液晶聚合物(LCP)是20世紀70年代開發出的一類具有優異性能的介于晶體和液體之間的中間相態聚合物,在受熱熔融或溶劑溶解后會由剛性固定轉變為具有流動性的液體物質,同時又保持著晶態物質的取向有序性,從而形成兼具液態流動性和晶態分子有序排列特征的液晶態。
美國率先發明LCP,日本后來居上。LCP樹脂產品根據合成單體的不同可劃分Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。Ⅰ型液晶聚合物單體由對羥基苯甲酸(HBA)、聯苯二酚(BP)和對苯二甲酸(TPA)構成,結構中的苯環屬于剛性鏈段,因此耐熱性能極高,熱變形溫度可達到300℃以上且拉伸性能好,其下游產品主要用于電子元件如連接器等。Ⅱ型單體由HBA和6-羥基-2-萘甲酸(HNA)構成,單體構成最簡單,聚合物相對分子量最大,機械性能突出,是最適宜生產天線材料的LCP類型。Ⅲ型單體由HBA和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)構成,酯基結構使得使分子鏈中柔性鏈段增加,從而導致材料熱變形溫度降低,目前只用于生產連接管和傳感器的塑料。
I型液晶聚合物最早在1972年由美國CBO公司的Economy J.和Cottis S.率先研發并投入生產,申請牌號為Ekonol。1979年日本住友化學公司引進該技術,并自主研發E2000系列,標志著日本也擁有了生產LCP樹脂的技術。1984年CBO將技術轉讓給Dart,索爾維公司(Solvay)通過整合Dart公司掌握LCP樹脂生產技術,并推出Xydar牌號產品,2019年將該業務出售給新日本石油株式會社(ENEOS)。I型LCP樹脂產品具有較高的耐熱性,但是其加工性能較一般。
II型液晶聚合物于1984年由Hoechst-Celanese公司(赫斯特-塞拉尼斯)開發成功,1985年開始生產Vectra牌號產品。后來,塞拉尼斯把技術轉讓給旗下的Ticona(泰科納)公司生產,泰科納成為當時全球最大的LCP樹脂生產商。1995年杜邦推出牌號為Zenite的產品,這項業務后來也被泰科納所收購。1996年,日本大賽璐化學的子公司寶理塑料(Polyplastics)從塞拉尼斯引進LCP樹脂生產技術,生產牌號為LAPEROS的LCP樹脂。II型液晶聚合物綜合性能表現十分突出,既有高耐熱性能,也有很好的加工性能,因此是目前市占率最高的產品類型。
Ⅲ型LCP樹脂是1976年由伊斯曼-柯達公司研發,于1986年開始生產以X-7G為牌號的產品。日本東麗公司(Toray)在1994年開始生產Siveras牌號的LCP樹脂。Ⅲ型產品耐熱性能略差,是目前使用最少的產品類型。
根據CNCET統計, 2020年全球約有15家LCP樹脂生產企業,總產能約7.85萬噸/年,主要分布在日本、中國、美國、韓國。
預計到2025年世界LCP樹脂產能接近12萬噸/年,產量約9萬噸,2020~2025年產能和產量年均增長率分別為8.6%和5.5%。
我國最早從事LCP樹脂生產的是上海普利特化工新材料有限公司。該公司初期中試裝置規模僅200噸/年,技術成熟后建設了2000噸/年LCP樹脂生產線,于2012年投產。深圳市沃特新材料股份有限公司于2014年購買三星精密生產技術和專利,2016年在江蘇東臺建成并投產3000噸/年LCP樹脂生產線,2020年新建成并投產5000噸/年裝置,成為國內產能最大的企業。截至2020年底,我國共有7家企業擁有LCP樹脂生產線,總產能約2.7萬噸/年,主要分布在江蘇、廣東、上海、浙江。
目前已知我國在建擬建LCP樹脂項目共6個,合計產能5.8萬噸/年。預計2021~2025年期間我國LCP樹脂產能將新增4萬噸/年,2025年總產能達到6.68萬噸/年。
我國LCP樹脂約82%用于電子電器工業,用于連接器、高線度接插件、濾波芯片、液晶背光架、主板等部件;其余18%用在汽車行業及航空航天等領域,如汽車發動機內零件、儀器零件、噴氣發動機零件、雷達天線屏蔽罩、人造衛星電子部件等。
未來,國內電子電器及汽車領域仍將保持較快速度增長,尤其是5G等更高世代通信技術,將刺激對LCP樹脂的需求。隨著國內生產技術進步、成本降低,市場規模增速將提高。預計2025年國內LCP樹脂表觀消費量超過5萬噸,2020~2025年年均增長率在7%左右。
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