當(dāng)你每天拿著5G手機(jī)刷短視頻和追劇，享受著高速、低延遲的網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，你是否曾想過(guò)，這一切的背后離不開(kāi)一種神奇的材料——液晶聚合物（LCP）。憑借其獨(dú)特的性能，不僅滿足了5G對(duì)高頻高速低損耗信號(hào)傳輸?shù)男枨螅€在小型化、耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度等方面表現(xiàn)出色，成為5G時(shí)代的關(guān)鍵材料之一，也悄然改變著我們的生活。本文將帶您走進(jìn)LCP的世界一探究竟，看看它是如何在5G時(shí)代大放異彩的。

 LCP：5G時(shí)代的明星材料

從1888年液晶現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)，到1966年杜邦公司首次制備出高強(qiáng)度、高模量的LCP纖維，再到如今作為新型高性能特種工程塑料在5G技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，LCP的每一步發(fā)展都凝聚著科學(xué)家的智慧與汗水（圖1）。

圖1： ©互聯(lián)網(wǎng)

圖2： 典型熱致性LCP有三種代表性分子結(jié)構(gòu)©互聯(lián)網(wǎng)

LCP這一神奇材料，有著獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)（圖2）。它屬于芳香族熱塑性聚酯，由剛性分子鏈構(gòu)成。在一定物理?xiàng)l件下，呈現(xiàn)出奇妙狀態(tài)，既有液體流動(dòng)性，又有晶體各向異性（指材料在不同方向上表現(xiàn)出不同的物理或機(jī)械性能）。根據(jù)形成液晶相條件，LCP分為溶致性液晶（LLCP）和熱致性液晶（TLCP）。LLCP只能在溶液中加工，多用作纖維和涂料；而5G通信用的是TLCP，它能在熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上形成液晶相，可通過(guò)熔紡、注射、擠出等多種熱加工方式，搖身一變成為各種制品。

圖3： ©互聯(lián)網(wǎng)

TLCP在熔融狀態(tài)下，分子排列得像一根根筆直的小棒，成型時(shí)的剪切應(yīng)力讓這些分子取向更有序，產(chǎn)生自增強(qiáng)效果，這使得LCP材料機(jī)械性能卓越，強(qiáng)度超高，同時(shí)尺寸穩(wěn)定性、光學(xué)性能、電性能、耐化學(xué)藥品性、自阻燃性等都十分出色，而且耐熱性好，熱膨脹系數(shù)低。尤其是在高頻段，LCP憑借分子骨架對(duì)稱性高和自身結(jié)構(gòu)限制主鏈運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，展現(xiàn)出極低的介電常數(shù)和介電損耗，能夠有效減少信號(hào)衰減，傳輸效率極高。比如，其介電損耗僅為0.002，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)材料如聚酰亞胺（PI）的0.02。這一特性使得LCP在5G技術(shù)中可是如魚(yú)得水。

圖4： ©互聯(lián)網(wǎng)

LCP的高流動(dòng)性使其能夠輕松成型，適用于制造小型薄壁化、高密度的電子器件。例如，LCP可以制成厚度僅為0.1毫米的薄膜，用于柔性印刷電路板（Flexible Printed Circuit，F(xiàn)PC，見(jiàn)圖3）。LCP的耐熱溫度可達(dá)300℃以上，且在高應(yīng)力環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定性能。
 
5G舞臺(tái)LCP大顯身手

前面介紹的LCP所具有之卓越特性，讓這種材料在5G通信設(shè)備技術(shù)中扮演著不可或缺的角色（圖4）。

圖5： ©互聯(lián)網(wǎng)

5G時(shí)代，數(shù)據(jù)傳輸速度飆升，對(duì)高速連接器性能提出嚴(yán)苛要求。為確保數(shù)據(jù)傳輸可靠，低介電低損耗的連接器材料成為剛需，LCP材料閃亮登場(chǎng)。它吸水性極低，介電穩(wěn)定性極佳，還具備超低翹曲、高流動(dòng)性和尺寸穩(wěn)定性，簡(jiǎn)直是5G高速連接器的完美搭檔。LCP連接器（圖5）能妥妥地接住每一個(gè)數(shù)據(jù)，確保傳輸過(guò)程零失誤。

天線振子是天線的核心功能部件。在追求減重降本的當(dāng)下，塑料振子受到青睞，其中采用LDS工藝（Laser Direct Structuring激光直接成型，一種三維電路制造技術(shù)）的LDS - LCP材料已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。LCP材料憑借極低的介電損耗、良好的耐熱耐燃性和極低的熱膨脹系數(shù)，在5G高頻段優(yōu)勢(shì)盡顯。它給天線振子裝上了輕量化翅膀，讓天線在高效工作的同時(shí)，減輕自身負(fù)擔(dān)，提升整體性能。

圖6： ©互聯(lián)網(wǎng)

在手機(jī)天線和基站領(lǐng)域，LCP同樣身手不凡。一方面，LDS - LCP材料可用于LDS天線，不過(guò)LCP分子取向強(qiáng)，各物性在取向和垂直方向差異大，設(shè)計(jì)時(shí)要留意熔接線強(qiáng)度弱等問(wèn)題。另一方面，以LCP為基材的軟板天線也嶄露頭角，軟板良好的彎折性還能取代同軸電纜，為手機(jī)節(jié)省寶貴空間，讓手機(jī)設(shè)計(jì)更具創(chuàng)意和靈活性。華為在其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，憑借其卓越的加工性能和可靠性，成功打入了5G基站建設(shè)市場(chǎng)（圖6）。通過(guò)采用這種材料，制造商能夠生產(chǎn)出更加緊湊高效的射頻組件，進(jìn)一步推動(dòng)5G基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展。

圖7： ©互聯(lián)網(wǎng)

5G時(shí)代對(duì)高頻傳輸絕緣材料要求近乎苛刻，要將信號(hào)傳輸損耗降到最低。LCP材料突出的高頻介電性、尺寸穩(wěn)定性和耐熱性，使其成為5G高頻高速電路板的理想基材。除了應(yīng)用于手機(jī)天線柔性電路板（FPC），LCP基材的電路板還在5G關(guān)聯(lián)通訊、筆記本電腦、智能穿戴設(shè)備、汽車毫米波雷達(dá)等眾多領(lǐng)域大顯神通，為這些設(shè)備搭建起穩(wěn)固可靠的信號(hào)高速公路（圖7）。

圖8： ©互聯(lián)網(wǎng)

LCP的耐熱性高，連續(xù)使用溫度高達(dá)250℃，短時(shí)間耐溫可達(dá)320℃，并且熱膨脹系數(shù)低，使其成為散熱系統(tǒng)材料的理想選擇，可用于AI服務(wù)器和GPU（Graphics Processing Unit，圖形處理器，見(jiàn)圖8）的散熱風(fēng)扇中，提升高性能計(jì)算的效率。
   
LCP業(yè)界的“三國(guó)殺”

從全球范圍看，LCP合成門(mén)檻高，能生產(chǎn)LCP樹(shù)脂的企業(yè)屈指可數(shù)，產(chǎn)能主要集中在美國(guó)、日本、中國(guó)，形成了獨(dú)特的“三國(guó)演義”局面。而在其中，塞拉尼斯（Celanese）、寶理塑料（Polyplastics）以及住友化學(xué)（Sumitomo Chemical）堪稱 “三巨頭”，掌控著全球63%的LCP產(chǎn)能，具備產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合能力，在市場(chǎng)中占據(jù)壟斷地位。

圖9： ©互聯(lián)網(wǎng)

國(guó)內(nèi)企業(yè)涉足LCP領(lǐng)域相對(duì)較晚，以往產(chǎn)品長(zhǎng)期依賴美日進(jìn)口。但隨著5G在中國(guó)滲透的進(jìn)程加速，LCP材料市場(chǎng)需求井噴，國(guó)產(chǎn)化需求日益迫切。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)奮起直追，沃特股份（圖9）、金發(fā)科技、普利特等企業(yè)積極投入技術(shù)研發(fā)，LCP樹(shù)脂生產(chǎn)技術(shù)逐漸成熟并實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)，國(guó)內(nèi)LCP產(chǎn)能迅速增長(zhǎng)，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程不斷加速，在這場(chǎng)全球LCP材料的博弈中，正努力追趕并縮小與國(guó)際巨頭們的差距。以沃特股份為例，該公司通過(guò)收購(gòu)韓國(guó)三星LCP產(chǎn)品技術(shù)和設(shè)備產(chǎn)線，成功掌握了LCP核心研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備自研能力。如今，沃特股份已成為國(guó)內(nèi)出貨量第一的LCP供應(yīng)商，打入5.5G（5G技術(shù)的增強(qiáng)版）基站和手機(jī)供應(yīng)鏈，為國(guó)內(nèi)外眾多知名企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。
 
LCP成型加工：讓每一克材料都發(fā)揮最大價(jià)值

LCP材料的成型加工是一項(xiàng)復(fù)雜而精細(xì)的工作。注塑成型、擠出成型和吹塑成型等多種加工方法的應(yīng)用，使得LCP材料能夠呈現(xiàn)出各種形態(tài)和用途的產(chǎn)品（圖10）。例如，通過(guò)注塑成型技術(shù)，可以制造出精密的LCP連接器；而通過(guò)擠出成型技術(shù)，則可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的LCP薄膜和管材。

圖10： ©互聯(lián)網(wǎng)

LCP材料流動(dòng)性好，固化速度快，成型周期短，能讓生產(chǎn)效率大幅提升，非常適合注塑成型，能夠制造出復(fù)雜形狀的高精度部件，滿足各種不同的應(yīng)用需求。在成型過(guò)程中，LCP的各向異性特性就像是給材料賦予了超能力，使其在某些方向上具有更高的強(qiáng)度和剛性。這種特性可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)更高的材料利用率和更好的部件性能，讓每一克材料都發(fā)揮最大價(jià)值。

圖11： ©互聯(lián)網(wǎng)

盡管LCP擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，但要將其轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的產(chǎn)品并不容易。LCP分子取向強(qiáng)，導(dǎo)致制品各向異性明顯，即不同方向上性能差異大，這就給模具設(shè)計(jì)和成型工藝帶來(lái)難題，需要?jiǎng)有┬⌒乃?。在注塑模具設(shè)計(jì)上，考慮到LCP材料的流動(dòng)性好，模具流道和澆口尺寸可適當(dāng)減小；又因?yàn)榉肿尤∠騿?wèn)題，要合理設(shè)計(jì)澆口位置和數(shù)量，避免出現(xiàn)熔接線強(qiáng)度不足等缺陷。在成型工藝參數(shù)方面，溫度設(shè)定至關(guān)重要，溫度過(guò)低，材料流動(dòng)性差，難以充滿模具型腔；溫度過(guò)高，又可能導(dǎo)致材料降解。壓力和速度也要精準(zhǔn)調(diào)控，確保分子取向均勻，保證材料在模具中順利流動(dòng)并壓實(shí)，否則制品的性能會(huì)大打折扣，出現(xiàn)氣泡、裂紋等品質(zhì)問(wèn)題，難以滿足5G等高端領(lǐng)域的需求。而對(duì)于擠出成型，LCP塑料容易呈各向異性，因此一般需與其它各向同性的材料共擠出加工成型成多層薄膜或者管材。

成型加工方法的不斷創(chuàng)新和完善，為L(zhǎng)CP材料在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有力支持。

LCP的未來(lái)不止于5G

隨著5.5G和6G技術(shù)的推廣，LCP的應(yīng)用前景將更加廣闊。曾有人預(yù)言：“LCP將像硅在半導(dǎo)體行業(yè)的地位一樣，成為6G時(shí)代（圖11）的基礎(chǔ)材料，甚至認(rèn)為誰(shuí)掌握了LCP，誰(shuí)就握住了6G的命脈。”筆者認(rèn)為此預(yù)言的前半句還是可信的，LCP的低介電損耗、高耐熱性和優(yōu)異的加工性能使其成為6G技術(shù)的核心材料之一。但顯然后半句就有些夸張了，因?yàn)長(zhǎng)CP的應(yīng)用范圍和市場(chǎng)規(guī)模仍受限于技術(shù)壁壘和成本問(wèn)題，而且LCP并非唯一的關(guān)鍵材料，其他高性能材料如改性聚酰亞胺（MPI）等也不遑多讓。LCP之“6G命脈”地位，仍需時(shí)間和技術(shù)的進(jìn)一步驗(yàn)證。

不管怎么說(shuō)，LCP材料在未來(lái)6G時(shí)代的重要性不可低估，勢(shì)必將更加展現(xiàn)出它的獨(dú)特魅力，為我們創(chuàng)造更加美好的科技未來(lái)。

來(lái)源：榮格-《國(guó)際塑料商情》

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