创新技术

科普知识学习
机器人时代,塑料材料如何成为关键推手?
探索工程塑胶如何应用于人形机器人的感测器、精密关节与电子系统,了解 Revonox® 608 抗氧化剂如何协助提升 PC、PET、PA66 等材料的高温加工稳定性与护色表现。
 
CHITEC TECHNOLOGY
CONTACT US ↗
ENGINEERING MATERIALS × ROBOTICS

机器人时代,塑料材料如何成为关键推手?

从头部传感器到精密关节,探索高分子材料如何支撑下一代机器人技术

From Polymers to Robotics: Engineering Materials for the Next Generation of Robots

 

当机器人变得更智慧,材料也必须跟着进化

当我们谈论机器人,首先想到的往往是人工智能、精密芯片、传感器与马达。然而,真正让这些技术得以整合成一台能够感知、移动与执行任务的机器人,背后还有一项不可忽视的关键—高分子材料(Polymer Materials)。

从头部的透明传感器保护罩、胸部的电子控制模块,到手臂关节、精密齿轮、电气连接器及足部保护零件,塑料早已深入机器人的各个功能系统。

塑料的价值不仅在于减轻重量。工程塑料凭借其机械强度、耐热性、尺寸稳定性、电气绝缘与加工设计弹性,协助机器人在有限的机体空间中整合更复杂的功能。

而随着机器人从研发原型走向实际应用,材料面临的挑战也随之升级。

机器人可以变得更智慧,但材料必须先足够稳定。

这正是高性能工程塑料与材料稳定技术在下一代机器人产业中,值得持续关注的原因。

01

从智能制造到人形机器人:机器人产业正走向更广泛的应用

机器人产业正经历从单一自动化设备走向高度整合智能系统的转变。

在传统制造环境中,工业机器人已广泛应用于焊接、搬运、组装及质量检测。随着人工智能、机器视觉、感测技术与自主控制能力持续进步,机器人的应用范围也逐渐延伸至智能物流、医疗照护、商业服务、农业及户外巡查等领域。

尤其人形机器人(Humanoid Robots)的发展,正在推动机械结构与材料设计进一步升级。

相较于传统固定式工业机器人,人形机器人需要在有限的机体空间中整合更多传感器、马达、致动器、控制器、电源系统与精密传动零件,同时兼顾轻量化、机械强度、动作灵活性及能源效率。

从 BMW 在汽车制造场域进行人形机器人测试,到 Agility Robotics 推动 Digit 机器人在物流与制造环境中的商业部署,再到 NVIDIA 持续发展 Physical AI 与机器人模拟、训练平台,产业正逐步将机器人技术导入实际工作场景。

当机器人需要更精密的动作、更高程度的系统整合,以及更稳定的制造质量时,材料不仅必须符合零组件的功能需求,也必须承受更复杂的加工与使用条件。

02

解构机器人:从头部到足部的高分子材料应用

机器人是一套整合感测、运算、驱动、传动及电气系统的复杂设备。

不同部位的功能需求各不相同,因此材料选择也必须考虑光学性能、机械强度、耐热性、耐磨耗、电气绝缘、加工稳定性及使用环境。

头部与视觉感测系统:PC、PMMA

机器人的头部通常整合摄影机、3D 传感器、显示接口、LED 状态指示灯及其他光学组件,是实现环境感知与人机互动的重要区域。

聚碳酸酯(PC)与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)可依其光学与机械特性,应用于相机模块外壳、透明保护罩、传感器外壳及光学周边零件。

PC 具有良好的耐冲击特性,而 PMMA 则具备优异的光学透明度。实际选材仍需依据传感器的工作波段、机械要求及使用环境进行评估。

对透明、白色及浅色零件而言,材料的初始色泽与加工后外观质量尤其重要。

高温加工过程可能引发聚合物氧化反应,造成黄变与材料质量变化;此外,添加剂本身的色泽也可能影响最终零组件的外观一致性。

因此,具备低初始色与良好加工稳定性的抗氧化系统,是这类材料值得评估的技术方向。

躯干与外部保护壳:PC、ABS、PC/ABS、PP

机器人的胸部、背部、手臂与腿部外壳,除了塑造产品外观,也肩负保护内部电子模块、线路及机械结构的功能。

PC、ABS、PC/ABS 及 PP 等材料,可依耐冲击、刚性、重量、加工性与成本需求进行选择。

例如,PC/ABS 可作为需要兼顾耐冲击与成型加工性的外壳候选材料;PP 则可依设计需求用于轻量化保护罩、线缆固定件及内部非承载塑料零件。

随着机器人逐渐进入户外配送、农业与巡查等应用环境,外部塑料零件也可能长期暴露于紫外线、热与湿气之下。

这些因素可能造成材料黄变、褪色、光泽下降及机械性能劣化。

因此,外部保护材料除了需要重视加工稳定性,也可依使用环境评估紫外线吸收剂(UVA)及受阻胺光稳定剂(HALS),建立更完整的材料保护策略。

肩部、手臂与关节传动系统:PA、POM、PPS、PEEK

肩部、手臂、肘部、膝部及其他关节系统,是机器人完成精密动作与负载控制的重要结构。

这些部位可能包含齿轮、轴套、滑动件、轴承保持架、固定件及其他机械结构零件。

聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚苯硫醚(PPS)及聚醚醚酮(PEEK)等工程塑料,可依机械强度、耐磨耗、耐热性、尺寸精度与成本需求,作为相关零件的候选材料。

其中,PA66 具有良好的机械性能与配方设计弹性,可透过玻璃纤维补强、阻燃、耐磨、润滑及热稳定等技术,满足不同零组件的需求。

然而,当多项功能整合于同一材料体系时,添加剂的使用效率与配方兼容性,也会影响整体材料设计空间。

尤其在高温混炼、挤出与射出成型过程中,如何降低氧化劣化并维持稳定的加工质量,是工程塑料材料开发的重要课题。

灵巧手与柔性接触零件:PA、POM、TPU、TPE

灵巧手是人形机器人实现精细操作的重要技术。

为了完成抓握、旋转、按压及对象操作,灵巧手通常整合刚性结构、精密传动、传感器与柔性接触材料。

PA 与 POM 等工程塑料可依需求应用于精密机构及支撑零件;热塑性聚氨酯(TPU)与热塑性弹性体(TPE)则可作为指尖接触垫、柔性保护层及其他弹性零件的候选材料。

这类材料除了需要满足机械性能要求,也可能面临反复弯折、摩擦磨耗、热氧化及环境暴露等挑战。

由于不同树脂的化学结构与老化机制存在差异,稳定添加剂的选择必须依材料种类、加工条件及最终性能需求进行评估。

马达与电气系统:PBT、PET、PA

机器人的马达、致动器及电气系统需要大量精密塑料零件,包括连接器、绝缘零件、电气接插件及马达周边结构件。

聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)与 PA 等工程塑料,可依耐热、电气绝缘、尺寸稳定性及机械性能要求进行选用。

这些材料通常需要经历混炼、挤出或射出成型等加工程序。

当加工温度提高,材料可能因热与氧气作用而产生氧化劣化,进而影响色泽、加工流动性及质量一致性。

因此,适当的抗氧化稳定技术,可成为精密电气零组件配方开发的重要一环。

电子控制与内部保护系统:PC、PBT、PET、PP

机器人的电子控制系统整合控制器、传感器、电源管理模块、电池周边结构及大量线材。

PC、PBT、PET 与 PP 等材料,可依不同功能需求应用于控制器外壳、电子模块结构件、电气绝缘薄膜、线缆固定件及内部保护零件。

其中,PET 薄膜及相关材料也可作为电气绝缘、柔性电子及柔性扁平电缆(FFC)相关应用的候选材料。

对需要经历多次加工的 PET 而言,累积的热历史可能造成黄变与熔融流动性变化,影响不同加工阶段及批次间的质量一致性。

因此,改善 PET 多次加工的抗氧化与护色表现,是值得关注的材料开发方向。

腿部、足部与移动系统:PA、PC/ABS、POM、TPU、TPE

腿部与足部是人形机器人承受动态负载的重要区域,需要兼顾结构强度、耐冲击、尺寸稳定性与摩擦控制。

PA、POM 与 PC/ABS 等材料,可依设计需求用于机械零件及保护件;TPU、TPE 等弹性材料则可作为部分接触垫与柔性保护零件的候选材料。

除了材料本身的机械性能,这些零件也可能面临长期热负荷、循环疲劳、磨耗及户外环境暴露。

因此,材料开发需要同时考虑树脂选择、结构设计与适当的稳定添加剂技术。

03

当材料性能升级,加工稳定性成为新的技术挑战

从头部传感器到精密关节,工程塑料的应用让机器人能够兼顾轻量化、功能整合与零组件设计弹性。

然而,材料从树脂转化为精密零组件的过程,往往需要经历混炼、造粒、挤出及射出成型等多道加工程序。

随着工程塑料朝向更高耐热性与复杂配方发展,加工条件也可能更加严苛。

在高温与氧气作用下,聚合物可能发生氧化反应,造成黄变、熔融流动性变化及材料质量下降。

对透明、白色与浅色材料而言,这些变化可能影响外观质量;对精密结构及电气零组件而言,加工稳定性则与制程控制及质量一致性密切相关。

因此,除了选择合适的工程塑料,如何透过抗氧化技术降低加工过程中的氧化劣化,也成为材料配方设计的重要课题。

04

Revonox® 608:为下一代机器人高性能塑料提供加工抗氧化方案

随着机器人零组件朝向高精度、高耐热及高度整合发展,材料稳定剂也需要因应更严苛的加工条件。

奇钛科技 Revonox® 608 是一款高性能亚磷酸酯抗氧化剂(Phosphite Antioxidant),着重于高温加工稳定性、良好的水解稳定性及低初始色等产品特性。

根据奇钛科技现有产品数据,Revonox® 608 可作为 PC、PET、PA、PMMA、PBT 及 PP 等聚合物体系的候选抗氧化方案,协助材料开发人员评估加工过程中的氧化劣化与质量稳定性。

高热稳定性,因应严苛加工条件

当工程塑料的加工温度提高,抗氧化剂本身也必须具备足够的热稳定性。

Revonox® 608 的热重分析(TGA)显示,其 10% 重量损失温度达 383.08°C,展现良好的高温热稳定性。

这项特性使 Revonox® 608 成为高温工程塑料配方中值得评估的抗氧化剂选项。

需要注意的是,TGA 热失重温度是评估添加剂热行为的重要指标,并不直接等同于所有树脂系统的建议加工温度。实际使用仍需依树脂、停留时间、配方及加工条件进行验证。

良好的水解稳定性,改善亚磷酸酯的应用挑战

亚磷酸酯抗氧化剂可透过分解氢过氧化物等机制,协助抑制聚合物在加工过程中的氧化劣化。

然而,传统亚磷酸酯可能受到水分影响而发生水解,降低其稳定作用。

Revonox® 608 着重于改善抗氧化剂本身的水解稳定性,降低水分对亚磷酸酯造成的影响,为工程塑料配方提供更多稳定性设计选择。

抗氧化剂本身的水解稳定性,不应与基材的抗水解性能混为一谈,两者仍需分别评估。

低初始色,兼顾抗氧化保护与材料外观

对于透明传感器保护件、相机模块外壳、显示器保护层、LED 灯罩及白色外观件而言,材料色泽是重要的质量指针。

除了树脂在加工过程中可能产生黄变,添加剂本身的初始色也可能影响最终零件的外观表现。

Revonox® 608 具备低初始色的产品特性。

在奇钛科技提供的 280°C、2 小时熔融色泽比较条件下,Revonox® 608 呈现清澈、低色泽的外观,相较部分比较品展现较低的初始色泽。

这项特性使其值得导入透明、白色及浅色聚合物配方进行评估,以协助降低抗氧化剂本身色泽对材料外观的影响。

对于实际光学零组件,仍需进一步验证透光率、雾度、黄度指数及相关光学性能。

PET 多次加工稳定性,维持护色与材料质量

PET 可依材料设计应用于机器人电气绝缘薄膜、柔性电子相关材料、电池与电源系统绝缘,以及 FFC 相关绝缘材料。

当 PET 经历配混、造粒、挤出及再次加工时,累积的热历史可能造成黄变与熔融流动性变化。

其中,采用 500 ppm Deox® 10 + 1,500 ppm Revonox® 608 的配方,在测试条件下展现良好的护色表现与熔融流动性稳定性。

这项结果显示,Revonox® 608 可为 PET 多次加工稳定性的抗氧化方案,有助于材料开发人员评估如何降低重复热加工造成的质量变化。

PA66 护色测试:以更低添加量展现配方效率

PA66 可依不同设计与配方需求,应用于机器人的齿轮、轴套、滑动件、轴承保持架、连接器外壳及其他机械结构零件。

为满足机械强度、耐磨、阻燃、润滑与耐热等需求,PA66 配方可能整合多种功能性添加剂。

在PA66 比较测试中,两组配方均搭配 0.2% MD-1098,分别使用 0.8% Deox® 68 与 0.2% Revonox® 608。

测试项目 0.8% Deox® 68 配方 0.2% Revonox® 608 配方
加工温度 280°C 280°C
挤出后黄度指数(YI) 8 6
120°C、12 小时烘烤后 YI 24 15

在此特定测试条件下,Revonox® 608 的添加量仅为比较抗氧化剂的四分之一,仍展现较低的黄度指数。

这项结果显示,Revonox® 608 具有值得进一步评估的护色效率,可为 PA66 复杂配方提供更多添加剂设计选择。

对需要整合补强、阻燃、耐磨及其他功能性设计的工程塑料而言,较低的抗氧化剂添加量,也可能提供更多配方调整弹性。

05

从材料需求出发,探索 Revonox® 608 的机器人应用机会

根据 Revonox® 608 的产品特性与既有材料应用数据,以下机器人零组件可作为优先技术评估方向。

机器人功能系统 候选材料 主要零组件 Revonox® 608 评估方向
视觉与感测系统 PC、PMMA 相机模块外壳、透明保护罩、传感器外壳 低初始色、加工抗氧化
电子与控制系统 PC、PBT、PET 控制器外壳、电气连接组件、电子模块结构件 高温加工与色泽稳定
关节与运动系统 PA 齿轮、轴套、滑动件、机械结构零件 加工稳定性、护色效率
马达与电气系统 PBT、PET 连接器、绝缘零件、电气接插件 抗氧化与加工质量控制
轻量化与保护部件 PP、PC 保护罩、线缆固定件、内部非承载零件 加工稳定性与外观质量

不同树脂的加工温度、添加剂兼容性及性能要求存在差异,因此实际导入前仍应进行个别测试。

此外,Revonox® 608 适合评估于较高加工温度的聚合物体系;对于 PE、PU 等低加工温度材料,不建议直接采用 Revonox® 608,应选择更适合的稳定技术。

06

不只 Revonox® 608:更多机器人材料也值得探索稳定添加剂的应用可能

机器人材料的需求并不局限于 PC、PET、PA、PMMA、PBT 及 PP。

随着机器人朝向更多元的应用场景发展,ABS、PC/ABS、ASA、POM、PPS、PEEK、TPU、TPE 及不同涂层系统,也可能成为重要的材料开发方向。

例如,PC/ABS 可作为外部保护壳的候选材料;POM、PPS 与 PEEK 可依机械与耐热需求用于精密运动零件;TPU 与 TPE 则可应用于部分柔性接触件、保护层及弹性零件。

因此,除了 Revonox® 608,奇钛亦可依不同树脂系统与应用条件,协助客户评估其他抗氧化剂及光稳定技术的导入可能性。

户外机器人:Chiguard® 紫外线吸收剂与 HALS 的应用机会

对于户外配送机器人、农业机器人、巡检机器人及其他长期暴露于日照的设备,紫外线可能加速部分高分子材料的光氧化劣化。

依材料特性与配方需求,可评估 Chiguard® 紫外线吸收剂(UVA)及 HALS 光稳定技术,协助改善适用材料的耐光与耐候表现。

实际选型仍需考虑树脂兼容性、加工温度、光学要求及耐候测试结果。

当机器人从工厂走向更多元的应用环境,材料的角色也正在改变。

高分子材料不再只是轻量化与结构设计的选项,更是支撑精密感测、电气整合、机械运动及产品可靠性的重要基础。

对材料开发人员而言,真正的挑战不仅在于选择合适的树脂,更在于如何让材料在加工过程中维持稳定质量,并因应不同使用环境的性能要求。

Revonox® 608 透过高热稳定性、良好的水解稳定性及低初始色等特性,为机器人相关工程塑料提供值得评估的加工抗氧化方案。

同时,面对户外应用、透明材料、柔性零件及其他高性能塑料,奇钛也持续提供多元的抗氧化与光稳定技术,协助客户探索不同材料系统的稳定性设计。

与奇钛科技携手,探索下一代机器人材料的更多可能

无论您的需求是改善高温加工稳定性、降低材料黄变、提升配方设计弹性,或评估长期耐候保护,奇钛都欢迎您与我们分享材料应用及技术挑战。

Contact Us|sales@chitec.com

Chitec Technology — Sustainable Additives, Better Future

© Chitec Technology · Sustainable Additives, Better Future
感想与评论
留下您的评论...



關閉

建議您使用以下瀏覽器觀看本網站,
以獲得最佳瀏覽效果。

要下載瀏覽器,請直接點擊以下: