一文了解新型的高分子材料，液晶高分子聚合物（LCP）
液晶高分子，也叫液晶聚合物，英文是Liquid Crystal Polymer ，缩写为LCP，是一种新型的高分子材料，在一定的加热状态下一般会变成液晶的形式，所以因此而得名。作为一种新型的高分子材料，LCP是一种介于固体结晶和液体之间的中间状态聚合物。LCP在以液晶相存在时粘度较低且高度取向，而将其冷却、固化后，它的形态又可以稳定保持。LCP材料具有一系列优异的性能，例如具有高强度、 高模量、优异的成型加工性能、突出的耐热性、低吸水率、优异的阻燃性、极小的线胀系数、优良的耐燃性、电绝缘性、耐化学腐蚀性、耐气候老化、能透微波以及低介电常数和介电损耗因数等特点。
由于液晶聚合物具有优异的耐热性和成型加工能力，它已成为精密电子和高频通信设备领域核心部件的关键材料，如连接器、高精度配线架等。同时，液晶聚合物因其耐化学性和优异的气密性在医学和医疗器械领域发挥着重要作用。此外，由液晶制成的纤维可用于制造防弹背心、刹车片、光纤和显示材料；液晶也可用于制备应用于软印刷电路的薄膜。热致液晶聚合物也可以与其他塑料混合形成聚合物共混物，其中液晶聚合物用作纤维增强材料，显著提高材料的强度、刚度和耐热性。近年来，液晶聚合物的应用领域不断扩大，广泛应用于电子电器、5G通信、消费电子、汽车零部件、航空航天、国防军工等高科技产业。
LCP材料根据耐热等级可分成三种类型。根据倪铭阳的《液晶高分子的现状与发展》，LCP根据其耐热性水平可分为I型、II型和III型。I型LCP材料具有高耐热性，成型温度高，热变形温度约为320℃或更高，可用于连接器等电子和电气领域。II型LCP材料具有中等耐热性，耐热水平和成型加工温度与通用工程塑料相似。其热变形温度在220℃以上，由于其良好的加工性能，通常用于生产LCP薄膜。III型LCP材料一般耐热，耐热温度低，热变形温度在120℃左右。它具有良好的成型性和低廉的价格，可用于冷却风扇、连接管等。
I 型 LCP 主要由对羟基苯甲酸（HBA），联苯二酚（BP）/对苯二酚（HQ），对苯二甲酸（TA）/间苯二甲酸（IA）等单体聚合而成。Ⅱ型LCP主要由HBA和 6-羟基-2-萘甲酸（HNA）作为单体聚合而成。III型LCP主要由 HBA 和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）合成。其中，I型LCP的原料BP的合成途径复杂，产品纯化极其困难。因此，能够实现高纯度批量生产的企业为数不多。在中国，高纯度对苯二酚（BP）主要依赖进口。为了减少对进口的依赖，中国企业和研究机构致力于对苯二酚的合成技术研究，实现国内替代。LCP树脂通过注塑、涂层和拉伸等精细工艺加工成下游行业所需的各种成分或薄膜。
LCP 材料广泛应用于电子电器、工业、消费电子、汽车和生物医疗等领域。根据迈爱德调研，LCP 下游应用领域中，电子电器和消费电子占比最高，二者合计占比达 80%，工业、汽车、医疗领域分别占比约 7%、6%和 4%。从地区分布来看， 2021 年我国 LCP 消费占全球总额约 50%。受“新基建”拉动，我国 LCP 需求还将持续增加。
根据其形态，LCP产品可分为注塑产品、薄膜产品和纤维产品。注塑产品主要用于高频连接器、散热风扇等，薄膜产品主要用于天线柔性电路板基板等，光纤产品主要用于高速传输线等。其中，手机天线对LCP薄膜的需求将成为LCP市场增长的最重要驱动力之一。LCP薄膜具有低吸湿性、低介电常数和低介电损耗的特点。随着5.5G和6G高频高速传输时代的逐步推进，LCP薄膜有望逐步取代PI薄膜，在手机天线中得到更广泛的应用。
研究表明，介质传输损耗（TLD）与频率（f）、材料介电常数（Dk）、介质损耗因子（Df）呈正相关。具体来看，介质传输损耗公式为 。因此，在频率升高的情况下，要保持较低的介质传输损耗就需要较低的介电常数（Dk）和介质损耗因子（Df）。LCP 材料的介电常数（Dk）和介质损耗因子（Df）均小于 PI 和 MPI。随着频率的提高，PI、MPI 材料的介电损耗明显大于 LCP 材料，且由于 PI 吸湿性大于 LCP，吸湿后的 PI 介电损耗进一步加大，对于 5.5G 和 6G 高频高速的时代，PI 材料的性能已不能满足信号传输低损耗的需求，而 LCP 膜在手机天线中的渗透率则有望逐步提升，需求空间广阔。
除了薄膜产品的高需求潜力外，LCP材料在工程塑料产品中的应用也非常重要，例如基站天线元件和高速连接器。其中，天线元件是天线的重要组成部分，用于放大信号和控制信号辐射的方向。LCP材料具有低介电损耗和良好加工特性的优点。与传统金属材料相比，LCP材料在高频和高速信号传输方面具有更好的性能。它可以有效降低信号损耗，提高信号传输效率和稳定性，同时还可以减小天线元件的尺寸和重量，以满足更紧凑、更轻量化的设计要求。在制造过程中，LCP材料通过激光直接成型（LDS）技术实现了天线元件的三维成型。
因此，随着5.5G的推进，手机天线和基站天线振荡器等领域对LCP材料的需求预计将迅速增长，前景广阔。根据计算，2022年全球LCP市场规模预计将达到13.13亿美元，2022年至2030年的复合年增长率为7.6%。到2030年，全球LCP市场规模预计将达到23.59亿美元。
图文来源：网络、高性能树脂及应用
