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	光盘注塑生产工艺-- 光学级PMMA的发明及应用（209）

		PMMA的学名为Polymethyl Methacrylate，中文学名则称为聚甲基丙烯酸甲酯，俗称有机玻璃或压克力。PMMA是由德国的化学博士Otto R鰄m氏发明，于1933年由德国的罗姆化学公司（原文为R鰄m）以“PLEXIGLAS”商标注册登记行销全欧。在近70年的时间中，“PLEXIGLAS”一词在欧洲已被大众广为接受，其知名度甚至凌驾罗姆化学公司本身。由于PMMA是光学特性和耐候性都非常优异的一种聚合物，因此它的传统市场多半集中于需要视觉美观的外在装饰品，除了我们常见的后车灯、灯罩、镜片、屋顶、广告招牌、板材等成熟的用途以外，在80年代出现的LD也为PMMA在光学方面的应用奠定了良好的开端。以光学原理来记录资料可以追溯至80年代初的LD（Laser Disc），中文称之为激光影碟。由于激光影碟的直径大，在所有塑料中具有较佳光学特性的PMMA于当时脱颖而出，成为制造激光影碟的基本材料。在经过LD时代的辉煌之后，由于光存储技术的发展要求资料的密度越来越大，光盘的直径越来越小，体积更小密度更高的CD（Comp-act Disc）取代了LD。最早的CD是以Audio CD和CD-ROM为主，陆续发展出VCD（Video Compact Disc）、CD-R和CD-RW等产品。从激光影碟跨越到CD的这段过程，不仅光盘的读取设备出现了革命性的改变，规范的制定与统一更是一项重大的成就。此外光盘的材料和制造设备也发生了长足的进步，吸水性低、玻璃转移温度高和耐冲击强度极为优异的工程塑料PC（Polycarbonate，聚碳酸脂）取代了昔日的PMMA。如果这样说：激光影碟造就了PMMA，CD造就了PC，并无任何不当之处。比较项目 CD-ROM DVD-ROM 光盘的厚度 1.2mm 0.6 mm×2 光盘的直径 120mm 120 mm Track Pitch 1.60μm 0.70μm Minimum Pit Length 0.83 μm 0.40μm 读取激光束的波长 770-830nm 635-650nm 资料容量 650MB ≥4.7GB 表1 CD和DVD光盘的比较娱乐事业的成长配合着数字科技的进步，DVD（Digital Versatile Disk）于1996年初首度面对世人。CD和DVD就储存媒体的特性是一致的，然而如表1所示，二者资料的容量和光盘规格却大不相同。DVD逐渐取代CD成为目前记录媒体主流产品的趋势日渐明显，相关的规范也日渐明朗。在光学存储技术不断发展的同时，PMMA材料本身也不断在提升，如同各种制造设备的持续进步，新开发的数字光学级PMMA在光盘市场当然有其定位与前景。自1996年起德国罗姆化学公司率先开发PMMA在DVD光盘方面的应用以来，欧美陆续有其它知名的PMMA厂商投入；在1998年底以PMMA制的DVD-5光盘业已在德国商业化。 PMMA光盘的价格和质量水平从价格上讲，PMMA比PC低廉许多，这是由于制造PMMA所需的原料和工艺都比PC简单。由于市场、消费习惯、国民收入水平、法令法规及技术背景的不同，台湾集中量产CD-R，中国南方则专注于发展VCD，但对两岸三地而言，DVD都是一个新的发展机会。由于各类型DVD的记录容量远超过目前的CD-ROM或CD-R，不难想象DVD市场的成长倍数将不会象CD一样巨大。如果PC的价格以每吨2750美元估算，改用PMMA则原料成本平均每吨可以节省15%。对于拥有5条DVD或VCD生产线的一家公司而言，每月能节省1万美元。由于制造各种光盘的原料比重和成本结构不同，故PMMA在CD-ROM、VCD、CD-R和DVD等各种光盘的相对优势并不相同。从性能上比较，光盘的质量要求主要有3项指标，分别是光学特性、机械特性和电气特性。如果以制造DVD来比较PMMA和PC两种光盘材料的异同，我们可以归纳为表2。表2 PMMA和PC在制造DVD的比较光盘基片的材料 PLEXIGLAS DQ501 PC 原料价格约比PC低15% 原料密度 1.19g/cm3 1.20g/cm3 干燥温度 90℃×4小时 130℃×4小时注塑成形的加工温度 270-295℃ 320-350℃ 光线的透过率 92%（3mm厚度） 89%（1mm厚度）双折射 <30nm 40-60 nm 表面硬度 4H HB 玻璃转移温度（10℃/min） 110℃ 140-145℃ 23℃吸水性（相对湿度50%） 0.60% 0.15% 80℃×96小时耐候实验（相对湿度50及70%）通过测试通过测试就所有光学特性而言，PMMA远比PC优异。在DVD时代，对光盘及其读取设备光学特性的要求应会越来越高。就个别机械特性而言，PMMA的吸水性、玻璃转移温度和耐冲击强度的确逊于PC；其它项目诸如抗张强度、表面硬度和弯曲强度，则是PMMA优于PC；PMMA和PC在电气特性无分轩轾。虽然每家记录媒体公司内部质量要求各有不同，但红皮书是公认的最重要规范之一，PMMA光盘的机械特性则完全符合红皮书的各项规范。由于PMMA制的光盘无法象PC制的光盘一样弯曲到180度而不断裂，所以在笼统的讨论情况下极易陷入PMMA比较脆的误区，事实上这正是笔者亟欲澄清的盲点。一张光盘宣告不能使用常常是因为表面被铅笔或其它硬物刮伤，导致储存资料的坑点结构读取失败所致，抗拒刮伤的能力和表面硬度成正比，反而和耐冲击特性无关。现实环境之中即使把光盘弯曲到180度没有断裂，也不代表该光盘还能够继续使用，因为微小的坑点结构或是染料记录层一旦受到来自于垂直方向强大力量的挤压拉伸之后，储存资料的完整性已经很难有所保证。在光盘内外直径维持不变的条件之下，随着记录容量的增加，读取资料所需激光束的波长势必越来越短。1mm厚的PC对目前所用650nm红色激光的透过率度最高也只有90%；如果短波长激光成为发展趋势，未来415nm左右的蓝色激光可能会对PC材料在光盘方面的应用构成一定程度的压力。PMMA即使厚度高达3mm，对波长380~780nm的激光束平均都能够维持92%的透过率。至于双折射（Birefringen-ce）这一项目，更是PMMA最引以为傲的光学特性之一。PMMA的高透光率和低双折射值是本质特性的一种表现，不容易受操作条件的影响。如表2所示，PMMA光盘双折射值要低于30nm并不难。PC光盘的双折射值大多数在40到60nm的范围，低于40nm以下则非常困难。 PMMA材料的应用前景从加工工艺角度讲，制造光盘涉及了注塑成形等程序，因此材料加工性的难易程度也是考虑因素之一。注塑成形是赋与光盘具有母板一样的形状和尺寸。PMMA本身有良好的加工特性，注塑成形时的操作温度平均可以比PC低40~50℃。注塑成形时塑料所承受的Shear Stress多在103~104 1/sec的范围之间；在260℃、这种Shear Stress的条件之下，PMMA的熔融黏度和流动性远比同一条件下的PC来得好。从设备角度讲，原本以PC为原料的机台，切换到PMMA原料时仅需要依照PMMA原料供货商提供的说明调整注塑条件参数或者对模具的浇口加以局部修改即可，日后再改回PC原料并没有任何困难。PMMA原料供货商、注塑成形机制造商或模具制造商皆能提供这部分服务。 PMMA光盘的未来 DVD的音效画质都比CD好，本世纪记录媒体的明星产品未来将以DVD为主流，光盘材料的质量亦需随之提升。相对于其它光盘材料，PMMA在透光率、双折射等极为重要的光学特性上拥有绝对优势，价格上更有很强的竞争力。在机械特性上，PMMA也有符合红皮书的不错表现。在追随数字科技的潮流之中，PMMA光盘必然有其前景 cd-time



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