液晶高分子材料高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的分析及展望

馮永勝 章麗 袁鵬(衢州英特高分子材料有限公司，浙江 衢州 324000)

0 引言

液晶高分子(LCP)材料是一種功能高分子，它有液體和晶體兩種性質(zhì)的一種中間過渡的聚合物。根據(jù)液晶的形成條件又可以分為熱致型和溶致型。熱致性它不但擁有不同級別的機械強度，還有很高的彈性模量，振動吸收特性等。其材料的壁徑越薄，使用強度越大的特性。另外，其材料是現(xiàn)階段線性膨脹率和金屬材料最接近的工程塑料，這種技術(shù)不斷更新的高分子材料，超越了以往的工程塑料。

1 熱致性液晶高分子材料概念

熱致性液晶高分子(TLCP)的結(jié)構(gòu)具有剛性全芳族鏈和特殊的凝聚態(tài)，其結(jié)構(gòu)是它成為高性能分子材料的主要原因。其性能優(yōu)越，具有流動性好、加工性能優(yōu)越、材料尺寸穩(wěn)定精細(xì)等性能，對化學(xué)藥品有一定的抗性。TLCP材料與其他材料相比的優(yōu)點在于，在液態(tài)狀態(tài)時，排列順序井然有序，方便流動也易取向。在我國對熱致性液晶高分子材料進(jìn)行制造時，其中還有很多的技術(shù)難關(guān)沒有克服，也沒有進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化生產(chǎn)。LCP的領(lǐng)域的專家認(rèn)為，只有在我國對TLCP進(jìn)行制造使TLCP產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化，才能降低材料的成本。

2 TLCP市場分析

2.1 TLCP的市場應(yīng)用現(xiàn)狀

TLCP的分子鏈排列有序且獨特，使聚合物擁有特殊的宏觀物理性能，從航空領(lǐng)域到人民的生活都得到了應(yīng)用。

(1)纖維光學(xué)：TLCP的低線熱膨脹系數(shù)接近石英，可以降低光纖溫度較高導(dǎo)致變形的，所以可以用在光導(dǎo)纖維外層的涂料，還能使用在光纖批覆材料和海底電纜的連接套。

(2)電子工業(yè)：其作為高線度接插件性能優(yōu)越的材料，它可以滿足對材料很薄的強度要求，還能耐高溫，在紅外焊接時不易變形。可以作為線圈和插座的封裝材料。在封裝和焊接時不會使內(nèi)部材料變形破裂。

(3)航空航天：TLCP的耐熱性、尺寸穩(wěn)定和阻燃性等性能優(yōu)越。其被用來制作航空外板和其他零件。且具有耐輻射耐高溫等性能，還能作為人造衛(wèi)星和客機的零部件，飛機的復(fù)合材料和軍用防彈衣。

(4)醫(yī)用材料：Superexpolymer公司開發(fā)了用于外科的內(nèi)窺鏡，用來代替塑料涂層的金屬管。其具有一定的絕緣性能，價格實惠。

(5)揚聲器材料：TLCP的材料可以用來制作各類揚聲器的隔膜。

(6)汽車領(lǐng)域：由于其材料的特殊性和耐熱性，被用作汽車發(fā)動機和各部位的零件。

此外，TLCP還可以代替不易加工的不銹鋼、制造泵閥門等化工設(shè)備。

2.2 TLCP的國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀

我國最開始研究液晶高分子在1972年，由中科院的化學(xué)所開始研究，之后北京大學(xué)等其他高校也開始了基礎(chǔ)研究。根據(jù)液晶高聚物的生產(chǎn)特點和其獨特的結(jié)構(gòu)及優(yōu)越的性能，在工藝設(shè)計中對漿液配置、酰化、預(yù)聚等裝置進(jìn)行了調(diào)整，以滿足節(jié)能減排和安全文明建設(shè)等要求。在公共的工程建設(shè)中設(shè)置了熱媒加熱、純水制備、尾氣處理等配置。控制系統(tǒng)則采用DCS系統(tǒng)。

3 液晶高分子產(chǎn)業(yè)化的必要性

3.1 廣泛的應(yīng)用

液晶高分子材料不僅在化工、制造業(yè)等方面得到了廣泛應(yīng)用，在生物醫(yī)學(xué)方面也得到了很大的使用效果，在光、電、熱等條件變化時，液晶高分子的狀態(tài)將會發(fā)生明顯的變化，會使液晶高分子的膜具有更高的透過量和選擇性，液晶高分子在溶液中會形成脂質(zhì)體，形成微膠囊，這種微膠囊的可以對藥物進(jìn)行定點釋放和緩沖藥物的作用。

近幾年，我國的電子工業(yè)和通訊產(chǎn)業(yè)等制造業(yè)飛速發(fā)展，其中TLCP得到了廣泛的使用，生產(chǎn)裝置的連續(xù)自動化和規(guī)模化，都對高分子科學(xué)、化工工程等技術(shù)問題有一定的涉及，這些難關(guān)的克服都需要專業(yè)的技術(shù)人員去解決。在TLCP中對普通高分子的應(yīng)用中還有許多技術(shù)的問題需要解決，要采用新型的加工方法和對設(shè)備的創(chuàng)新研發(fā)。在這些基礎(chǔ)上，在對TLCP進(jìn)行研究時，進(jìn)行研發(fā)的公司必須建立具有一定規(guī)模的實驗室和相匹配的儀器，建立一支高技術(shù)人才的研究團(tuán)隊，對TLCP的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行研究開發(fā)，要與國際的產(chǎn)品市場進(jìn)行競爭時，公司必需要建設(shè)具有一定規(guī)模化、連續(xù)自動化的生產(chǎn)工程。

3.2 需求量的擴(kuò)大

TLCP材料的優(yōu)越性使現(xiàn)階段電子產(chǎn)品的越來越微型化、輕薄化，TLCP在電子工業(yè)、通訊、航空都領(lǐng)域都有應(yīng)用，是不可替代和必備的材料。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，TLCP的需求年增長率為25%～30%，在未來，我國TLCP的應(yīng)用越來越廣泛。TLCP不僅可作為塑料材料來使用，還能用在薄膜和纖維材料上，還能被用來制造高分子復(fù)合材料，用來提高產(chǎn)品性能。各個國家也在不斷對液晶高分子材料進(jìn)行研究分析。

4 技術(shù)創(chuàng)新點

普利特化工材料有限公司主要是對液晶高分子材料進(jìn)行研究、開發(fā)、銷售和服務(wù)等工作，其主要盈利收入來自于TLCP材料和其他高分子復(fù)合材料的研發(fā)和制造，屬于特種工程材料制造企業(yè)。公司主要對產(chǎn)品進(jìn)行自主研發(fā)，獲得自主知識產(chǎn)權(quán)，對生產(chǎn)技術(shù)不斷創(chuàng)新和變革，來促進(jìn)公司的發(fā)展和進(jìn)步。用來滿足高端電子產(chǎn)品、醫(yī)療器械等高分子復(fù)合材料的需要，增加其廣泛應(yīng)用，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模來滿足國內(nèi)的需求，提高我國制造業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。2015年，該公司研發(fā)的液晶高分子聚合技術(shù)和復(fù)合材料被列為上海市新材料領(lǐng)域進(jìn)民參軍技術(shù)與產(chǎn)品推薦目錄。這次技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新使普利特公司的經(jīng)營模式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)汽車制造業(yè)材料銷售向高端電子產(chǎn)品材料銷售轉(zhuǎn)變，為普利特打開軍工產(chǎn)品市場大門奠定了基石。

4.1 科技創(chuàng)新點

(1)研發(fā)出了TLCP合成的重要技術(shù)，根據(jù)TLCP熔點和組成關(guān)系建立了模型，開發(fā)出了具有功能性和熔點不同的TLCP樹脂，此技術(shù)達(dá)到了國際化水平。

(2)研發(fā)出了可視、可調(diào)節(jié)控制的TLCP終聚反應(yīng)技術(shù)，根據(jù)終聚反應(yīng)研發(fā)出可視和可調(diào)節(jié)控制的反應(yīng)裝置，對TLCP的合成工藝技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，在終聚合反應(yīng)的可控制條件下，在科學(xué)合理的工藝條件下反應(yīng)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

(3)研發(fā)出了合成低散發(fā)、流動性高的TLCP的關(guān)鍵技術(shù)。對TLCP復(fù)合材料進(jìn)行精確制造，以此來降低材料中的單體含量，對工藝技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級，加強TLCP加工中的流動性能，解決塑料產(chǎn)品散發(fā)和變形破裂等問題，擴(kuò)大了其使用規(guī)模。

(4)研發(fā)出了設(shè)備抗靜電TLCP的重要技術(shù)，通過自主研發(fā)的永久性抗靜電劑和碳纖維結(jié)合使用，解決TLCP抗電性能差的問題。

4.2 深圳沃特公司

該公司主要對改性工程塑料合金和通用塑料以及高性能高分子材料進(jìn)行研發(fā)，生產(chǎn)和銷售等技術(shù)創(chuàng)新，公司收購了三星精密LCP的全部業(yè)務(wù)，是全球唯一擁有連續(xù)生產(chǎn)I型、II型、 III型全系的LCP樹脂和其復(fù)合材料的企業(yè)，產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)走在國際前端。可以給生產(chǎn)出多樣化的LCP材料，滿足客戶的需求，產(chǎn)品可以應(yīng)用在精密電子連接器等配件，其還擁有低介電常數(shù)LCP、薄膜和纖維LCP相關(guān)技術(shù)，相關(guān)技術(shù)可以進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)。隨著膜產(chǎn)品技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，LCP膜材料有望實現(xiàn)進(jìn)口代替。

4.3 金發(fā)科技

公司是亞太最大的改性塑料企業(yè)，當(dāng)先，公司是全球化工材料產(chǎn)品種類最為齊全的企業(yè)之一，對降解塑料和特種工程塑料具有領(lǐng)先水平，公司子公司珠海萬通特種工程塑料有限公司在2014年對LCP聚合裝置進(jìn)行生產(chǎn)，現(xiàn)階段已經(jīng)實現(xiàn)投產(chǎn)和銷售。

4.4 南通泰萊斯

南通泰萊斯醫(yī)藥化工在2010年進(jìn)行創(chuàng)辦，主要有一個LCP研發(fā)中心、兩個生產(chǎn)基地。公司有三條全進(jìn)口的液晶高分子聚合樹脂和全進(jìn)口液晶高分子改性生產(chǎn)線。公司從事液晶高分子的研發(fā)生產(chǎn)等技術(shù)，現(xiàn)階段，公司引進(jìn)了ISO9001國際質(zhì)量管理體系，并且通過治療管理認(rèn)證系統(tǒng)，且公司研發(fā)制造的液晶高分子產(chǎn)品三大系列等都能通過UL認(rèn)證。

4.5 研發(fā)模式的創(chuàng)新

普利特公司飛速發(fā)展，主要是因為該公司在成立階段，就對高新產(chǎn)業(yè)技術(shù)的研發(fā)十分重視，將高新產(chǎn)業(yè)技術(shù)和科學(xué)技術(shù)研發(fā)相結(jié)合，不斷超越自我，自主研發(fā)的精神，在成立的初始階段，就與上海大學(xué)的等高校對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和合作。采用“產(chǎn)、學(xué)、研”平臺，對TLCP材料和其相關(guān)的高分子材料進(jìn)行重點研發(fā)，根據(jù)其優(yōu)越的性能來針對其他領(lǐng)域的材料進(jìn)行創(chuàng)新研究，解決其他材料領(lǐng)域的問題，擴(kuò)大其使用率。公司聘請了4位專業(yè)技術(shù)教授對企業(yè)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，定期進(jìn)行技術(shù)的交流和研討，長期研發(fā)項目的創(chuàng)新點。現(xiàn)階段，普利特的模式已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉隆⒓⒃灾鲃?chuàng)新的模式。

4.6 LCP已應(yīng)用于5G高頻封裝材料

液晶高分子材料還能用來制作射頻前端的塑封材料，對于LTCC的工藝制造，LCP的使用能使封裝的模具具有優(yōu)越的特性，具有燒結(jié)的溫度低、尺寸穩(wěn)定、吸水率較低等優(yōu)點，被行業(yè)認(rèn)為5G射頻前端材料的首選，未來市場廣闊，如果只考慮基站天線的使用，預(yù)計到2022年高頻印刷電路板機市場將會不斷增大，規(guī)模將會達(dá)到76億元，發(fā)展一片良好。

5 結(jié)語

普列特項目的研發(fā)對通用級別的液晶高分子復(fù)合材料產(chǎn)品的性能進(jìn)行了全方位的綜合提升，其性能優(yōu)越，可以應(yīng)用在電子計算機儲存器插座上、電子連接器等滿足客戶多需求的零件。南通泰萊斯、珠海萬通、深圳沃特等公司都在不斷的對LCP高分子及復(fù)合材料進(jìn)行研究生產(chǎn)，且現(xiàn)階段LCP材料還可以用作射頻前端的塑封材料；液晶高分子市場發(fā)展一片大好，需求量不斷增多，在未來發(fā)展道路上，其生產(chǎn)和應(yīng)用會得到廣泛應(yīng)用，規(guī)模不斷擴(kuò)大，并對科學(xué)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來重大的影響。