1. 18964530232
  2. 021-54379817

技术交流

Technology Exchange

5G时代的材料新宠-LCP

2020-05-21 08:34:04 来源:互联网

液晶高分子聚合物(Liquid Crystal Polymer),简称LCP。是80年代初期发展起来的一种新型高性能特种工程塑料。液晶聚合物(LCP)是属于芳香族热塑性聚酯。液晶在分子水平上自组织,被分成热致液晶、溶致液晶和光致液晶这三类。在改性时,我们使用的LCP是前2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。

一、历史研究

LCP的研究历史,要远远晚于液晶的研究。

1.液晶在1888年由奥地利植物学家Friedrich Reinitzer (1857-1927)观察苯甲酸胆甾醇酯时发现的;

2.直到1941年Kargin才提出液晶态是聚合物体系的一种普遍存才状态,才开始对液晶聚合物(LCP)开展研究;

3.1966年美国杜邦公司首次使用相列态聚合物溶液制备出高强度、高模量的纤维Fiber B;

4.1972年,又成功开发出溶致液晶Kevlar纤维,高分子液晶逐步走向市场,引起人们的极大兴趣。

二、分子结构

液晶聚合物(LCP)分子结构示意

LCP外观:米黄色(也有呈白色的不透明的固体粉末)。

无论是哪一种类型的LCP,其分子主链上都拥有大量的刚性苯环结构,这决定了其特殊的物化特征和加工性质。LCP由于分子链保持着高度的规整性,所以加热到晶化温度以后,只要稍微给一点剪切力,LCP溶体的流动性便会变得像水一样,这一特性使得LCP更容易成型薄壁小型化的一些连接器制件。

液晶高分子结构

液晶高分子结构

同时LCP的染色能力也极差。即便是染成黑色,也没有办法做到钢琴漆的那种黑,或者标准炭黑的那种黑,通常黑色的LCP都是灰灰的。除了黑色,其他配色也极为简单,除了本色的淡黄色,基本没有其他的颜色的产品了。

三、性能特性

1.物理性能:自增强性,具有异常规整的纤维状结构特点,因而不增强的液晶塑料即可达到甚至超过普通工程塑料用百分之几十玻璃纤维增强后的机械强度及其模量的水平;不增强时的收缩高异向性,纤维填充后可稍微降低,这种特性和其他塑料刚好相反;很高尺寸稳定性和尺寸精度;

2.力学性能:优异的机械性能;厚度越薄,拉伸强度越大;熔接强度低;性能与树脂流动方向相关;几乎为零的蠕变;耐磨、减磨性优越;线性热膨胀率接近金属;机械特性中却存在各向异性。

3.耐热性能:优异的耐热性,热分解温度500℃,高的热变形温度(160-340℃与品级有关)、连续使用温度(-50~240℃)、耐焊锡焊温度(260℃、10秒~310℃、10秒)。

4.燃烧性能:有着出色的难燃性,不含有阻燃剂,其燃烧等级达到UL94V-0级水平,燃烧产物主要是二氧化碳和水,在火焰中不滴落,不产生有毒烟雾。

5.化学稳定性:耐腐蚀性能,LCP制品在浓度为90%酸及浓度为50%碱存在下不会受到侵蚀,对于工业溶剂、燃料油、洗涤剂及热水,接触后不会被溶解,也不会引起应力开裂。

6.电性能:优良的电绝缘性能。其介电强度比一般工程塑料高,耐电弧性良好。在连续使用温度200-300℃,其电性能不受影响。间断使用温度可达316℃左右。

7.耐候性能:耐气候性、耐辐射性良好;对微波透明。

8.加工性:表观粘度受剪切速度和温度的影响较大,在适当的成型条件下,粘度可以变得较低;高流动性和低毛边性,非常适用于小型电子零部件的成型;溶融粘度低,流动性好,不需要过高的射出压力;对于具有复杂形状的薄壁,推荐中~高速成型,,对较厚壁的产品有熔接问题时,在考虑金属模具内通气 口的同时,选择 20~40mm/sec.中·低速成型较合适;表面非常平整光滑;薄型成型品存在脆性。

四.应用领域

4.1传统工业

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。

热致LCP还可与多种塑料制成聚合物共混材料,这些共混材料中液晶聚合物起到玻纤增强的作用,可以大大提高材料的强度、刚性及耐热性等。LCP具有高强度,高模量的力学性能,由于其结构特点而具有自增强性;如果用玻璃纤维、碳纤维等增强,更远远超过其他工程塑料,所以其应用极为广泛。

液晶高分子聚合物(LCP)在传统工业中的应用

1.电子电气:高密度连接器、线圈架、线轴、基片载体、电容器外壳、插座、表面贴装的电子元件、电 子封装材料、印刷电路板、制动器材、照明器材 、接插件、SIMM 插口、QFP 插口、发光二极管外壳、 晶体管类封装件、注射成型线路部件(MID)、LED(MID)、PLCC(MID)、光感应器(MID)、水晶振荡器座 (MID)、集成块支承座;

液晶高分子聚合物(LCP)贴片元器件中的应用

液晶高分子聚合物(LCP)接插件应用

液晶高分子聚合物(LCP)连接器应用

2.汽车工业:汽车燃烧系统元件、燃烧泵、隔热部件、精密元件、电子元件;

3.航空航天:雷达天线屏蔽罩、 耐高温耐辐射壳体、电子元件;

液晶高分子聚合物(LCP)在航空航天中的应用

4.办公设备:软盘、硬盘驱动器、复印机、打印机、传真机零部件;

5.视听设备:扬声器震动板、耳机开关;

6.体育器材:网球拍、滑雪器材、游艇器材;

7.医疗器材:外科设备、插管、刀具、消毒托盘、腹腔镜及齿科材料;

8.消费材料:微波炉灶容器、食品容器、包装材料;

9.化学装置:精馏塔填料、阀门、泵、油井设备、计量仪器零部件、密封件、轴承 光纤通信 光纤二次被 覆、抗拉构件、藕合器、连接器。

4.2 5G通讯领域

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。如今,通信速度越来越快,5G通信正在走向世界。由于这种新技术位于高频范围,所以对器件的材料提出更高的要求。

中国移动5G终端产品指引

相比较高温尼龙,LCP材料具有极低的吸水性和更好的介电稳定性。LCP具有超低翘曲,高流动性,尺寸稳定性,适合应用在5G高速连接器。低介电常数,低介电损耗,电磁屏蔽的LCP材料还可以应用在:镜头模组/FPC等。

基站上的应用有:天线振子、移相器、高速连接器以及对耐高温、高流动性需求的热管理系统上。除了5G通信材料的应用,LCP具有尺寸稳定性,低挥发的LCP材料可以用于小型投影仪上。控制单元需要LCP材料的高耐热,低线性膨胀系数以及尺寸稳定性。

4.3 LCP应用在柔性电路板

软板又名柔性电路板,是以柔性覆铜板(FCCL)制成的一种具有高度可靠性,绝佳可挠性的印刷电路板,具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。软板的应用几乎涉及所有电子产品,如硬盘驱动器的带状引线、汽车电子、照相机、数码 摄像机、仪器仪表、办公自动化设备、医疗器械等领域。对于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等,软板被用于制造射频天线和高速传输线。随着手机、平板、笔记本电脑和可穿戴设备等高端小型化电子产品的发展,对软板的需求越来越大,市场空间已超120亿美元。

液晶高分子聚合物(LCP)在柔性电路板中的应用

LCP作为特种热塑性材料,可在保证较高可靠性的前提下实现高频高速软板。LCP具有优异的电学特征:

(1)在高达110GHz的全部射频范围几乎能保持恒定的介电常数,一致性好;

(2)正切损耗非常小,仅为0.002,即使在110 GHz时也只增加到0.0045,非常适合毫米波应用;

(3)热膨胀特性非常小,可作为理想的高频封装材料。目前LCP主要应用在高频电路基板、COF基板、多层板、IC封装、u-BGA、高频连接器、天线、扬声器基板等领域。随着高频高速应用趋势的兴起,LCP将替代聚酰亚胺(PI)成为新的软板工艺。

LCP与PI的性能对比

PI软板与LCP多层板的结构对比

LCP薄膜在5G手机中应用

LCP作为一种特殊的材料,随着液晶高分子的理论日臻完善,其在高性能结构材料、信息记录材料、功能膜及非线性光学材料等方面的作用将越来越多。


申明:如本站文章或转稿涉及版权等问题,请您及时联系本站,我们会尽快处理!

聚醚醚酮PEEK在复合材料电连接器上的应用 温度传感器分类及工作原理介绍