液晶高分子產(chǎn)業(yè)發(fā)展

1、高分子液晶（LCPLCP）王桂林LCP概念 LCP,中文名稱叫液晶聚合物。LCP是介于固體結(jié)晶和液體之間的中間狀態(tài)聚合物，其分子排列雖然不像固體晶態(tài)那樣三維有序，但也不是液體那樣無序，而是具有一定（一維或二維）的有序性。它是一種新型的高分子材料，在熔融態(tài)時一般呈現(xiàn)液晶性。這類材料具有優(yōu)異的耐熱性能和成型加工性能.LCp 高分子化學(xué)注重對高聚物合成以及性質(zhì)的研究，而高分子物理則重點研究高聚物的結(jié)構(gòu)與性能，二者相輔相成，近年來研究較多的高分子液晶材料就是兩者結(jié)合的典范. 從高分子液晶誕生到現(xiàn)在只有50多年的歷史，是一門很年輕的學(xué)科。作為液晶自增強塑料、高性能纖維、板材、薄膜及光導(dǎo)纖維包覆層，被廣泛

2、應(yīng)用于電子電器、航天航空、國防軍工、光通訊等高新技術(shù)領(lǐng)域以及汽車、機械、化工等國民經(jīng)濟各工業(yè)部門。但目前對它的研究仍處于較低的水平，理論研究較狹隘，液晶高分子尚存在制品的機械性能各向異性、接縫強度低、價格相對較高等缺點，這些都有待于進一步的改進，所以高分子液晶仍是高分子科學(xué)研究的一個熱點。高分子液晶材料的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展 1)1937年Bawden和Pirie1在研究煙草花葉病病毒時，發(fā)現(xiàn)其懸浮液具有液晶的特性。這是人們第一次發(fā)現(xiàn)生物高分子的液晶特性.2) 1950年，Elliott與Ambrose第一次合成了高分子液晶，溶致型液晶的研究工作至此展開。3) 50年代到70年代，美國Duponnt公司

3、投入大量人力才力進行高分子液晶方面的研究，并于1959年推出芳香酰胺液晶，但分子量較低，1963年，用低溫溶液縮聚法合成全芳香聚酰胺，并制成阻燃纖維Nomex，1972年研制出強度優(yōu)于玻璃纖維的超高強.高模量的Kevlar纖維，并付注實用，以后，高分子液晶的研究則從溶致型轉(zhuǎn)向為熱致型。在這一方面Jackson等作出了較大貢獻，他們合成了對苯二甲酸已二醇酯與對羥基苯甲酸的共聚物，可注塑成型，這是一種模量極高的自增強液晶材料。LCPLCP分類天然高分子液晶： 自然界存在的液晶高分子。天然液晶高分子主要有纖維素衍生物，多肽及蛋白質(zhì)，脫氧核糖核酸和核糖核酸等生物大分子。合成高分子液晶： 它們是液晶高分

4、子的研究重點，已商品化的合成液晶高分子主要有芳香族聚酰胺(如Kevlar)、熱致液晶共聚酯(如Xydar、VectraA等)、熱致液晶聚酯酰胺(如VectraB等)。LCP的特性 1） LCP具有自增強性：具有異常規(guī)整的纖維狀結(jié)構(gòu)特點，因而不增強的液晶塑料即可達到甚至超過普通工程塑料用百分之幾十玻璃纖維增強后的機械強度及其模量的水平。如果用玻璃纖維、碳纖維等增強，更遠遠超過其他工程塑料。2） 液晶聚合物還具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、耐熱性及耐化學(xué)藥品性，對大多數(shù)塑料存在的蠕變特點，液晶材料可以忽略不計，而且耐磨、減磨性均優(yōu)異。 3） LCP的耐氣候性、耐輻射性良好，具有優(yōu)異的阻燃性，能熄滅火焰而不再繼

5、續(xù)進行燃燒。其燃燒等級達到UL94V-0級水平。 4） LCP具有優(yōu)良的電絕緣性能。其介電強度比一般工程塑料高，耐電弧性良好。在連續(xù)使用溫度200-300，其電性能不受影響。間斷使用溫度可達316左右。 5） LCP具有突出的耐腐蝕性能，LCP制品在濃度為90%酸及濃度為50%堿存在下不會受到侵蝕，對于工業(yè)溶劑、燃料油、洗滌劑及熱水，接觸后不會被溶解，也不會引起應(yīng)力開裂。 6）卓越的熱老化性能，在高溫下保持固有特性。 卓越的流動性 - 薄壁，復(fù)雜的形狀。 尺寸穩(wěn)定性極佳，模塑收縮率低，熱膨脹系數(shù)極小，可與金屬相媲美。 在成型時，分子鏈朝著流動的方向排列，產(chǎn)生一種好似其分子自身將其增強的自增強效

6、果可獲得極高的強度和彈性模量。 LCP液晶高分子聚合物的成型加工： 1） 具溫度100260；成型壓力7100MPa，壓縮比2.54，成型收縮率0.10.6%。 2） LCP加工成型可通過熔紡、注射、擠出、模壓、涂復(fù)等工藝。雖然加工方法各異，但有一共同點是均利用在液晶態(tài)時分子鏈高度取向下進行成型再冷卻固定取向態(tài)，從而獲得高機械性能，所以除分子結(jié)構(gòu)和組成因素外，材料性能與受熱和機械加工的歷程史、加工設(shè)備及工藝過程密切相關(guān)。 3）加工設(shè)備：液晶聚合物加工成型一般不需特殊的設(shè)備，常規(guī)的聚合物加工設(shè)備均可利用。但由于液晶聚合物加工溫度較高，故設(shè)備選型時因充分考慮其加熱系統(tǒng)的能力和設(shè)備材質(zhì)，必須經(jīng)受得住

7、長時間的高溫烘烤。另一方面，由于液晶分子的棒狀取向作用，加大模具出口的長徑比有利于分子取向，以利于提高材料的力學(xué)性能。 4）加工溫度：溫度影響聚合物的粘度，從而影響到流動的均勻性。加工過程必須保證熔體溫度均一，有適宜的流動形態(tài)。熔體溫度過高將導(dǎo)致分子運動太劇烈，取向序損失，反而不利；溫度偏低則不能保證分子鏈充分伸展，失去液晶態(tài)的優(yōu)越性。一般可將模溫控制在低于熔體溫度100150。 5）壓力：液晶聚合物成型時也需要一定的壓力，但壓力及成型速率不宜過高，否則將導(dǎo)致熔體流動不均、制品出現(xiàn)瑕疵和增加內(nèi)應(yīng)力。注射成型中壓力與LCP的成型溫度高，因其品種不同，熔融溫度在300425范圍內(nèi)。LCP熔體粘度低

8、，流動性好，與烯烴塑料近似。LCP具有極小的線膨脹系數(shù)，尺寸穩(wěn)定性好。成型加工條件參考為：成型溫度300390；模注射體積有關(guān)，一般注射容量為料筒容積的5070%較適宜。 LCP的應(yīng)用 液晶高分子材料在電子電氣行業(yè)中需求量最大且發(fā)展迅速，1998年可達3600 噸，平均年增長23.1 %；其次是通訊業(yè)，需求量約1540 噸，增長21.1%；工業(yè)界及運輸業(yè)總需求量不到1700 噸，平均年增長率約為I1%。主要用于接插件、開關(guān)、繼電器、模塑印刷電路板、光纜結(jié)構(gòu)件、復(fù)合材料、機械手、泵/閥門組件、功能件等，極大地推動了液晶高分子技術(shù)及其它高新技術(shù)的發(fā)展。LCP的應(yīng)用 1）電子電氣是LCP的主要市場：

9、電子電氣的表面裝配焊接技術(shù)對材料的尺寸穩(wěn)定性和耐熱性有很高的要求（能經(jīng)受表面裝配技術(shù)中使用的氣相焊接和紅外焊接）； 2） LCP：印刷電路板、人造衛(wèi)星電子部件、噴氣發(fā)動機零件、汽車機械零件、醫(yī)療方面。 3）LCP加入高填充劑或合金（PSF/PBT/PA）。 作為集成電路封裝材料、代替環(huán)氧樹脂作線圈骨架的封裝材料。 4）作光纖電纜接頭護套和高強度元件。 5）代替陶瓷作化工用分離塔中的填充材料。 代替玻璃纖維增強的聚砜等塑料（宇航器外部的面板、汽車外裝的制動系統(tǒng)）。 6） LCP已經(jīng)用于微波爐容器，可以耐高低溫。 LCP還可以做印刷電路板、人造衛(wèi)星電子部件、噴氣發(fā)動機零件：用于電子電氣和汽車機械零

10、件或部件；還可以用于醫(yī)療方面。 LCP產(chǎn)業(yè)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國外：在工業(yè)上進入90年代，液晶高分子以前所未有的驚人速度發(fā)展，美、日、歐洲等國家和地區(qū)競相致力于液晶高分子的開發(fā)與工業(yè)生產(chǎn)，新的品種和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。國內(nèi)：我國的液晶高分子 研究始于七十年代初，至今在理論研究方面已取得顯著成績，某些方面的成就具有世界先進水平。如“剛性鏈側(cè)鏈型液晶高分子”概念的提出及其證實；有關(guān)側(cè)鏈型液晶高分子的WangW2arner 理論的提出；然而在液晶高分子 的工業(yè)化進程上，由于種種原因國內(nèi)水平與美、日、德等發(fā)達國家相比差距甚大。到九十年代中期國內(nèi)還沒有一套液晶高分子的工業(yè)化裝置，只有一些小試設(shè)備。此外，我國液晶

11、高分子研究開發(fā)隊伍分散，故到目前為止很少有滿意的中試結(jié)果。液晶材料行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 目前韓國、日本和中國臺灣是TFT-LCD技術(shù)較先進、產(chǎn)業(yè)體系較發(fā)達的國家和地區(qū)，代表LCD廠商有韓國三星、LGD，日本夏普，臺灣友達、奇美等。液晶材料方面，目前日本TFT-LCD配套材料產(chǎn)業(yè)鏈最為完整，擁有液晶材料領(lǐng)先廠商CHISSO和DIC。德國液晶MERCK依靠其強大化工技術(shù)基礎(chǔ)和先進的研發(fā)創(chuàng)新能力，在德國沒有強大面板廠商情況下，在高檔TFT液晶材料市場上處于絕對領(lǐng)先地位。在本土下游廠商帶動下，韓國和中國臺灣正在加大對液晶材料的投入，努力突破德國、日本企業(yè)的壟斷，液晶材料廠商如臺灣大立高分子、韓國東進等目前具備

12、一定的液晶材料生產(chǎn)能力。液晶材料行業(yè)特點 液晶材料行業(yè)技術(shù)水平較高，液晶材料生產(chǎn)需經(jīng)過液晶單體合成、提純、混配三個過程，液晶材料對熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、光電穩(wěn)定性、電壓保持率、電阻率等指標要求嚴格，液晶材料生產(chǎn)中設(shè)備的選擇、化學(xué)反應(yīng)和生產(chǎn)流程的確定、提純和檢測技術(shù)的掌握以及新產(chǎn)品的持續(xù)研發(fā)難度較大。行業(yè)內(nèi)企業(yè)需要長期的研究和經(jīng)驗的積累，才能達到下游液晶面板廠商的需求標準。因此，液晶材料行業(yè)的進入壁壘較高，行業(yè)具有一定的壟斷特征。同時，高技術(shù)水平與壟斷的存在，使液晶材料行業(yè)得以長期保持高于下游的利潤水平。 在經(jīng)營模式方面，液晶材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售普遍采用定制模式。行業(yè)下游發(fā)展迅速，產(chǎn)品種類不斷

13、豐富，科技含量不斷提高，從而對液晶材料的要求不斷發(fā)展；液晶材料為液晶面板的核心材料之一，液晶材料的穩(wěn)定性與性能對液晶面板的顯示質(zhì)量有直接影響，液晶面板廠商對液晶材料的采購有嚴格的要求。因此，在液晶顯示產(chǎn)業(yè)鏈中，通常液晶面板廠商根據(jù)生產(chǎn)需要，向液晶材料廠商定制液晶材料產(chǎn)品，液晶材料廠商按照定制標準進行研發(fā)、生產(chǎn)，并向面板廠商銷售產(chǎn)品。LCP主要生產(chǎn)公司 Du Pont、Eastman、Solvay、Ticona、三菱工程塑料公司、住友、寶理塑料(為Ticona和日本大賽珞化學(xué)公司的合資公司)、東麗, 此外還有上野精細化工公司和Unitika公司等。 液晶高分子趨勢與展望 作為功能材料,研究并開發(fā)液晶高分子材料特別是共聚酯類自增強材料；發(fā)展高強度和耐高溫液晶高分子纖維；研究和開發(fā)原位復(fù)合材料；開發(fā)基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究；加強單體等原料的開發(fā)及加工成型技術(shù)和設(shè)備的研究。這些前沿領(lǐng)域是我國發(fā)展液晶高分子科學(xué)和技術(shù)的中近期戰(zhàn)略目標。但是LCP的高價格限制了它的普及。隨著人們對一些低價格材料、低價格高分子材料與LCP合金的研究,LCP 材料會代替目前使用的部分金屬、非金屬材料。低價位聚合物與LCP 的合金可大大降低材料價格,而對液晶性能的損失較小。此外,大多數(shù)生物體組織,如腦、神經(jīng)、肌肉、血液等和生命現(xiàn)象關(guān)系