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5G时代,液晶聚合物(LCP)定制介电性能


液晶聚合物(LCP)是属于芳香族热塑性聚酯。LCP有两种类型:一种是溶致液晶,溶于溶剂时具有液晶性质。另一种是热致液晶,熔化时具有液晶性质。目前,热致性液晶聚合物主要用于电子工业,因为液晶聚合物(LCP)对于小型电子设备具有优异的性能,并且主要适用于注塑成型的大规模生产。在商品化的工程塑料中,LCP具有很高的流动性,能填充细小及薄壁的产品,在无铅回流工艺的高热稳定性及优良的环保阻燃性,极低的吸水性,较短的成型周期,低收缩率等特点。


随着电子设备向着更薄、更复杂的方向发展,对LCP的需求急剧增加。此外,由于电子工业的高速发展,对LCP提出了许多新的要求。其中一个要求是介电性能。LCP因其本身固有的低介电常数而闻名(表1)。如今,通信速度越来越快,5G通信正在走向世界。由于这种新技术在高频范围(1~20GHz),所以对器件的材料提出了低介电常数和介电损耗的要求。虽然LCP具有较低的介电常数,但是大多数等级的LCP还没有满足工业要求的低介电常数规格。

                                                    

表1:传统玻纤增强工程塑料介电常数

材料

介电常数

LCP玻纤增強

3.00~4.00

PA 12,玻增強

3.00~9.00

PA 46,30%玻增強

4.00~4.60

PA 66,30%玻增強

3.50~5.60

PPA,33%玻增強

4.40~4.60

PPS,40%玻增強

4.00

PTFE,25%玻增強

3.00


沃特现已开发出具有可控介电常数的新规格,以满足工业要求。新等级在10GHz下介电常数从低到2.5到高达8。我们计划与客户合作,利用这些等级开发低介电常数和高介电常数的新应用。


沃特LCP(商品名:SELCION®LCP)


SELCION®LCP是由三星精密化学公司于2007推出的。2014年沃特决定从三星精密化学公司购买LCP业务,以加强沃特公司的高温工程塑料生产线。沃特接受了三星精密化学有限公司开发的所有技术转让,并拥有包括SELCION®商标在内的150多项专利权。韩国蔚山的生产设施和研发设备被转移到中国江苏,并从2015年底重新开始了LCP的商业化生产。


在三星设计LCP分子结构和开发改性规格的配方技术基础上,沃特致力于开发更多树脂以满足客户的广泛需求。与其他商品和工程塑料不同,LCP适用于高度复杂的零件设计和严苛要求。因此更多样化的树脂对于覆盖流动性,热稳定性,强度、翘曲和韧性的范围是必不可少的。目前沃特是世界上唯一一家提供所有I型、II型和III型LCP供客户选择的供应商。图1显示沃特 LCP树脂的种类。

    

虽然很多的树脂是针对传统LCP市场在高温使用的连接器和线圈,但沃特LCP也同时生产用于纤维和薄膜应用以及与其他聚合物共混的树脂。


沃特LCP的目标是为客户的需求提供最佳的解决方案。沃特现在为客户的特殊要求提供各种定制等级。此外,沃特还积极与其他公司合作,开发具有特殊性能的新型树脂来满足新的应用的需求。沃特将是一家在超级工程塑料领域寻求新的商业机会的公司的最佳合作伙伴。


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图1:沃特LCP 树脂不同熔融温度与热变形度的关系

 

沃特LCP规格等级组合


使用多样化的树脂,沃特还可以为客户提供最广泛的规格选择(图2)。沃特LCP采用填料和添加剂技术使改性材料等级多样化。例如,沃特按客户的需要可提供不同流动性30%玻纤填充的LCP。沃特以改性工艺为基础,采用添加玻纤,矿纤,碳纤等。沃特LCP等级涵盖了客户对流动性和热稳定性的一般要求的整个范围。即使在流动性和热稳定性相同的区域中,沃特也根据强度,翘曲,抗静电,表面平滑,焊接强度等要求提供各种选择。


LCP主要用于工业用途,所以黑色和天然色在市场上最常见。然而,电子设备的规格要求一些标准颜色,例如,红色HDMI、蓝色USB等。沃特具有对LCP颜色匹配的能力。现在,沃特正在为客户指定的颜色提供各种颜色等级。图3显示了LCP的一些选定的颜色等级,它们同时满足阻燃和环境要求。


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图2:沃特LCP规格等级组合

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图3:沃特LCP 颜色規格


介电常数規格


目前,5G通信在现实生活中离我們越来越近,是网络产业中最热门的话题。作为5G通信面临的新挑战,沃特的材料开发和为工业提供新材料的先驱。由于5G通信工作在非常高频的区域,所以通常需要在1GHz至20GHz的高频下使用低介电常数材料,同时具有良好的可加工性来制造具有复杂设计的零件。沃特已经开发出几个新等级来覆盖所需的介电常数范围,它们可以覆盖在10GHz下介电常数在2.5~8.0,而大多数传统的LCP等级范围为DK在3.7~4.5。


介电常数(DK)定义为

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ε为绝对介电常数,ε0为自由空间绝对介电常数,为相对介电常数。是测量材料中从外部电场储存了多少能量,而是测量有多少能量被耗散到外部电场。


图片

图4:不同频率下介电常数的机理


在低频区,介电性质由偶极作用(旋转)控制。然而在高频区域,原子作用(振动)对介电性能更为重要。(图片4) 


高达MHz的区域,介电常数可以通过电容测试(ASTM D150)来测量。


C是电容和是真空电容


然而,在1GHz以上测量介电性能的技术还没有标准化。测量高频介电特性的方法有反射法、透射法、空腔法等。即使在这种不确定的工业环境中,沃特已经投资制造适当的工具来测量高频区域的介电性能,以便引领这一新的工业领域。沃特使用频率可高达26.7G(可升级到100G)矢量网络分析仪,采用谐振腔方法可精确测试5GHZ,10GHZ,20GHZ频率下的Dk和Df值,采用宽频的空气线和波导线方法可以表征0-26.7GHZ频率下介电性能的变化趋势。


沃特不仅可以提供最低的介电常数材料,而且可以为客户需要的频率范围定制介电常数。表4总结了沃特目前介电常数的等级。基于沃特处理介电技术的能力,除了可以提供低介电常数,还可以提供高介电常数材料。


表2:沃特LCP 低高介电常数的规格

LCP规格

在10GHz下介电常数

KC173C25

2.7

KC173C15

2.9

KC173C16

3.0

KC173M12

3.2

KC173H50

6.0

KC173H60

8.0


现在,沃特正与介电性能非常专业的公司合作,以便为客户提供更好的解决方案和广泛的选择。同时,沃特正在与那些使用低或高介电常数的材料的客户合作,以便定制材料以满足不仅介电性能而且机械、热、加工性能的所有要求。


下一步,沃特开发了低介电薄膜材料,以取代FCCL中用于COF的聚酰亚胺薄膜(PI膜)。由于基于LCP的FCCL的介电常数可以低到3.2,所以对于5G通信设备来说将是必不可少的。一旦完成FCCL LCP材料的优化,沃特将为市场提供这种新型的创新材料。


图片

图片5:基于LCP的FCCL及COF实例


结论


沃特LCP SELCION®具有最多样化的等级组合,为客户提供最好的解决方案。虽然沃特在LCP供应商中的历史相对较短,但沃特已经成为开发LCP新应用和实现LCP新性能的领导者。客户和行业可以越来越依赖沃特LCP技术来进行下一代的创新。毋庸置疑,沃特将是未来与高技术公司最好的合作伙伴。


材料产业也迎来了5G新时代,在应用端手机、基站、物联网、汽车等硬件载体都将对5G新材料有更多的需求和更高的要求。欢迎长按下方二维码加入艾邦5G材料交流群进行交流,共谋发展进步!


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