5G 时代已经到来，由于其高频高速的特性，将使得材料端有很大的变化。其中液晶高分子（LCP）就遇到了发展契机，凭借其低阻抗、高耐受的特性，预计将成为最为适合的材料。随着5G频率提升，LCP材料及其制品的渗透率将逐步提升，预计将使LCP整个市场快速增加至百亿以上。
液晶高分子（LCP）是指在一定条件下能以液晶相存在的高分子，其特点为分子具有较高的分子量又具有取向有序。LCP 在以液晶相存在时粘度较低，且高度取向，而将其冷却、固化后，它的形态又可以稳定地保持，因此LCP材料具有优异的机械性能。此外，LCP材料还由于具有低吸湿性、耐化学腐蚀性、耐候性、耐热性、阻燃性以及低介电常数和介电损耗因数等特点。1）溶致性液晶LLCP，可在有机溶液中形成液晶相，由于这种类型的聚合物只能在溶液中加工，不能熔融，多能用作纤维和涂料。2）热致性液晶TLCP，在熔点或玻璃化转变温度以上形成液晶相，由于这种类型的聚合可在熔融状态加工，所以不但可以通过溶液纺丝形成高强度纤维，而且可以通过注射、挤出等热加工方式形成各种制品。热致性LCP 根据热变形温度高低分为高耐热型（I 型）、中耐热型（II 型）和低耐热型（III 型）。1）I型TLCP的基本结构主要为对羟基苯甲酸（HBA）、联苯二酚（BP）及不同 比例的对苯二甲酸（TA）/间苯二甲酸（IA）引出的单元，抗张强度及模量在TLCP中最高，热变形温度高于300℃，主要以苏威的Xydar和住友的SimikaSuper 为代表。2）II型TLCP的主要成分是HBA和6-羟基-2-萘甲酸（HNA）引出的单元，热变形温度在240~280℃之 间，加工性能优异，可用挤出机和注塑机加工成型，典型的产品为泰科纳的Vectra。III 型 LCP主要为HBA和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）合成的共聚物，热变形温度低于 210℃， 如尤尼奇卡的 Rodrun 为代表的非全芳香族系列。
几种典型的 LCP 结构单元
LCP 材料具有优异的耐热性能和成型加工性能。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。非全芳香族 LCP 塑胶原料常采用一步或二步熔融聚合制取产品。近年连续熔融缩聚制取高分子量LCP的技术得到展。液晶芳香族聚酯在液晶态下由于其大分子链是取向的，它有异常规整的纤维状结构，性能特殊，制品强度很高，并不亚于金属和陶瓷。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、加工性良好，耐热性好，热膨胀系数较低。
LCP材料的优异性能
LCP产业链中，LCP 树脂的合成及成膜为技术难点。目前，LCP树脂主流的合成方法包括以下4种。1）氧化酯化法：氧化酯化法是一种芳香族羧酸与酚的直接聚合方法。该方法在吡 啶或者酰胺溶剂中，在含磷化合物或者亚硫酰氯等活化剂以及催化剂作用下进行反应，可以得到高分子量的LCP，该方法反应条件较温和，且可以通过单体加入顺序控制分子结构序列。2）硅酯法：芳香族酸类单体通过三甲基硅酯化后，再与乙酰化的酚类单体，通过 溶液或者熔融聚合工艺，去除三甲基硅乙酸酯小分子，可得到高分子量的LCP。3）苯酯法：芳香族羧酸苯酯与酚类单体进行熔融缩聚的方法。但该方法采用的芳 香族羧酸苯酯价格比较昂贵，且在反应过程中会生成小分子苯酚难以除干净。最近住友化学采用碳酸二苯酯与酚类单体通过“一步法”合成工艺合成出低醋酸残留的 LCP，且树脂具有良好的流动性，是一种具有潜在优势的合成工艺。4）酸解反应法：芳香族二元酸与乙酰化的酚类单体进行熔融缩聚，脱去副产物醋 酸得到LCP。该方法是目前LCP工业化生产的主要方法。1）注塑成型：注塑成型是LCP最主要的成型方法。LCP不仅具有优异的加工流动 性，且固化速度快，适用于采用注塑成型方法加工。相对于聚苯硫醚（PPS）和耐高温尼龙（HT-PA），制件具有无飞边等优势。但由于LCP分子链是刚性棒状的，易于沿流动方向取向，从而导致成型制件在平行于流动方向与垂直于流动方向的性能差异以及熔接痕强度较差等缺点。近年来通过模具设计等方法在一定程度上改善了熔接痕强度差以及各向异性等缺陷。挤出成型方法常用于生产塑料薄膜和管材等。由于LCP容易呈各向异性，采用传统挤出工艺加工成型LCP薄膜在熔体流动的横向方向性能较弱。因此，目前LCP一般与其它各向同性的材料，如PET、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)等通过共挤出加工成型成多层薄膜或者管材。LCP具有较低的热膨胀系数、优良的尺寸稳定性、低吸湿性、 优异的高频特性和电绝缘性能，使其在高频电路基板得以广泛的应用。其中挠性印制板和嵌入式电路板需要布局灵活及高密度的布线，因而对成型工艺要求非常高。传统的注塑、 挤出等方法难以满足其工艺要求。住友化学通过特殊的分子设计生产LCP树脂，然后溶解 在特殊的溶剂中通过溶液浇注（solvent-cast）成型后可以得到强度和挠性非常好的薄膜。所采用的溶剂不同于目前所常用的含氟苯酚溶剂，可操作性强。而且通过溶液浇注成型后的制件避免了注塑、挤出成型所造成的各向异性的缺陷。同时可以成型更加复杂的基材， 且可以混入更多的填料。目前该方法加工成型的LCP薄膜制件正在电路板中推广使用。
LCP具有优异的耐气体透过性和耐溶剂性能，可通过吹塑成型成阻隔性能优良的中空成型制品或者薄膜制件，例如汽车部件中的油箱和各种配管。但LCP熔体张力低而导致其垂伸严重，因此通过吹塑成型法制备所需形状的成型制品有一定的困难。
目前全球LCP树脂材料产能约7.6万吨/年，全部集中在日本、美国和中国，产能分别为3.4万吨、2.6万吨和1.6万吨，占比分别为45%、34%和21%，其中美国和日本企业在20世纪80年代就开始量产LCP材料，我国进入LCP领域较晚，长期依赖美日进口， 近几年来随着金发科技、普利特、沃特股份、聚嘉新材料等企业陆续投产，LCP材料产能快速增长。随着5G时代到来，未来LCP材料需求将有望迎来快速增长。国内薄膜专用树脂及薄膜开发起步晚，LCP薄膜用树脂及薄膜生产几乎由日本、美国垄断。LCP产业链多家日美厂商拥有垂直整合能力。日本住友集团（住友化学/住友电工）是目前仅有的一家具有自LCP树脂至模组一体化生产能力的厂商。村田制作所2016年通过并购LCP膜厂商日本Primatec向上游整合，拥有LCP膜到软板一体化生产能力（2017年膜退出LCP天线模组业务）。日本藤仓电子具有聪LCP软板到模组的生产能力，在高频微波软板和高速接口传输线方面具有优势。LCP树脂材料供应商众多，但可商用于LCP多层板的非常有限。LCP树脂材料龙头 宝理塑料、住友化学、塞拉尼斯等在1985年已开始研发并商业化生产LCP。国内厂商沃特股份、普利特、金发科技和聚嘉新材料已成功进入LCP树脂市场。
全球液晶高分子的主要生产商
LCP的下游应用领域广泛。LCP兼具高分子材料和液晶材料的特点，具有杰出的综 合性能，其在航空航天、电子、汽车工业等领域都得到了广泛的应用。同时随着 LCP新产品的开发，新兴应用领域仍在不断拓展。2019年LCP全球需求量在7.4万吨左右，主要应用在电子前期领域，随着未来在 5G等领域的需求的快速增长，消费电子和电子电器领域的需求量将有望快速增长。5G时代逐步来临，由于5G高频高速的特点，对材料的要求也进一步提高，尤其是 在信号传输过程中降低损耗显得非常重要。LCP是目前工程塑料领域介电损耗最低的材料， 综合优势最强，未来在基站端和手机端都将大幅增加LCP材料的使用。1.手机端，LCP 模组将有望成为手机天线端的终端解决方案在5G领域手机端，LCP凭借良好的传输损耗、可弯折性、尺寸稳定性及低吸水率， 是技术角度上最符合天线要求的材料。
目前PI基板FPC天线模组仍是目前手机主流设计方案。但是随着5G时代的来临， 预计MPI和LCP基板的FPC将加速替代。以A公司为例，在iPhone8首次引入LCP软板的天线方案，2018年三款机型XR/XS/XS max仍继续采用LCP天线方案，分别使用3/3/2个LCP天线，这是A公司在为5G时代进行提前布局。
目前，MPI通过调整配方性能已大幅提升，在Sub-6GHz频谱下与LCP性能相当（但在毫米波频谱下仍有差距），且成本低于LCP天线20-30%。此外，从供应链的角度而言目前LCP薄膜基本上被日本企业垄断，MPI的供应商远多于LCP，从供应链稳定性和议价能力角度，A公司短期降低了LCP天线的数量；但是考虑到长期国内产能的释放和技术的逐步突破，随着LCP膜材的逐步国产化，LCP基材的软板的成本将大幅下降， 市场将加速拓展。
根据Yole发布的5G发展路线图，未来通信频率将分两个阶段进行提升。第一阶段的目标是在2020年前将通信频率提升到6GHz，第二阶段的目标是在2020年后进一步提升到30-60GHz。在市场应用方面，智能手机等终端天线的信号频率不断提升，高频应用越来越多，高速大容量的需求也越来越多。为适应当前从无线网络到终端应用的高频高速趋势， 软板作为终端设备中的天线和传输线，其中的MPI天线可能只是过渡，未来主力市场将是LCP天线。
1）高度集成，主动天线单元（AAU）集成RRU和AAU，支持更多天线频段需提升生产效率，SMT成为AAU的制造工艺，天线振子材料耐温超过260℃。2）大规模多入多出（Massive MIMO）及波束赋形天线技术，需要更多的天线，材料需轻量化，塑料天线振子成为趋势。3）毫米波段的电磁波衰减性大，要求天线振子材料具有低介电损耗。目前市场上天线振子类型可大致分为三种：金属压铸、PCB贴片和塑料振子，其中塑料振子又有LDS（激光直接成型技术）和选择性电镀两种工艺方案。4G时代的天线振子以金属材质为主，制造工艺以铸造工艺和钣金工艺为主，重量和体积较大，信号传输精度也不能很好地满足5G时代的要求；而PCB贴片虽然重量轻、成本可控，但是面损耗高， 对施工安装的要求也较高。而通过改性塑料材料，用注塑成型的方式将天线振子形状一次性制造出来，再采用特殊技术将振子的塑料表面金属化，与钣金、压铸式工艺相比，3D塑料振子除了在重量上具有优势，还能满足钣金和压铸工艺所不能实现的精度要求，能较好地适应3.5GHz以上的高频场景，将成为5G时代天线振子的主流方案。目前主流的振子使用的改性塑料方案以PPS（聚苯硫醚）为主，相较于PPS材料， LCP材料具有低介电损耗、耐候性好、综合成本低等优势，未来有望加速进入供应链体系。按照手机端和基站端分别进行测算，来测算LCP未来市场的需求空间。1）手机端：2019、2020、2021、2022和2025年，苹果系统渗透率分别是 50%、 75%、100%、100%和 100%；安卓系统渗透率分别是 0%、7%、14%、21%和40%；2）基站端：LCP振子2019、2020、2021、2022和2025年的市场占有率分别为 0、20%、30%、40%和80%。未来LCP市场将超过百亿，其中LCP薄膜的市场空间就超过百亿。目前，LCP薄膜主要的生产企业仍是国外企业，但是国内一些树脂企业和拉膜企业已经在进行试 样并取得了良好的效果，目前正在工业化准备阶段，预计很快就会有企业形成实质性的销售。LCP树脂需求将快速增长，预计未来5年行业的总需求量将翻番，其中适合拉膜的高端牌号需求将快速增长。大家好，最近微信对订阅号的消息列表进行了改版。读者收到的推送不再按照时间排序，可能中午推送的文章，到下午或者次日您才能收到。
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来源：化工新材料
