2019年中國LCP超級工程塑料，5G領(lǐng)域領(lǐng)用廣泛[圖]

    LCP被譽(yù)為超級工程塑料，是英文Liquid Crystal Polymer（液晶聚合物）的縮寫，其屬于芳香族聚合物，又可分為溶致型LCP和熱致型LCP。前者在溶劑中呈現(xiàn)液晶態(tài)，固態(tài)的溶致型聚合物典型例子便是大明鼎鼎的防彈衣用材料-芳綸-由杜邦發(fā)明，商品名：凱夫拉（Kevlar）

溶致型LCP（凱夫拉）的分子結(jié)構(gòu)

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    相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國LCP行業(yè)發(fā)展動態(tài)及投資商機(jī)預(yù)測報(bào)告》

    工程塑料行業(yè)的LCP是指熱致型LCP，本色的液晶高分子聚合物呈現(xiàn)白色或者淺黃色顆粒及粉末狀，液晶態(tài)下分子之間具有異常規(guī)整的纖維狀結(jié)構(gòu)，制品強(qiáng)度很高，且在成型過程中高度取向，所以具有線膨脹系數(shù)小，成型收縮率低和非常突出的強(qiáng)度和彈性模量以及優(yōu)良的耐熱性，具有較高的負(fù)荷變形溫度（有些高達(dá)300℃以上）。

    一、LCP：超級工程塑料，5G領(lǐng)域領(lǐng)用廣泛

    LCP樹脂的耐氣候性、耐輻射性良好，具有優(yōu)異的自熄性，不添加任何阻燃劑即可達(dá)到UL 94V-0級水平。

    LCP主要應(yīng)用于汽車、電氣、電子等需要高流動性、耐高溫焊接（SMT）、耐油耐熱、耐輻射等極端環(huán)境下部件。

    LCP樹脂的典型優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)

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    LCP：超級工程塑料，5G領(lǐng)域領(lǐng)用廣泛液晶聚合物（LCP，Liquidcrystalpolymer）是在一定條件下能以液晶相態(tài)存在的高分子，與其他高分子相比，它有液晶相所特有的分子取向序和位置序，與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。這些特征賦予高分子液晶高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、低膨脹系數(shù)、低成型收縮率、低密度、良好的介電性、阻燃性和耐化學(xué)腐蝕性等一系列優(yōu)異的綜合性能，是名副其實(shí)的超級工程塑料，可以廣泛應(yīng)用于電子電氣、航天航空、國防軍工、光通信、汽車、機(jī)械、化工等等領(lǐng)域。LCP按著介晶基元所在的位置可以分為主鏈型和側(cè)鏈型，介晶基元大多由芳環(huán)（苯環(huán)）構(gòu)成，主鏈型LCP有聚酰胺類、聚酯類、聚醚類、聚噻唑、聚唑咪等，側(cè)鏈型LCP典型的有聚異氰酸酯類、聚偶氮類、聚二甲基硅氧烷類、聚丙烯酸酯類等。按著液晶態(tài)形成方式，LCP分為溶致型LCP（LLCP）和熱致型LCP（TLCP），作為工程塑料用途的LCP基本是TLCP，生產(chǎn)企業(yè)一般按著變形溫度將TLCP分為三型：I型的熱變形溫度在300攝氏度以上，II型的變形溫度在240-280攝氏度，III型的變形溫度在210攝氏度以下。I型TLCP的基本結(jié)構(gòu)主要為對羥基苯甲酸（HBA）、聯(lián)苯二酚（BP）及不同比例的對苯二甲酸（TA）/間苯二甲酸（IA）引出的單元，代表產(chǎn)品有索爾維的Xydar和住友的SimikaSuper；II型TLCP主要結(jié)構(gòu)為HBA和6-羥基-2-苯甲酸（HNA）引出的單元，代表產(chǎn)品有泰科納的Vectra；III型主要為HBA和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）引出的單元，代表產(chǎn)品為尤尼奇卡的Rodrun。

    LCP的合成方法有縮聚反應(yīng)、均聚反應(yīng)、接枝反應(yīng)等，其中最主要的是縮聚反應(yīng)。TLCP由于是硬棒狀剛性分子，溶解度小、熔點(diǎn)高，合成的困難較大，特別是對于高相對分子質(zhì)量的TLCP，必須采用兩步反應(yīng)：第一步是均相的溶液聚合或熔融聚合，得到中等相對分子質(zhì)量的聚酯，第二步是在所在聚酯熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行固相縮聚。LCP的工業(yè)化最早可以追溯到20世紀(jì)50-70年代，杜邦（Duponnt）公司投入了大量的人力、財(cái)力對高分子液晶進(jìn)行了研發(fā)，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，并制成阻燃纖維Nomex，1972年研制出強(qiáng)度優(yōu)于玻璃纖維的超高強(qiáng)、高模量的Kevlar纖維。到此為止，工業(yè)化的LCP都是溶致型LCP，從此之后，高分子液晶的研究從溶致型轉(zhuǎn)向熱致型，目前全球TLCP的主要生產(chǎn)者有美國塞拉尼斯（Celanese）公司、比利時(shí)索爾維（Solvay）、日本寶理塑料、日本住友化學(xué)等，這四家公司占據(jù)了全球75%以上的市場份額。

    TLCP在電子電氣、航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，根據(jù)《中國化工新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》數(shù)據(jù)和預(yù)測，2014年全球的TLCP需求量為5萬噸，其中中國的需求占全球的46.1%，不考慮5G通信的帶動，預(yù)計(jì)2020年全球TLCP的需求量為8.2萬噸，市場空間達(dá)到13億美元左右。

    在TLCP的下游消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，電子電氣領(lǐng)域的高速連接器是其最主要的應(yīng)用場景，占市場總額的81.5%。

    全球TLCP的需求量（單位：萬噸）

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    5G通信興起后，由于其良好的介電性能，LCP在5G中的應(yīng)用場景可能有以下三個(gè)方面：基站天線核心器件天線振子，目前主要是PPS；手機(jī)以及基站服務(wù)器中的高速連接器，目前主要是LCP和尼龍；手機(jī)軟板天線，目前主要是MPI和LCP。前兩者對LCP的需求估計(jì)在萬噸量級，軟板天線對LCP的需求估計(jì)在百噸量級，但附加值極高，IphoneX的單根LCP軟板天線價(jià)值為4-5美元，5G通信的MIMO技術(shù)要求增加手機(jī)中的天線數(shù)目，5G手機(jī)中的軟板天線價(jià)值將更大。

    二、PTFE薄膜：塑料之王，介電性能最佳

    PTFE膜材料的織物基材為玻璃纖維，纖維的直徑范圍應(yīng)在3.30～4.05μm范圍內(nèi)，重量應(yīng)大于150g/m。

    聚四氟乙烯（PTFE）是最常用的氟聚合物，在國內(nèi)它占到氟聚合物的70%以上的市場規(guī)模，在全球它也占到整個(gè)氟聚合物市場45%的份額。它具有抗酸抗堿、抗各種有機(jī)溶劑、強(qiáng)密封性、高潤滑不沾性、電絕緣性、抗老化、耐溫優(yōu)異等性能，被稱為“塑料王”，在化工、機(jī)械、電子、電器、竣工、航天等等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。我國PTFE很早就實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，并實(shí)現(xiàn)凈出口，早在2015年我國的PTFE產(chǎn)能就超過了10萬噸達(dá)到10.8萬噸/年，產(chǎn)量達(dá)到8.7萬噸，主要生產(chǎn)企業(yè)為山東東岳、中昊晨光、大金氟化工、巨化集團(tuán)、江蘇梅蘭、江西理文等企業(yè)。目前我國PTFE產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性過剩，低端牌號同質(zhì)化嚴(yán)重，產(chǎn)能過剩，而高端牌號還是較為缺少，需要進(jìn)口。PTFE是典型的LowDk/Df材料，其介電常數(shù)Dk為2.1、損耗因子Df為0.0004，全面低于環(huán)氧樹脂、PPO等材料，甚至低于LCP。在5G中的應(yīng)用場景主要有同軸線纜的絕緣層和PCB高頻基材。印制電路板（PCB）的主要性質(zhì)由其基材決定，目前普遍使用的PCB基材是聚四氟乙烯（PTFE）及碳?xì)浠衔飿渲郾矫迅男原h(huán)氧樹脂、氰酸酯改性環(huán)氧樹脂也有部分應(yīng)用。聚四氟乙烯板一般用聚四氟乙烯樹脂常溫壓壓模成型，再經(jīng)燒結(jié)、冷卻工藝制成，其技術(shù)難點(diǎn)在于致密度、均勻性。

    膜材可根據(jù)其強(qiáng)度、重量和厚度分級，分為A、B、C、D、E。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)承載力要求選用不同級別的膜材。

    與相關(guān)產(chǎn)品的比較

    ETFE、PVC和PTEF織物膜材料的部分性能比較

    1）ETFE膜材是不含織物的單一的聚酯膜，只有做成氣被注入承壓氣體后才能構(gòu)成結(jié)構(gòu)承力構(gòu)件。

    2）PVC膜材料和PTFE膜材料是多層功能復(fù)合材料，它們的基層由纖維織物構(gòu)成，故具有較高抗徐變的能力，能夠作為結(jié)構(gòu)材料使用。

    3）ETFE膜材料與PVC和PTFE兩種常用織物膜材料的部分性能和參考價(jià)格比較見下表。

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PTFE膜材的特點(diǎn)

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