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2019年中国LCP超级工程塑料,5G领域领用广泛[图]

2019年12月12日 14:09:33字号:T|T

    LCP被誉为超级工程塑料,是英文Liquid Crystal Polymer(液晶聚合物)的缩写,其属于芳香族聚合物,又可分为溶致型LCP和热致型LCP。前者在溶剂中呈现液晶态,固态的溶致型聚合物典型例子便是大明鼎鼎的防弹衣用材料-芳纶-由杜邦发明,商品名:凯夫拉(Kevlar)

溶致型LCP(凯夫拉)的分子结构

数据来源:公开资料整理

    相关报告:智研咨询发布的《2020-2026年中国LCP行业发展动态及投资商机预测报告

    工程塑料行业的LCP是指热致型LCP,本色的液晶高分子聚合物呈现白色或者浅黄色颗粒及粉末状,液晶态下分子之间具有异常规整的纤维状结构,制品强度很高,且在成型过程中高度取向,所以具有线膨胀系数小,成型收缩率低和非常突出的强度和弹性模量以及优良的耐热性,具有较高的负荷变形温度(有些高达300℃以上)。

    一、LCP:超级工程塑料,5G领域领用广泛

    LCP树脂的耐气候性、耐辐射性良好,具有优异的自熄性,不添加任何阻燃剂即可达到UL 94V-0级水平。

    LCP主要应用于汽车、电气、电子等需要高流动性、耐高温焊接(SMT)、耐油耐热、耐辐射等极端环境下部件。

    LCP树脂的典型优点、缺点

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LCP树脂的典型优点
LCP缺点
1
超高流动性,特别适合薄壁产品;
成本高,一般在$7/kg以上;
2
高强度,高刚性;
制品易脆,熔接线强度低-需要在模具设计时特别考量;
3
超低的收缩率;
对注塑机螺杆材质有严格要求,推荐高性能电动注塑机,需要除湿干燥设备;
4
优良的电性能、高耐热,RTI值一般在200℃;
由于高Tg(玻璃化转变温度),对模具材质要求高(正常模温要100℃甚至更高),推荐油冷。
5
耐蒸汽及良好的环保特性;
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6
超高的水口料利用率。
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数据来源:公开资料整理

    LCP:超级工程塑料,5G领域领用广泛液晶聚合物(LCP,Liquidcrystalpolymer)是在一定条件下能以液晶相态存在的高分子,与其他高分子相比,它有液晶相所特有的分子取向序和位置序,与其他液晶化合物相比,它又有高分子量和高分子化合物特性。这些特征赋予高分子液晶高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学腐蚀性等一系列优异的综合性能,是名副其实的超级工程塑料,可以广泛应用于电子电气、航天航空、国防军工、光通信、汽车、机械、化工等等领域。LCP按着介晶基元所在的位置可以分为主链型和侧链型,介晶基元大多由芳环(苯环)构成,主链型LCP有聚酰胺类、聚酯类、聚醚类、聚噻唑、聚唑咪等,侧链型LCP典型的有聚异氰酸酯类、聚偶氮类、聚二甲基硅氧烷类、聚丙烯酸酯类等。按着液晶态形成方式,LCP分为溶致型LCP(LLCP)和热致型LCP(TLCP),作为工程塑料用途的LCP基本是TLCP,生产企业一般按着变形温度将TLCP分为三型:I型的热变形温度在300摄氏度以上,II型的变形温度在240-280摄氏度,III型的变形温度在210摄氏度以下。I型TLCP的基本结构主要为对羟基苯甲酸(HBA)、联苯二酚(BP)及不同比例的对苯二甲酸(TA)/间苯二甲酸(IA)引出的单元,代表产品有索尔维的Xydar和住友的SimikaSuper;II型TLCP主要结构为HBA和6-羟基-2-苯甲酸(HNA)引出的单元,代表产品有泰科纳的Vectra;III型主要为HBA和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)引出的单元,代表产品为尤尼奇卡的Rodrun。

    LCP的合成方法有缩聚反应、均聚反应、接枝反应等,其中最主要的是缩聚反应。TLCP由于是硬棒状刚性分子,溶解度小、熔点高,合成的困难较大,特别是对于高相对分子质量的TLCP,必须采用两步反应:第一步是均相的溶液聚合或熔融聚合,得到中等相对分子质量的聚酯,第二步是在所在聚酯熔点以下的温度进行固相缩聚。LCP的工业化最早可以追溯到20世纪50-70年代,杜邦(Duponnt)公司投入了大量的人力、财力对高分子液晶进行了研发,1959年推出了低分子量的芳香族酰胺液晶,1963年又合成了全芳香聚酰胺,并制成阻燃纤维Nomex,1972年研制出强度优于玻璃纤维的超高强、高模量的Kevlar纤维。到此为止,工业化的LCP都是溶致型LCP,从此之后,高分子液晶的研究从溶致型转向热致型,目前全球TLCP的主要生产者有美国塞拉尼斯(Celanese)公司、比利时索尔维(Solvay)、日本宝理塑料、日本住友化学等,这四家公司占据了全球75%以上的市场份额。

    TLCP在电子电气、航空航天、汽车工业等领域都得到了广泛应用,根据《中国化工新材料产业发展报告》数据和预测,2014年全球的TLCP需求量为5万吨,其中中国的需求占全球的46.1%,不考虑5G通信的带动,预计2020年全球TLCP的需求量为8.2万吨,市场空间达到13亿美元左右。

    在TLCP的下游消费结构中,电子电气领域的高速连接器是其最主要的应用场景,占市场总额的81.5%。

    全球TLCP的需求量(单位:万吨)

数据来源:公开资料整理

    5G通信兴起后,由于其良好的介电性能,LCP在5G中的应用场景可能有以下三个方面:基站天线核心器件天线振子,目前主要是PPS;手机以及基站服务器中的高速连接器,目前主要是LCP和尼龙;手机软板天线,目前主要是MPI和LCP。前两者对LCP的需求估计在万吨量级,软板天线对LCP的需求估计在百吨量级,但附加值极高,IphoneX的单根LCP软板天线价值为4-5美元,5G通信的MIMO技术要求增加手机中的天线数目,5G手机中的软板天线价值将更大。

    二、PTFE薄膜:塑料之王,介电性能最佳

    PTFE膜材料的织物基材为玻璃纤维,纤维的直径范围应在3.30~4.05μm范围内,重量应大于150g/m。

    聚四氟乙烯(PTFE)是最常用的氟聚合物,在国内它占到氟聚合物的70%以上的市场规模,在全球它也占到整个氟聚合物市场45%的份额。它具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂、强密封性、高润滑不沾性、电绝缘性、抗老化、耐温优异等性能,被称为“塑料王”,在化工、机械、电子、电器、竣工、航天等等领域得到广泛应用。我国PTFE很早就实现了国产化,并实现净出口,早在2015年我国的PTFE产能就超过了10万吨达到10.8万吨/年,产量达到8.7万吨,主要生产企业为山东东岳、中昊晨光、大金氟化工、巨化集团、江苏梅兰、江西理文等企业。目前我国PTFE产能结构性过剩,低端牌号同质化严重,产能过剩,而高端牌号还是较为缺少,需要进口。PTFE是典型的LowDk/Df材料,其介电常数Dk为2.1、损耗因子Df为0.0004,全面低于环氧树脂、PPO等材料,甚至低于LCP。在5G中的应用场景主要有同轴线缆的绝缘层和PCB高频基材。印制电路板(PCB)的主要性质由其基材决定,目前普遍使用的PCB基材是聚四氟乙烯(PTFE)及碳氢化合物树脂,聚苯醚改性环氧树脂、氰酸酯改性环氧树脂也有部分应用。聚四氟乙烯板一般用聚四氟乙烯树脂常温压压模成型,再经烧结、冷却工艺制成,其技术难点在于致密度、均匀性。

    膜材可根据其强度、重量和厚度分级,分为A、B、C、D、E。设计时应根据结构承载力要求选用不同级别的膜材。

    与相关产品的比较

    ETFE、PVC和PTEF织物膜材料的部分性能比较

    1)ETFE膜材是不含织物的单一的聚酯膜,只有做成气被注入承压气体后才能构成结构承力构件。

    2)PVC膜材料和PTFE膜材料是多层功能复合材料,它们的基层由纤维织物构成,故具有较高抗徐变的能力,能够作为结构材料使用。

    3)ETFE膜材料与PVC和PTFE两种常用织物膜材料的部分性能和参考价格比较见下表。

数据来源:公开资料整理

PTFE膜材的特点

数据来源:公开资料整理 

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