5G浪潮下，LCP材料的进击之路

当你每天拿着5G手机刷短视频和追剧，享受着高速、低延迟的网络连接时，你是否曾想过，这一切的背后离不开一种神奇的材料——液晶聚合物（LCP）。凭借其独特的性能，不仅满足了5G对高频高速低损耗信号传输的需求，还在小型化、耐热性和机械强度等方面表现出色，成为5G时代的关键材料之一，也悄然改变着我们的生活。本文将带您走进LCP的世界一探究竟，看看它是如何在5G时代大放异彩的。

 

 LCP：5G时代的明星材料

从1888年液晶现象被发现，到1966年杜邦公司首次制备出高强度、高模量的LCP纤维，再到如今作为新型高性能特种工程塑料在5G技术中的广泛应用，LCP的每一步发展都凝聚着科学家的智慧与汗水（图1）。

 

图1： ©互联网

图2： 典型热致性LCP有三种代表性分子结构©互联网

LCP这一神奇材料，有着独特的分子结构（图2）。它属于芳香族热塑性聚酯，由刚性分子链构成。在一定物理条件下，呈现出奇妙状态，既有液体流动性，又有晶体各向异性（指材料在不同方向上表现出不同的物理或机械性能）。根据形成液晶相条件，LCP分为溶致性液晶（LLCP）和热致性液晶（TLCP）。LLCP只能在溶液中加工，多用作纤维和涂料；而5G通信用的是TLCP，它能在熔点或玻璃化转变温度以上形成液晶相，可通过熔纺、注射、挤出等多种热加工方式，摇身一变成为各种制品。

 

图3： ©互联网

TLCP在熔融状态下，分子排列得像一根根笔直的小棒，成型时的剪切应力让这些分子取向更有序，产生自增强效果，这使得LCP材料机械性能卓越，强度超高，同时尺寸稳定性、光学性能、电性能、耐化学药品性、自阻燃性等都十分出色，而且耐热性好，热膨胀系数低。尤其是在高频段，LCP凭借分子骨架对称性高和自身结构限制主链运动的特点，展现出极低的介电常数和介电损耗，能够有效减少信号衰减，传输效率极高。比如，其介电损耗仅为0.002，远低于传统材料如聚酰亚胺（PI）的0.02。这一特性使得LCP在5G技术中可是如鱼得水。

 

图4： ©互联网

LCP的高流动性使其能够轻松成型，适用于制造小型薄壁化、高密度的电子器件。例如，LCP可以制成厚度仅为0.1毫米的薄膜，用于柔性印刷电路板（Flexible Printed Circuit，FPC，见图3）。LCP的耐热温度可达300℃以上，且在高应力环境下仍能保持稳定性能。
 
5G舞台LCP大显身手

前面介绍的LCP所具有之卓越特性，让这种材料在5G通信设备技术中扮演着不可或缺的角色（图4）。

 

图5： ©互联网

 

5G时代，数据传输速度飙升，对高速连接器性能提出严苛要求。为确保数据传输可靠，低介电低损耗的连接器材料成为刚需，LCP材料闪亮登场。它吸水性极低，介电稳定性极佳，还具备超低翘曲、高流动性和尺寸稳定性，简直是5G高速连接器的完美搭档。LCP连接器（图5）能妥妥地接住每一个数据，确保传输过程零失误。

天线振子是天线的核心功能部件。在追求减重降本的当下，塑料振子受到青睐，其中采用LDS工艺（Laser Direct Structuring激光直接成型，一种三维电路制造技术）的LDS - LCP材料已实现量产。LCP材料凭借极低的介电损耗、良好的耐热耐燃性和极低的热膨胀系数，在5G高频段优势尽显。它给天线振子装上了轻量化翅膀，让天线在高效工作的同时，减轻自身负担，提升整体性能。

 

图6： ©互联网

在手机天线和基站领域，LCP同样身手不凡。一方面，LDS - LCP材料可用于LDS天线，不过LCP分子取向强，各物性在取向和垂直方向差异大，设计时要留意熔接线强度弱等问题。另一方面，以LCP为基材的软板天线也崭露头角，软板良好的弯折性还能取代同轴电缆，为手机节省宝贵空间，让手机设计更具创意和灵活性。华为在其5G基站中大量使用了LCP材料。塞拉尼斯（Celanese）推出的Vectra®和Zenite® LCP材料，凭借其卓越的加工性能和可靠性，成功打入了5G基站建设市场（图6）。通过采用这种材料，制造商能够生产出更加紧凑高效的射频组件，进一步推动5G基础设施的发展。

 

图7： ©互联网

5G时代对高频传输绝缘材料要求近乎苛刻，要将信号传输损耗降到最低。LCP材料突出的高频介电性、尺寸稳定性和耐热性，使其成为5G高频高速电路板的理想基材。除了应用于手机天线柔性电路板（FPC），LCP基材的电路板还在5G关联通讯、笔记本电脑、智能穿戴设备、汽车毫米波雷达等众多领域大显神通，为这些设备搭建起稳固可靠的信号高速公路（图7）。

 

图8： ©互联网

LCP的耐热性高，连续使用温度高达250℃，短时间耐温可达320℃，并且热膨胀系数低，使其成为散热系统材料的理想选择，可用于AI服务器和GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器，见图8）的散热风扇中，提升高性能计算的效率。
   
LCP业界的“三国杀”

从全球范围看，LCP合成门槛高，能生产LCP树脂的企业屈指可数，产能主要集中在美国、日本、中国，形成了独特的“三国演义”局面。而在其中，塞拉尼斯（Celanese）、宝理塑料（Polyplastics）以及住友化学（Sumitomo Chemical）堪称 “三巨头”，掌控着全球63%的LCP产能，具备产业链垂直整合能力，在市场中占据垄断地位。

 

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国内企业涉足LCP领域相对较晚，以往产品长期依赖美日进口。但随着5G在中国渗透的进程加速，LCP材料市场需求井喷，国产化需求日益迫切。近年来，国内企业奋起直追，沃特股份（图9）、金发科技、普利特等企业积极投入技术研发，LCP树脂生产技术逐渐成熟并实现投产，国内LCP产能迅速增长，国产化进程不断加速，在这场全球LCP材料的博弈中，正努力追赶并缩小与国际巨头们的差距。以沃特股份为例，该公司通过收购韩国三星LCP产品技术和设备产线，成功掌握了LCP核心研发生产技术及设备自研能力。如今，沃特股份已成为国内出货量第一的LCP供应商，打入5.5G（5G技术的增强版）基站和手机供应链，为国内外众多知名企业提供优质的产品和服务。
 
LCP成型加工：让每一克材料都发挥最大价值

LCP材料的成型加工是一项复杂而精细的工作。注塑成型、挤出成型和吹塑成型等多种加工方法的应用，使得LCP材料能够呈现出各种形态和用途的产品（图10）。例如，通过注塑成型技术，可以制造出精密的LCP连接器；而通过挤出成型技术，则可以生产出高质量的LCP薄膜和管材。

 

图10： ©互联网

LCP材料流动性好，固化速度快，成型周期短，能让生产效率大幅提升，非常适合注塑成型，能够制造出复杂形状的高精度部件，满足各种不同的应用需求。在成型过程中，LCP的各向异性特性就像是给材料赋予了超能力，使其在某些方向上具有更高的强度和刚性。这种特性可以根据不同的应用需求进行优化设计，从而实现更高的材料利用率和更好的部件性能，让每一克材料都发挥最大价值。

图11： ©互联网

 

尽管LCP拥有诸多优点，但要将其转化为高质量的产品并不容易。LCP分子取向强，导致制品各向异性明显，即不同方向上性能差异大，这就给模具设计和成型工艺带来难题，需要动些小心思。在注塑模具设计上，考虑到LCP材料的流动性好，模具流道和浇口尺寸可适当减小；又因为分子取向问题，要合理设计浇口位置和数量，避免出现熔接线强度不足等缺陷。在成型工艺参数方面，温度设定至关重要，温度过低，材料流动性差，难以充满模具型腔；温度过高，又可能导致材料降解。压力和速度也要精准调控，确保分子取向均匀，保证材料在模具中顺利流动并压实，否则制品的性能会大打折扣，出现气泡、裂纹等品质问题，难以满足5G等高端领域的需求。而对于挤出成型，LCP塑料容易呈各向异性，因此一般需与其它各向同性的材料共挤出加工成型成多层薄膜或者管材。

成型加工方法的不断创新和完善，为LCP材料在更广泛领域的应用提供了有力支持。

 

LCP的未来不止于5G

随着5.5G和6G技术的推广，LCP的应用前景将更加广阔。曾有人预言：“LCP将像硅在半导体行业的地位一样，成为6G时代（图11）的基础材料，甚至认为谁掌握了LCP，谁就握住了6G的命脉。”笔者认为此预言的前半句还是可信的，LCP的低介电损耗、高耐热性和优异的加工性能使其成为6G技术的核心材料之一。但显然后半句就有些夸张了，因为LCP的应用范围和市场规模仍受限于技术壁垒和成本问题，而且LCP并非唯一的关键材料，其他高性能材料如改性聚酰亚胺（MPI）等也不遑多让。LCP之“6G命脉”地位，仍需时间和技术的进一步验证。

不管怎么说，LCP材料在未来6G时代的重要性不可低估，势必将更加展现出它的独特魅力，为我们创造更加美好的科技未来。

 

来源：荣格-《国际塑料商情》

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