明，絕對可以讓你的智慧手機更輕、更耐用

本文由日經BP社提供

把覆蓋智慧手機螢幕表面的保護玻璃換成塑膠（樹脂），製造更輕的智慧手機；把汽車的車窗玻璃、齒輪和軸承等使用的鋁合金也換成樹脂，實現輕量化，從而延長純電動汽車和燃料電池車的續航距離、提高汽油車的燃效；使橡膠具備導電性，作為可穿戴部件的可伸縮電極材料，等等。

如今，有助於發掘新材料、促進以上各種設備和部件進化的製造技術，邁出了重要一大步。這種製造技術就是在施加剪切應力和壓力等外力的同時，混合不同材料的“高剪切成型加工技術”。採用這項技術可以實現不同聚合物材料的奈米級混合，使填料均勻、各向同性分佈。這種新型樹脂複合材料有可能具備前所未有的全新特點和功能（表1，圖1）。

高剪切成型加工技術的應用範圍極其廣泛，並不僅限於開篇介紹的那些用途。其中，與電子領域關係密切的是數位相機的輕量化。這項加工技術有助於開發出可替換光學鏡頭玻璃的透明樹脂，還可用於開發太陽能電池的電極材料以及染料敏化型太陽能電池的對極材料。鉑（Pt）是現在被普遍看好的一種電極材料，如果有機材料能取而代之，不僅可以穩定電極材料的採購，還能降低成本。

既透明又結實的樹脂是怎樣製作出來的？

關於高剪切成型加工技術在發掘新材料方面的效果，下面就以替代智慧手機保護玻璃和汽車車窗玻璃的透明樹脂的開發為例進行介紹。

作為此類透明樹脂的候選，聚碳酸酯（PC）和PMMA（聚甲基異丁烯酸，俗稱有機玻璃）一直是討論的焦點。不過，聚碳酸酯雖然耐衝擊性強、不易受損，但缺乏硬度，而PMMA雖然堅硬，但容易受損。因此，從很早以前，研發人員就開始開發聚碳酸酯與PMMA的複合材料。方法之一是對聚碳酸酯和PMMA進行沉積。但是，由於這兩種材料的膨脹率等性質不同，因此複合材料會產生翹曲。

於是，人們又開始研究將聚碳酸酯和PMMA混合的方法。如果只是單純混合，製造出的複合樹脂並不透明，而是白濁狀，無法替代玻璃。呈現白濁是因為分散相的顆粒過大，達到了幾μm到十幾μm，光線在界面發生了散射。如果能使分散相的顆粒縮小到小於光線波長的10nm到幾十nm，光線就能穿透，樹脂也就會變得透明。而利用高剪切成型加工技術，在施加剪切應力和壓力等外力的同時進行混合，分散相可以縮小到幾十nm以下。

這項加工技術還可以用來在聚合物中均勻地、各項同性地加入碳纖維等填料，提高材料的機械強度，或是使材料具備導電性，從而製造出能夠替代鋁的輕量樹脂和具備導電性的橡膠等。而且，對於前面所講的用來替代玻璃的透明樹脂，均勻加入添加劑也可以改善其耐久性和透明性。

可使用連續式加工機量產

這一次，高剪切成型加工技術之所以成功向實用化邁進一大步，要歸功於能大幅提高複合材料生產效率的連續式加工機的登場。東芝機械與研發型風險企業HSP Technologies合作開發除了這種加工機的試製機（圖2）。

   過去的高剪切成型加工機是間歇地吐出加工好的複合材料，無法實現連續處理。因此，單位時間的處理量非常少，只能面向研究用途。而這一次，兩家公司開發出的連續式加工機採用了新的裝置結構，採用了全新的高剪切混合用螺桿，能夠連續吐出加工好的複合材料。不僅處理量明顯增加，複合材料的特性也更加穩定。