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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 LCP 就遇到了这样 0→1 的发展契机,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w B l ~ &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。
一、LCP,性能优异的工程塑料
1、LCP 材料:优v { ^ V B D ^异的新Z X i ^ s W x d型高性能特种工程塑料
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、S M } * A g阻燃性以及低介电常数 和介电损耗因b + Q数等特点。
LCP 根据p K 8 K g #形成液晶相的A ? y 0条件,可分为:(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) l _ 2 I 0 C Q P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 TLh M c K Z N G bCP,在熔点或玻璃化转变温度以上形成液晶) P w x h ~ W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。我们本文讨论的 LCP 主要为热致性液晶 TLCP。
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) 。I 型 TLCA U g w + wP 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Y D p N S # 1 k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℃。以苏威s c i 1 p的 Xydar 和住友的 SimikaSuper 为代表。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m d / M HBA 和聚对苯二甲酸乙二醇# U $酯(PET)合成的共聚物,热变形温度低于 210℃, 如尤尼6 { ) J奇卡的 Rodrun 为代表的非全芳香族系列。
图 1:几种典型的 LCP 结h ` u { A u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A 1 L f 8 Z ! Z V得高分子量产品。非全芳香族 LCP 塑N j ^ 9 y 5 + 3 y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 的技术得到发展。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、m l O z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。
图 2:8 l D 7 ? 2 _ #LCP 材料性能优异
2、产业链:中上游为技术难点,下游应用广泛
LCP 产业链中,LCP 树脂的合成及成膜为技术难点。目; j ! T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q q A s u 3 +产物醋 酸得b I h ` 1 0 b l ,到 LCP。u 6 s该方法是目前 L- v 3 i q 3 RCP 工业化生产的主要方法。
3、LCP 的加_ z G V @ ]工@ L h Z J M o A方法O V N A : e主要包括以下 4 种。
(1n 7 E / A)注塑成型:注塑成型是 LV - B rCP 最主要x . ; v e的成型方E e V 6法。0 8 [LCP 不仅具有优异的加工流动 性,且固化速度快u a 3 a,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S ^ Y b LCP 分子链是刚性棒状的,易0 p 0于沿流动方 向取向T h ! ^,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| ; ! 6 B :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a Q L w产,LCP 材料产能 快速增长N 5。随着 5G 时代到来,未来 LCP 材料需求将有望迎来快速增长。
1、市场格局:美日主导,国产材料崛起在即
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- K { u多家日美厂商拥有垂直整合能力。日本住友集团(住友化学/5 x z 1 G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 Primate~ B / , A cc 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{ ~ F ( { w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J [ N 9 + ; L f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k _ 9 a : 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。
表 1:全球液晶* ` ( : 0 4 y l .高分子的主要生产商
2、LCP 材料下游应用领域不断拓展
LCPu | O S Y { i 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。
图 3:LCP 下游应用广泛
2019 年Z j R LCP 全球需求量在 7.4Q i 1 [ 万吨左右 [ ;,主要应用在电_ ! f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。
三、5G 时代来临,LCP 需求迎来爆发
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。LCPa 2 k t 是目前工程塑料领域介电损耗最低的材/ 9 8 9 F T h :料, 综合优势最强,我们认为未来在基站端和手机端都将大幅增加 LCp A JP 材料的使用。
图 6:LCP 材料介绍
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G : b d K .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, I T r # 2 a ; ? D场将是 LCP 天线。
2、基站端,LCP 的振子将有望成为主流路线
5G 基站对于振子有更严格的要求:(1)高度集成,主动天线单元(( 3 oAAU)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| $ t d . Y温超过 260℃。(2)大规模多入多出(Massive MIMO)及波束赋形天线技术W E K P 4,需要更 多的天线,材料需轻$ V O 4 ; j m w量化,塑料天线振子成n o 2 H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% + i k Z 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D = x ] m 9 | # c化,与q b z @ i k钣金、压铸式Y ` [ p ! m q 工艺相比,3D 塑料振子除了在重量上 具有优势,还能满足钣1 c J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h $ f料, LCP 材料具有低介电损耗、耐候x m N Y性好、综合成本低等优势,未来有望加速进入供应链体系。
四? ^ z m e O X d ^、市场空间超过百亿,价值量上薄膜优于树脂
我们按照手机端和基站端分别进行测算,来测算 LCP 未来市I r u r i /场的需求空| f y间。
我们做了如下假设:
1)手机端, 2019、2U B 2 - 6 i020、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 振子的市场占有率 2019、2020、2021、2022 和 2025 年分别为 0、) 8 U h o _ 20%、30%、40%和 8o @ p 5 :0%。
我们认为( V } M u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: i T 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,我们预计 2020 年下半年就会有企业 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) | 0 v }长。
附:风险因素
1)5G 产业化低于预期;
2)材料应用方案存在不确定性;
3)技术开发进度不及预期。
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