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人形機(jī)器人的發(fā)展日新月異，最新應(yīng)用了高性能工程材料PEEK（聚醚醚酮）、LCP（液晶高分子聚合物）、PA66（聚己二酰己二胺）的機(jī)器人產(chǎn)品已經(jīng)露面。機(jī)器人產(chǎn)品的關(guān)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)靈活轉(zhuǎn)動...
人形機(jī)器人的發(fā)展日新月異，最新應(yīng)用了高性能工程材料PEEK（聚醚醚酮）、LCP（液晶高分子聚合物）、PA66（聚己二酰己二胺）的機(jī)器人產(chǎn)品已經(jīng)露面。機(jī)器人產(chǎn)品的關(guān)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)靈活轉(zhuǎn)動，得益于高性能工程材料，這種材料具有耐磨、耐熱、阻燃、耐腐蝕、自潤滑等特性，且相較于金屬具有明顯的減重效果。
聚醚醚酮（PEEK）是一種具有耐高溫、耐磨、耐腐蝕、自潤滑等優(yōu)異性能的特種工程塑料，適用于人形機(jī)器人、新能源汽車、醫(yī)療器械等對輕量化要求較高的領(lǐng)域。2023 年12月12日，特斯拉最新一代機(jī)器人 Optimus-Gen2 的升級引起廣泛關(guān)注。該產(chǎn)品成功應(yīng)用 “樹脂之王”PEEK 材料，使機(jī)器人的重量減輕 10kg，行走速度提升 30%，其他性能進(jìn)一步加強。
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PEEK作為一種特種工程塑料，當(dāng)時市場需求主要來自航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。目前，包括人形機(jī)器人在內(nèi)的具身智能產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，引爆市場對PEEK材料的需求。PEEK材料在這些中高端領(lǐng)域有望逐步替代金屬材料。
PEEK 薄膜則集合了 PEEK 材料的諸多優(yōu)勢，并展現(xiàn)出獨特性能。其厚度可精準(zhǔn)控制，通過定向拉伸法制備的薄膜，厚度能達(dá)到極低水平，同時具備更高的強度和透光率。這使得 PEEK 薄膜在電子、光學(xué)等對材料性能要求苛刻的領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，在人形機(jī)器人的傳感器封裝、顯示屏等部件中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
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在人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)、骨架、外殼、電子系統(tǒng)等關(guān)鍵部位，PEEK 材料的應(yīng)用極為廣泛。其高強度、高耐磨和耐疲勞特性，使關(guān)節(jié)部件能承受頻繁運動產(chǎn)生的應(yīng)力，延長使用壽命；良好的尺寸穩(wěn)定性和可加工性，讓外殼能完美貼合內(nèi)部結(jié)構(gòu)，且通過表面改性可提升美觀性與衛(wèi)生性；優(yōu)異的絕緣性能保障電子系統(tǒng)信號穩(wěn)定傳輸，避免干擾。PEEK 薄膜在機(jī)器人的柔性電路、傳感器保護(hù)膜等方面也不可或缺，其輕薄、高強度和良好的電氣性能，有助于提升機(jī)器人的性能與靈敏度。
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PEEK材料不僅被應(yīng)用于具身智能產(chǎn)品之中，成為價值量較高的關(guān)鍵材料之一，而且有望延伸應(yīng)用到低空經(jīng)濟(jì)、智能駕駛等領(lǐng)域。據(jù)悉，隨著規(guī)?；瘧?yīng)用，PEEK綜合成本將持續(xù)下降，市場接受度也將提高，未來前景廣闊。
普通工業(yè)機(jī)器人，關(guān)節(jié)在2-10軸之間，而人形機(jī)器人關(guān)節(jié)數(shù)量預(yù)計在40個以上(特斯拉Optimus 40個)，每一個關(guān)節(jié)都需要一臺伺服電機(jī)，所以伺服電機(jī)是人形機(jī)器人的主要核心零部件之一。
機(jī)器人的伺服電機(jī)連接器等電子元器件中廣泛使用特種工程塑料，尤其是LCP材料。LCP（Liquid Crystal Polymer）又稱液晶聚合物，具有流動性好、尺寸穩(wěn)定性好、耐高溫、高頻介電穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，適用于精密元器件，是微型電機(jī)、高頻信號連接器的最佳材料選擇之一。
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LCP薄膜主要應(yīng)用在消費電子的天線 FPC 軟板上。消費電子內(nèi)部的天線通常制造在FPC（柔性電路板）上，要求配線密度高、重量輕、厚度薄、彎折性好，起到連接天線和主板的功能。LCP材料制成的軟板具有介電常數(shù)低，介電損耗低、吸水率低、性能穩(wěn)定的特性，在通信波段高于 15GHz 的 5.5G 頻段的介電損耗具有明顯優(yōu)勢。在 5G 的通信波段（3-5GHz）下，LCP軟板與當(dāng)前主流 MPI 軟板介電損耗差異不明顯，而隨著頻率的升高，MPI的損耗明顯，在大于 15GHz 以上的頻段甚至毫米波頻率范圍內(nèi)，LCP的介電性能更優(yōu)于 MPI。LCP在介電常數(shù)、介電損耗因子、吸水率三大性能指標(biāo)都明顯優(yōu)于其他材料。
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LCP薄膜的制備是LCP天線的主要瓶頸之一。LCP薄膜工藝復(fù)雜，需要大量實踐才能完成薄膜的制備，且薄膜制備后還要完成熱處理，因此合格的薄膜生產(chǎn)壁壘極高。
目前LCP薄膜生產(chǎn)方法主要是吹膜法、流延法以及溶液法等，不同的成膜工藝對樹脂要求也不同。
吹膜法是將LCP樹脂經(jīng)擠出機(jī)熔融塑化后，經(jīng)環(huán)形口模擠成管坯，同時以注入管坯里的壓縮空氣將其進(jìn)一步吹脹，經(jīng)過冷卻、牽引、收卷后得到LCP薄膜。
擠出流延法是目前LCP主流的加工工藝之一，也稱為雙向拉伸法。LCP樹脂經(jīng)擠出機(jī)加熱、熔融塑化后，會通過T型結(jié)構(gòu)的成型模具擠出，并流延到冷卻輥上，冷卻降溫定型后，再通過牽引、切邊后收卷得到LCP薄膜。
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涂布法又稱為溶液澆筑法，即把LCP樹脂溶解后形成溶液，再涂布到承載膜上獲取LCP薄膜，或直接涂覆到銅箔上獲得FCCL。這種工藝的優(yōu)勢在于，LCP是從無定型狀態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)熱處理的薄膜，可以規(guī)避注塑擠出成型帶來的各向異性問題，同時可在溶液中添加更多助劑為產(chǎn)品進(jìn)一步賦能。
聚酰胺（Polyamide，簡稱PA），通常被稱為尼龍，是一種熱塑性塑料，因其優(yōu)異的機(jī)械性能、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性，在眾多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。在人形機(jī)器人領(lǐng)域，聚酰胺材料因其輕量化、高強度和多功能性而得到廣泛應(yīng)用。
例如，OpenAI押注的人形機(jī)器人公司——挪威 1X Technologies 公司的家用機(jī)器人 Neo Gamma，其外殼采用編織尼龍材質(zhì)，不僅提升了機(jī)器人的安全性，還使機(jī)器人在外觀上更加親和。
以法國 Ensta ParisTech 公司和 Flowers Lab 公司設(shè)計的機(jī)器人 Poppy 為例，其采用選擇性燒結(jié)（SLS）工藝 3D 打印而成的零件中，就包括了 PA 材料制造的傳動部件。
同時，人形機(jī)器人完成高難度空翻，其輕盈靈動動作的背后，改性聚酰胺材料為支撐。再比如，機(jī)器人在極寒、高濕、強腐蝕等特殊環(huán)境工作，則需要碳纖維增強半芳香聚酰胺材料。
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圖片來源：上海聯(lián)凈復(fù)合材料技術(shù)有限公司 （溶液浸漬法）
高強度連續(xù)纖維增強聚酰胺以技術(shù)革新破解機(jī)器人骨骼設(shè)計瓶頸，可應(yīng)用于機(jī)器人骨骼和關(guān)節(jié)等零件中，實現(xiàn)以塑代鋼的輕量化效果。
圖片來源：上海聯(lián)凈復(fù)合材料技術(shù)有限公司 （熱熔浸漬法）
輕量化：相較于傳統(tǒng)鋁合金/鋼材質(zhì)，LFT-PA以輕量化(密度降低30%+)與耐腐蝕優(yōu)勢，成為“以塑代鋼”的創(chuàng)新解決方案，助力機(jī)器人骨骼在動態(tài)負(fù)載場景下兼顧敏捷運動與長效耐久。
高性能運動系統(tǒng)：通過特殊聚酰胺基體改性與結(jié)晶行為精準(zhǔn)調(diào)控，LFT-PA賦予材料高強度(抗拉強度≥250MPa)、高模量(彎曲模量15000MPa)的力學(xué)特性，同時實現(xiàn)多彩化、高光潔度的外觀表現(xiàn)，滿足機(jī)器人結(jié)構(gòu)件”性能+美學(xué)"雙重需求。相較于傳統(tǒng)鋁合金/鋼材質(zhì)，LFT-PA以輕量化(密度降低30%+)與耐腐蝕優(yōu)勢，成為“以塑代鋼”的創(chuàng)新解決方案,助力機(jī)器人骨骼在動態(tài)負(fù)載場景下兼顧敏捷運動與長效耐久。
塑造完美體表形象：LFT-PA粒子依托自主研發(fā)的交變壓力熔融浸漬技術(shù)與紅外輻射纖維預(yù)熱技術(shù)，突破傳統(tǒng)工藝局限，實現(xiàn)纖維與聚酰胺基體的高精度浸潤融合，確保LFT-PA粒子外觀無瑕、性能均一。
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