智能卡卡基材料概述

文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者：王成   人气： 发表时间：2011年09月23日

1．引言


    智能卡又称IC卡，指在其中封装了集成电路芯片的卡片。IC卡具有存储容量大、数据安全性高、防伪性好、应用设备成本低、技术成熟等特点，在金融、公安、交通、通讯、服务、医疗等各个领域都得到了广泛的应用。

    自1984年法国将IC卡用于电话卡并取得了巨大的成功以来，IC卡已经取得到巨大的发展。中国于1993年开始启动金卡工程，技术和市场都已比较成熟。


    制作IC卡的塑料片材称为卡基材料，现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 (聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、PETG(改性PET)等。目前使用最广泛的卡基材料是PVC，但由于PVC中含有氯元素，此类材料不利于环境保护。近年来，随着新材料的不断推出和IC卡技术的快速发展，卡基材料的用料也在不断变化，一些环保耐高温、并可长期保存的新型卡基材料相继推出，如：PETG、PC、PC／PBT等，每种材料都有不同的特点，应该根据不同的需求加以选择。

2．卡基材料介绍
 
2．1 PVC材料 

    PVC(聚氯乙烯)颗粒状胶料是多组份的塑料，因为各组份的含量不同，外观差异很大。有透明材料，也有不透明材料：有的柔软有弹性，耐折迭；也有硬质刚性机械性能优良的材料。大部分的PVC有轻微毒性，但也有食品级的PVC胶颗粒。

    PVC可分为软质PVC和硬质PVC。硬质PVC的表面硬度、拉伸强度、刚性等都接近于工程材料的指标。软PVC一般用于壁纸、地板、天花板以及皮革的表层。硬质PVC低温变脆，对应变敏感，变形后不能完全复原：软质PVC低温变硬，热稳定性差，受热降解(见表1)。

    在各种新型卡基材料逐渐推广应用的同时，PVC卡基材料仍然占有很大比例的市场份额，这是因为其生产成本较低，各种性能优越，PVC薄膜几乎不用经过任何处理就能印刷、热压成型，所以依然得到很大应用，PVC材料适用于卡表面需要印刷磁条，签名或者凸字和全息标志的IC卡。但其环保性差，高温时会释放出含HCL气体．对环境造成危害，业界已经开始逐步淘汰PVC卡基材料。 

    随着塑料工业的发展，出现了一些PVC的复合材料，如：PVC／ABS、PVC／PET、PVC／PE等，其性能较PVC有所改善。

2. 2 PET 

    PET是热塑性聚合物，由对苯二甲酸和乙二醇经酯化反应聚合而成，是一种结晶型聚酯，有明显的熔点，250℃时熔化，360℃时分解：一般加工温度为280℃一320℃(见表1)；PET是一种无色透明硬度较高且韧的材料．因此是生产照像底片的基材，也可用来生产录音磁带，录像带。PET薄膜材料比重低，不吸湿，绝缘性和透明度高，机械性能优越，加工形变小，相埘耐磨性较好，抗化学腐蚀性好，制作的卡片表面光洁度高，使用寿命长，同时PET又属于环保材料。南于以上这些 
优点，PET材料被大量应用在证卡制作行业。

    PET薄膜材料由双向拉伸工艺加工而成。经双向拉伸后，最初无定形状态下的大分子链沿拉伸方向取向产生结晶，薄膜各个位置分子链的变形情况不太一致，越靠近中心线方向的分子链变形越小．取向方向也不太相同．大体方向沿着中心线逐渐向两边靠近，偏离角度的大小与拉伸比成正比。所以PET材料在使用过程中要配对使用，如不注意材料内应力方向，卡体两面高分子材料的变形方向不一致就会造成卡体的翘曲。

    PET材料原始状态并不适合印刷与热压粘结，需要经过表面处理．使PET表面变得易于印刷和粘合， 目前的研究多集中在改善其抗静电性．印刷适应性，粘合性等当面。

    表面改性的处理方式主要通过电晕、涂胶、光接枝的方法．使其表面功能化。达到可以印刷和粘合的目的。 

    目前市面上普通的PET保护膜大部分是在PET表面涂布一层热熔胶．如EVA，还有一些是通过表面光聚合接枝技术，在PET表面合成一种低熔点聚酯化合物，达到改善印刷性和粘合性的目的。杜邦公司有一种成型PET保护膜，商品名称为MELINEX PETF 3368．该薄膜是采用特殊工艺改变PET结晶状态，并与普通PET薄膜共挤出制成。这种卡基材料可支持多种印刷技术，在120℃左右与卡体快速粘合．粘合过程不可逆。这种材料在欧洲和美国得到大批量使用，但由于其成本太高，国内只有一些重要的法定证件在使用。

    因为PET薄膜很多时候需要打印或者印刷图案，所以其表面静电处理也是研究的热点所在， 根据PET薄膜的具体使用要求，可以在PET薄膜材料表面喷涂或者淋洒防静电液、防静电颗粒．或者涂布防静电涂层来解决这些问题。公安部第一研究所在这方面有着丰富的经验．一些防静电技术已经在大规模制证过程中得到使用．取得了很到的防静电效果。

2．3 ABS 

    ABS由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体合成，是一种表面具有较高光泽的淡黄色不透明颗粒 ABS是非结晶性材料，比重略重于水(见表1)。ABS材料刚性较大、抗拉强度中等：具有良好的耐化学腐蚀性和表面硬度、良好的韧性与耐冲击性、易加工、流动性强、易于印刷和染色。

    改变ABS中三种单体的比例及两相中分子结构可制得不同型号的ABS材料，各种型号的材料性能上也存在很大不同。一般来说，各种型号的ABS材料都具有良好的光泽．硬度大．坚韧，刚性，机械性能适中等特点。因为其易于印刷及电镀等表面处理并且尺寸稳定较好，所以适合做卡基材料。ABS用做卡基材料的一个缺点就是不能加印凸字，此外ABS耐候性较差，容易老化褪色变脆手机SIM卡使用的是PVC+ABS混合料。这种材料可以在在手机内较高温度环境中使用，如果卡体的使用环境要求耐热，阻燃，一般会使用ABS卡基材料。

2．4 PC及其合金材料 

    1)PC(聚碳酸脂)刚硬坚韧，具有高透明性．表面有较高的光泽，机械强度接近尼龙：耐冲击，耐高温，不耐摩擦，不耐 
应力开裂(见表1)，在蒸汽和许多有机容剂中能溶胀，并导致应力开裂。PC材料具有很高的加工温度，对层压制卡设备有较高的要求，美国的一些证卡使用PC材料的比较多，国内也有卡厂用PC生产一些高端卡。因为PC含碳量高．并且高温没有有害气体释放，PC材料可以用来进行激光刻蚀防伪。 

    2)PC合金材料，相对PC来说．PC合金材料由于其良好的加工性能得到广泛的应用，PC—PBT是PC与PBT的共混材料，保留了两者的优点：抗高温形，抗应力开裂，表面硬度较高，较高的刚性和韧性。这种材料主要用来制作大型或精密仪器外壳，如手机外壳 或者是汽车仪表盘等，其薄膜材料也可以用来作卡基材料，具有良好的印刷及环保性。美国GE公司与日本三菱公司都有该材料的薄膜产品．这种材料在日本的卡片上大量使用。

    还有一种是PC／ABS塑料：PC—ABS即有ABS的易加丁性又有PC良好的机械性和热稳定性，具有较高的表面硬度，较高的刚性和韧性，较高的抗应力开裂性：机械性能介于ABS与PC之间。这种卡基材料相对来说用的比较少。

2．5 PETG 

    PETG是一种南1、4一环己烷二甲醇(CHDM)对乙二醇(EG)与对苯二甲酸(TPA)缩聚聚酯(PET)进行共聚改性得到的聚酯，是一种非晶型共聚酯．材料透明度高、高抗冲、具有较高的硬度和良好的低温韧性。广泛应用于板片材、高性能收缩膜、异型材、玩具、食品、高档包装材料等领域。

    PETG在证卡行业得到了越来越多的应用，原因是其具有较低的加丁温度(100％左右)，较高的机械强度和优异的柔韧性，比PVC透明度高，光泽好，容易印刷并且具有环保优势。

    在欧洲、美国、El本，PETG材料广泛应用于电子支付及身份识别证件。Visa已认可PETG为其卡基材料。国内一些高档证卡及重要的法定证件已开始用PETG作卡基材料。

    世界上生产PETG树脂的厂家主要是伊斯曼公司和SK公司。生产卡基材料的厂家都是购买PETG树脂及配方通过压延或者是流延的方式加T成板材、片材、薄膜等，国内做PETG材料的厂家目前有四家，都是采用进口伊斯曼的树脂生产卡基材料。
2．6纸质卡基材料 

    因为IC卡里面包含芯片和线圈．卡基材料的作用之一便是在外力作用时保护芯片和线圈不受损害。而纸由于硬度低、不耐弯曲、易皱折撕裂、不防水、不耐油污、不耐摩擦等缺点，在IC卡上较少使用。但纸张最重要的一个优点就是其良好的印刷适应性和低廉的成本，现有的一些防伪印刷方式必须在纸上才能实现，纸基材料也可以通过印刷的方式来制作天线，可降低制卡成本并提高制卡效率。 

    由于纸基材料的以上特点，在卡片的使用频率不是很高，使用时问不是很长的情况下，考虑到纸质材料的成本及良好的印刷性能．也可以用纸来作为卡基材料，在一些旅行证件上面．由于特殊防伪手段的需要，往往也用纸基材料制作。

    随着造纸技术及材料科学的不断发展，出现了各式各样的满足不同要求的特种纸。如美国的TESLIN复合纸：该材料由聚烯烃与SiO2复合而成．既有纸的性能又有塑料的性能，具有多微细孔、高填充、高防水、高吸附等特性．材料柔软且强度高、可经模具压制成形。美国的护照、军人证用TESLIN制作的．欧洲一些国家采用这种材料做电子旅行证件的INLAY；优泊纸(YUPO)是以聚丙烯为主要原材料的合成纸。兼备纸张与塑膜的优点，在商业印刷膜内标签、包装及信息用纸、证卡等各个领域都有很大应用；DURASOFF／P纸．荷兰SMARTRAC公司产品．由聚乙烯与二氧化硅及其他添加剂合成．SMARTRAC主要用其来制作INLAY。

    以上提到的各种高性能合成纸都有以下共同特点： 

    外观精美，印刷性优良；耐水、耐油、耐腐蚀；优良的耐久性；宽泛的温度适用性：尺寸稳定性好；不易撕裂； 容易与油墨、碳粉、胶粘剂结合；很好的环保性。

    由于以上材料即具有纸的优点又有塑料的优点，在证卡领域正在得到越来越广泛的应用。

2.7 其它

    从广义上说．电子标签也是一种智能卡，标签的可选材料范围很广：除了以上提到的材料外，还有PU(聚氨酯)、PP(聚丙烯)等，在一些特定作业环境下’，电子标签对承载材料有很高的要求，一些T程塑料如PPS、PPO、PSF、PEN等都可作为电子标签的承载材料。

3．小结 

    智能卡属于高科技行业，该行业包括射频、材料、胶粘剂、印刷、防伪等各个不同的领域．任何一种技术的提高都会给证卡行业带来很大的发展。卡基材料的选择要考虑市场供应、材料的性价比及证卡要实现的功能和应用场合，在选定一种卡基材料前，最简单的方法就是根据标准进行物理和化学等方面的测试， 在ISO7810、IS07816、GB／1116649．1 —1996、GB／T17553—1998、GB／T17554—1998中对这些测试方法都有详细的规定。 

    随着人们对智能卡的功能要求越来越高．智能卡的使用范围越来越广泛，卡基材料作为智能卡的载体，也在不断地发展完善。随着材料及相关技术的不断提高，必将会有更好的材料投入市场，满足不断增长的市场需求。总体说来，满足环保要求的高性能绿色复合材料是卡基材料的发展方向。

【参考文献】 
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陈昌杰。塑料薄膜的印刷与复合 北京：化学工业出版社，2004

作者简介：王成(1978－)，男，公安部第一研究所法证中心工程师，主要从事制卡材料方面的研究工作。