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南通海迪LCP材料在5G通讯领域的应用、市场、工艺全解析

LCP全称LIQUID CRYSTAL POLYMER,中文名称液晶聚合物。它是一种新型的高分子材料,在熔融态时呈现液晶性。LCP材料具有优异的机械性能、尺寸稳定性、光学性能、电性能、耐化学药品性、阻燃性、耐热性等,热膨胀系数较低,成型加工性能良好。

LCP的聚合方法以熔融缩聚为主,全芳香族LCP多辅以固相缩聚以制得高分子量产品。通过改性可以在保留LCP原有优良性能的基础上,消除LCP强度取向性,大幅提高其机械性能。改性后的LCP其拉伸强度和弯曲模量超过其他各种热塑性工程塑料。





LCP生产厂商——海迪新材料


南通海迪新材料有限公司成立于2010年,专注于LCP(液晶高分子)树脂材料研发制造并于2018年实现量产,是国内为数不多的具备LCP自主知识产权量产能力的厂商之一 。目前海迪已具备LCP树脂年产能2000吨,改性产能3000吨。

海迪LCP技术以自主研发为主,外部技术支持为辅,在研发过程中得到原海迪化工的日本合资方对产品性能验证及改进方面的帮助,除了常规的LCP树脂和改性产品,还开发了低介电常数、低介电损耗的LCP,目前正在进行LCP膜树脂和膜材料的研制与开发。

海迪LCP树脂有四个产品规格,按其耐温性能依次为T3300、T3400、T3500和T3700,其中T3300、T3400、T3500已为市场广泛认可;公司研发的T3700,具有超高的耐热性,抗打破了国外对高耐热性LCP的垄断,填补了国内高耐热性LCP纯树脂合成的空白。


LCP树脂合成完成之后,根据用途分为:

LCP改性粒子产品



通过料仓和称重装置将LCP树脂、玻纤、矿粉等原料进行配比,然后用双螺杆挤出机进行混炼挤出,然后冷却、切料机切料、除尘器除尘,加辅以其它添加剂进行混合,得LCP改性粒子成品。


海迪新材料LCP粒子


薄膜产品



通过料仓和称重装置将LCP树脂加入螺杆机,进行挤出,然后使用吹膜设备进行制膜和辊压,得薄膜中间品,然后利用特殊设备进行热处理,再收卷,得LCP薄膜成品。


LCP薄膜成品



随着国内5G通信产业的快速发展,和国家整体核心技术产品进口替代的趋势下。海迪进入了跨越式发展,为了满足树脂产能扩增和膜材料生产需求,海迪计划未来三年分二期共投资8亿元进行产能建设。其中,一期用地50亩,投资4.25亿元人民币,其中设备投资3.1亿元。预期2020年10月动工建设,将建成5条树脂聚合生产线及5条改性生产线、以及1条膜材料生产线。建成从树脂聚合到复合改性的完整技术与生产体系。



LCP在5G上的应用


LCP 传统应用领域较为广泛,据了解,2019年,全球LCP需求达4.5万吨,仅中国就占2.5万吨。LCP 作为工程塑料可用于手机、电脑等电子设备中的连接器,汽车的大灯壳体,高温烤盘和蛋糕模具;作为纤维可以用于宇宙飞船的安全气囊、轮胎的增强材料、防割手套以及光纤;制成合金可以用于耐腐蚀的化工泵、汽车刹车片以及高端音响拾音器等。


5G通讯的快速普及,不仅基站建设及终端应用稳步增长,与之相关的材料产业链也迎来了新的增长机遇,作为拥有“超级工程塑料”之美誉的LCP材料,可以说是5G时代最火的材料之一。


高速连接器



5G传输速度大幅提升,为了确保数据传输的可靠性需要提升高速连接器的性能,从而增加了对低介电低损耗的连接器材料的需求。LCP材料具有极低的吸水性、更好的介电稳定性、超低翘曲、高流动性、尺寸稳定性,适合应用在5G高速连接器。


天线振子



振子是天线内部最为重要的功能性部件,出于减重降本的目的,塑料振子受到关注。塑料振子已经导入量产的是LDS工艺,采用的是LDS-LCP材料。LCP材料具有极低的介电损耗、良好的耐热耐燃性,以及极低的热膨胀系数,在5G高频段竞争优势明显。


高频高速电路板(PCB)



5G时代对高频传输绝缘材料的要求非常高,要保证信号在传输过程中的损失降至最小, LCP材料突出的高频介电性、尺寸稳定性、耐热性,是非常理想的5G高频高速电路板基材。仅考虑基站天线市场,预计到2022年高频印刷电路板基材市场规模将达到 76 亿美元,LCP基材的电路板还可应用于5G关联通讯、笔记本电脑、智能穿戴、汽车毫米波雷达、远程医疗、高清无线视频实时传播等领域。


LCP成为5G天线的核心膜材



由于 5G 高速、高频等特点,为保证可靠性、减少信号在传输过程中的损耗,5G 通信对天线材料的介电常数、介质损耗因子等指标有更高要求。目前 4G 时代手机天线所用的柔性电路板(FPC)基材主要是聚酰亚胺(PI),这是综合考虑了 PI 其优良的机械强度、弯折性能、持续稳定性、耐热性、绝缘特性等优点。

但是,由于 PI 基材吸水率太大,介电常数(Dk)和介质损耗因子(Df)也较大,尤其对工作频率超过 10GHz 的产品影响显著,因此很难满足 5G 时代对天线材料的要求。

LCP则可大幅减少高频传输的损耗。下图是LCP 与PI、MPI的性能对比:


LCP天线产业链



LCP 从树脂材料到最后的手机天线模组应用需经过如下步骤:


LCP 树脂经过加工后得到 LCP 薄膜,LCP 薄膜经过 FCCL 制造商覆铜后得到FCCL,软板企业再将 FCCL 加工成 FPC,最后通过模组企业进行整合后出售给终端手机制造商。

天线用 LCP 薄膜市场空间有望达到 250 亿元,可用于手机、穿戴、基站、智能家居、无人驾驶等等。在手机的应用上,根据 Counterpoint 数据,2019 年全球智能手机总出货量为 14.86 亿台。以此为基数测算可得手机天线用 LCP 薄膜市场空间有望超过100 亿元。




结语


目前国外厂商在LCP 材料的技术垄断程度较高,聚合工艺作为发达国家化学与材料工业的核心技术,不同于一般的化学合成工艺,技术含量高,难度大,一直被严格保密。我国的LCP合成与制造起步较晚,很多高校和企业经过十多年艰苦努力,目前已取得了突破。目前国外厂商仍控制着约90%的国际和国内市场,但近年来国内生产企业进步较快,已实现LCP聚合技术零的突破,市场占有率也正逐步提高。

经过国内的几家翘楚企业的积极布局,在LCP改性粒子产品上取得了长足的进步,而LCP膜材料生产难度更高,特别是制膜技术,在国际上成熟厂商仅有日本的两家企业,在应用上目前无可替代。在风云变幻,瞬息万变的国际政治背景和经济形势下,国内通讯企业正翘首以盼国内厂商能早日研制成功,实现进口替代,以保障其5G建设的需要和相关供应链的安全。
















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黄岳松
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