智能卡卡基材料概述

文章出處：http://xianjuhong.com 作者：王成   人氣： 發(fā)表時間：2011年09月23日

1．引言

    智能卡又稱IC卡，指在其中封裝了集成電路芯片的卡片。IC卡具有存儲容量大、數(shù)據(jù)安全性高、防偽性好、應(yīng)用設(shè)備成本低、技術(shù)成熟等特點(diǎn)，在金融、公安、交通、通訊、服務(wù)、醫(yī)療等各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

    自1984年法國將IC卡用于電話卡并取得了巨大的成功以來，IC卡已經(jīng)取得到巨大的發(fā)展。中國于1993年開始啟動金卡工程，技術(shù)和市場都已比較成熟。


    制作IC卡的塑料片材稱為卡基材料，現(xiàn)通用的卡基材料主要有ABS(丙烯腈一丁二烯一苯乙烯1、PVC (聚氯乙烯)、PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、PETG(改性PET)等。目前使用最廣泛的卡基材料是PVC，但由于PVC中含有氯元素，此類材料不利于環(huán)境保護(hù)。近年來，隨著新材料的不斷推出和IC卡技術(shù)的快速發(fā)展，卡基材料的用料也在不斷變化，一些環(huán)保耐高溫、并可長期保存的新型卡基材料相繼推出，如：PETG、PC、PC／PBT等，每種材料都有不同的特點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)不同的需求加以選擇。

2．卡基材料介紹
 
2．1 PVC材料 

    PVC(聚氯乙烯)顆粒狀膠料是多組份的塑料，因?yàn)楦鹘M份的含量不同，外觀差異很大。有透明材料，也有不透明材料：有的柔軟有彈性，耐折迭；也有硬質(zhì)剛性機(jī)械性能優(yōu)良的材料。大部分的PVC有輕微毒性，但也有食品級的PVC膠顆粒。

    PVC可分為軟質(zhì)PVC和硬質(zhì)PVC。硬質(zhì)PVC的表面硬度、拉伸強(qiáng)度、剛性等都接近于工程材料的指標(biāo)。軟PVC一般用于壁紙、地板、天花板以及皮革的表層。硬質(zhì)PVC低溫變脆，對應(yīng)變敏感，變形后不能完全復(fù)原：軟質(zhì)PVC低溫變硬，熱穩(wěn)定性差，受熱降解(見表1)。

    在各種新型卡基材料逐漸推廣應(yīng)用的同時，PVC卡基材料仍然占有很大比例的市場份額，這是因?yàn)槠渖a(chǎn)成本較低，各種性能優(yōu)越，PVC薄膜幾乎不用經(jīng)過任何處理就能印刷、熱壓成型，所以依然得到很大應(yīng)用，PVC材料適用于卡表面需要印刷磁條，簽名或者凸字和全息標(biāo)志的IC卡。但其環(huán)保性差，高溫時會釋放出含HCL氣體．對環(huán)境造成危害，業(yè)界已經(jīng)開始逐步淘汰PVC卡基材料。 

    隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些PVC的復(fù)合材料，如：PVC／ABS、PVC／PET、PVC／PE等，其性能較PVC有所改善。

2. 2 PET 

    PET是熱塑性聚合物，由對苯二甲酸和乙二醇經(jīng)酯化反應(yīng)聚合而成，是一種結(jié)晶型聚酯，有明顯的熔點(diǎn)，250℃時熔化，360℃時分解：一般加工溫度為280℃一320℃(見表1)；PET是一種無色透明硬度較高且韌的材料．因此是生產(chǎn)照像底片的基材，也可用來生產(chǎn)錄音磁帶，錄像帶。PET薄膜材料比重低，不吸濕，絕緣性和透明度高，機(jī)械性能優(yōu)越，加工形變小，相塒耐磨性較好，抗化學(xué)腐蝕性好，制作的卡片表面光潔度高，使用壽命長，同時PET又屬于環(huán)保材料。南于以上這些 
優(yōu)點(diǎn)，PET材料被大量應(yīng)用在證卡制作行業(yè)。

    PET薄膜材料由雙向拉伸工藝加工而成。經(jīng)雙向拉伸后，最初無定形狀態(tài)下的大分子鏈沿拉伸方向取向產(chǎn)生結(jié)晶，薄膜各個位置分子鏈的變形情況不太一致，越靠近中心線方向的分子鏈變形越?。∠蚍较蛞膊惶嗤篌w方向沿著中心線逐漸向兩邊靠近，偏離角度的大小與拉伸比成正比。所以PET材料在使用過程中要配對使用，如不注意材料內(nèi)應(yīng)力方向，卡體兩面高分子材料的變形方向不一致就會造成卡體的翹曲。

    PET材料原始狀態(tài)并不適合印刷與熱壓粘結(jié)，需要經(jīng)過表面處理．使PET表面變得易于印刷和粘合， 目前的研究多集中在改善其抗靜電性．印刷適應(yīng)性，粘合性等當(dāng)面。

    表面改性的處理方式主要通過電暈、涂膠、光接枝的方法．使其表面功能化。達(dá)到可以印刷和粘合的目的。 

    目前市面上普通的PET保護(hù)膜大部分是在PET表面涂布一層熱熔膠．如EVA，還有一些是通過表面光聚合接枝技術(shù)，在PET表面合成一種低熔點(diǎn)聚酯化合物，達(dá)到改善印刷性和粘合性的目的。杜邦公司有一種成型PET保護(hù)膜，商品名稱為MELINEX PETF 3368．該薄膜是采用特殊工藝改變PET結(jié)晶狀態(tài)，并與普通PET薄膜共擠出制成。這種卡基材料可支持多種印刷技術(shù)，在120℃左右與卡體快速粘合．粘合過程不可逆。這種材料在歐洲和美國得到大批量使用，但由于其成本太高，國內(nèi)只有一些重要的法定證件在使用。

    因?yàn)镻ET薄膜很多時候需要打印或者印刷圖案，所以其表面靜電處理也是研究的熱點(diǎn)所在， 根據(jù)PET薄膜的具體使用要求，可以在PET薄膜材料表面噴涂或者淋灑防靜電液、防靜電顆粒．或者涂布防靜電涂層來解決這些問題。公安部第一研究所在這方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)．一些防靜電技術(shù)已經(jīng)在大規(guī)模制證過程中得到使用．取得了很到的防靜電效果。

2．3 ABS 

    ABS由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種單體合成，是一種表面具有較高光澤的淡黃色不透明顆粒 ABS是非結(jié)晶性材料，比重略重于水(見表1)。ABS材料剛性較大、抗拉強(qiáng)度中等：具有良好的耐化學(xué)腐蝕性和表面硬度、良好的韌性與耐沖擊性、易加工、流動性強(qiáng)、易于印刷和染色。

    改變ABS中三種單體的比例及兩相中分子結(jié)構(gòu)可制得不同型號的ABS材料，各種型號的材料性能上也存在很大不同。一般來說，各種型號的ABS材料都具有良好的光澤．硬度大．堅韌，剛性，機(jī)械性能適中等特點(diǎn)。因?yàn)槠湟子谟∷⒓半婂兊缺砻嫣幚聿⑶页叽绶€(wěn)定較好，所以適合做卡基材料。ABS用做卡基材料的一個缺點(diǎn)就是不能加印凸字，此外ABS耐候性較差，容易老化褪色變脆手機(jī)SIM卡使用的是PVC+ABS混合料。這種材料可以在在手機(jī)內(nèi)較高溫度環(huán)境中使用，如果卡體的使用環(huán)境要求耐熱，阻燃，一般會使用ABS卡基材料。

2．4 PC及其合金材料 

    1)PC(聚碳酸脂)剛硬堅韌，具有高透明性．表面有較高的光澤，機(jī)械強(qiáng)度接近尼龍：耐沖擊，耐高溫，不耐摩擦，不耐 
應(yīng)力開裂(見表1)，在蒸汽和許多有機(jī)容劑中能溶脹，并導(dǎo)致應(yīng)力開裂。PC材料具有很高的加工溫度，對層壓制卡設(shè)備有較高的要求，美國的一些證卡使用PC材料的比較多，國內(nèi)也有卡廠用PC生產(chǎn)一些高端卡。因?yàn)镻C含碳量高．并且高溫沒有有害氣體釋放，PC材料可以用來進(jìn)行激光刻蝕防偽。 

    2)PC合金材料，相對PC來說．PC合金材料由于其良好的加工性能得到廣泛的應(yīng)用，PC—PBT是PC與PBT的共混材料，保留了兩者的優(yōu)點(diǎn)：抗高溫形，抗應(yīng)力開裂，表面硬度較高，較高的剛性和韌性。這種材料主要用來制作大型或精密儀器外殼，如手機(jī)外殼 或者是汽車儀表盤等，其薄膜材料也可以用來作卡基材料，具有良好的印刷及環(huán)保性。美國GE公司與日本三菱公司都有該材料的薄膜產(chǎn)品．這種材料在日本的卡片上大量使用。

    還有一種是PC／ABS塑料：PC—ABS即有ABS的易加丁性又有PC良好的機(jī)械性和熱穩(wěn)定性，具有較高的表面硬度，較高的剛性和韌性，較高的抗應(yīng)力開裂性：機(jī)械性能介于ABS與PC之間。這種卡基材料相對來說用的比較少。

2．5 PETG 

    PETG是一種南1、4一環(huán)己烷二甲醇(CHDM)對乙二醇(EG)與對苯二甲酸(TPA)縮聚聚酯(PET)進(jìn)行共聚改性得到的聚酯，是一種非晶型共聚酯．材料透明度高、高抗沖、具有較高的硬度和良好的低溫韌性。廣泛應(yīng)用于板片材、高性能收縮膜、異型材、玩具、食品、高檔包裝材料等領(lǐng)域。

    PETG在證卡行業(yè)得到了越來越多的應(yīng)用，原因是其具有較低的加丁溫度(100％左右)，較高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)異的柔韌性，比PVC透明度高，光澤好，容易印刷并且具有環(huán)保優(yōu)勢。

    在歐洲、美國、El本，PETG材料廣泛應(yīng)用于電子支付及身份識別證件。Visa已認(rèn)可PETG為其卡基材料。國內(nèi)一些高檔證卡及重要的法定證件已開始用PETG作卡基材料。

    世界上生產(chǎn)PETG樹脂的廠家主要是伊斯曼公司和SK公司。生產(chǎn)卡基材料的廠家都是購買PETG樹脂及配方通過壓延或者是流延的方式加T成板材、片材、薄膜等，國內(nèi)做PETG材料的廠家目前有四家，都是采用進(jìn)口伊斯曼的樹脂生產(chǎn)卡基材料。
2．6紙質(zhì)卡基材料 

    因?yàn)镮C卡里面包含芯片和線圈．卡基材料的作用之一便是在外力作用時保護(hù)芯片和線圈不受損害。而紙由于硬度低、不耐彎曲、易皺折撕裂、不防水、不耐油污、不耐摩擦等缺點(diǎn)，在IC卡上較少使用。但紙張最重要的一個優(yōu)點(diǎn)就是其良好的印刷適應(yīng)性和低廉的成本，現(xiàn)有的一些防偽印刷方式必須在紙上才能實(shí)現(xiàn)，紙基材料也可以通過印刷的方式來制作天線，可降低制卡成本并提高制卡效率。 

    由于紙基材料的以上特點(diǎn)，在卡片的使用頻率不是很高，使用時問不是很長的情況下，考慮到紙質(zhì)材料的成本及良好的印刷性能．也可以用紙來作為卡基材料，在一些旅行證件上面．由于特殊防偽手段的需要，往往也用紙基材料制作。

    隨著造紙技術(shù)及材料科學(xué)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了各式各樣的滿足不同要求的特種紙。如美國的TESLIN復(fù)合紙：該材料由聚烯烴與SiO2復(fù)合而成．既有紙的性能又有塑料的性能，具有多微細(xì)孔、高填充、高防水、高吸附等特性．材料柔軟且強(qiáng)度高、可經(jīng)模具壓制成形。美國的護(hù)照、軍人證用TESLIN制作的．歐洲一些國家采用這種材料做電子旅行證件的INLAY；優(yōu)泊紙(YUPO)是以聚丙烯為主要原材料的合成紙。兼?zhèn)浼垙埮c塑膜的優(yōu)點(diǎn)，在商業(yè)印刷膜內(nèi)標(biāo)簽、包裝及信息用紙、證卡等各個領(lǐng)域都有很大應(yīng)用；DURASOFF／P紙．荷蘭SMARTRAC公司產(chǎn)品．由聚乙烯與二氧化硅及其他添加劑合成．SMARTRAC主要用其來制作INLAY。

    以上提到的各種高性能合成紙都有以下共同特點(diǎn)： 

    外觀精美，印刷性優(yōu)良；耐水、耐油、耐腐蝕；優(yōu)良的耐久性；寬泛的溫度適用性：尺寸穩(wěn)定性好；不易撕裂； 容易與油墨、碳粉、膠粘劑結(jié)合；很好的環(huán)保性。

    由于以上材料即具有紙的優(yōu)點(diǎn)又有塑料的優(yōu)點(diǎn)，在證卡領(lǐng)域正在得到越來越廣泛的應(yīng)用。

2.7 其它

    從廣義上說．電子標(biāo)簽也是一種智能卡，標(biāo)簽的可選材料范圍很廣：除了以上提到的材料外，還有PU(聚氨酯)、PP(聚丙烯)等，在一些特定作業(yè)環(huán)境下’，電子標(biāo)簽對承載材料有很高的要求，一些T程塑料如PPS、PPO、PSF、PEN等都可作為電子標(biāo)簽的承載材料。

3．小結(jié) 

    智能卡屬于高科技行業(yè)，該行業(yè)包括射頻、材料、膠粘劑、印刷、防偽等各個不同的領(lǐng)域．任何一種技術(shù)的提高都會給證卡行業(yè)帶來很大的發(fā)展。卡基材料的選擇要考慮市場供應(yīng)、材料的性價比及證卡要實(shí)現(xiàn)的功能和應(yīng)用場合，在選定一種卡基材料前，最簡單的方法就是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行物理和化學(xué)等方面的測試， 在ISO7810、IS07816、GB／1116649．1 —1996、GB／T17553—1998、GB／T17554—1998中對這些測試方法都有詳細(xì)的規(guī)定。 

    隨著人們對智能卡的功能要求越來越高．智能卡的使用范圍越來越廣泛，卡基材料作為智能卡的載體，也在不斷地發(fā)展完善。隨著材料及相關(guān)技術(shù)的不斷提高，必將會有更好的材料投入市場，滿足不斷增長的市場需求?？傮w說來，滿足環(huán)保要求的高性能綠色復(fù)合材料是卡基材料的發(fā)展方向。

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作者簡介：王成(1978－)，男，公安部第一研究所法證中心工程師，主要從事制卡材料方面的研究工作。