液晶聚合物(LCP)是20世纪70年代开发出的一类具有优异性能的介于晶体和液体之间的中间相态聚合物,在受热熔融或溶剂溶解后会由刚性固定转变为具有流动性的液体物质,同时又保持着晶态物质的取向有序性,从而形成兼具液态流动性和晶态分子有序排列特征的液晶态。
美国率先发明LCP,日本后来居上。LCP树脂产品根据合成单体的不同可划分Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。Ⅰ型液晶聚合物单体由对羟基苯甲酸(HBA)、联苯二酚(BP)和对苯二甲酸(TPA)构成,结构中的苯环属于刚性链段,因此耐热性能极高,热变形温度可达到300℃以上且拉伸性能好,其下游产品主要用于电子元件如连接器等。Ⅱ型单体由HBA和6-羟基-2-萘甲酸(HNA)构成,单体构成最简单,聚合物相对分子量最大,机械性能突出,是最适宜生产天线材料的LCP类型。Ⅲ型单体由HBA和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)构成,酯基结构使得使分子链中柔性链段增加,从而导致材料热变形温度降低,目前只用于生产连接管和传感器的塑料。
I型液晶聚合物最早在1972年由美国CBO公司的Economy J.和Cottis S.率先研发并投入生产,申请牌号为Ekonol。1979年日本住友化学公司引进该技术,并自主研发E2000系列,标志着日本也拥有了生产LCP树脂的技术。1984年CBO将技术转让给Dart,索尔维公司(Solvay)通过整合Dart公司掌握LCP树脂生产技术,并推出Xydar牌号产品,2019年将该业务出售给新日本石油株式会社(ENEOS)。I型LCP树脂产品具有较高的耐热性,但是其加工性能较一般。
II型液晶聚合物于1984年由Hoechst-Celanese公司(赫斯特-塞拉尼斯)开发成功,1985年开始生产Vectra牌号产品。后来,塞拉尼斯把技术转让给旗下的Ticona(泰科纳)公司生产,泰科纳成为当时全球最大的LCP树脂生产商。1995年杜邦推出牌号为Zenite的产品,这项业务后来也被泰科纳所收购。1996年,日本大赛璐化学的子公司宝理塑料(Polyplastics)从塞拉尼斯引进LCP树脂生产技术,生产牌号为LAPEROS的LCP树脂。II型液晶聚合物综合性能表现十分突出,既有高耐热性能,也有很好的加工性能,因此是目前市占率最高的产品类型。
Ⅲ型LCP树脂是1976年由伊斯曼-柯达公司研发,于1986年开始生产以X-7G为牌号的产品。日本东丽公司(Toray)在1994年开始生产Siveras牌号的LCP树脂。Ⅲ型产品耐热性能略差,是目前使用最少的产品类型。
根据CNCET统计, 2020年全球约有15家LCP树脂生产企业,总产能约7.85万吨/年,主要分布在日本、中国、美国、韩国。
预计到2025年世界LCP树脂产能接近12万吨/年,产量约9万吨,2020~2025年产能和产量年均增长率分别为8.6%和5.5%。
我国最早从事LCP树脂生产的是上海普利特化工新材料有限公司。该公司初期中试装置规模仅200吨/年,技术成熟后建设了2000吨/年LCP树脂生产线,于2012年投产。深圳市沃特新材料股份有限公司于2014年购买三星精密生产技术和专利,2016年在江苏东台建成并投产3000吨/年LCP树脂生产线,2020年新建成并投产5000吨/年装置,成为国内产能最大的企业。截至2020年底,我国共有7家企业拥有LCP树脂生产线,总产能约2.7万吨/年,主要分布在江苏、广东、上海、浙江。
目前已知我国在建拟建LCP树脂项目共6个,合计产能5.8万吨/年。预计2021~2025年期间我国LCP树脂产能将新增4万吨/年,2025年总产能达到6.68万吨/年。
我国LCP树脂约82%用于电子电器工业,用于连接器、高线度接插件、滤波芯片、液晶背光架、主板等部件;其余18%用在汽车行业及航空航天等领域,如汽车发动机内零件、仪器零件、喷气发动机零件、雷达天线屏蔽罩、人造卫星电子部件等。
未来,国内电子电器及汽车领域仍将保持较快速度增长,尤其是5G等更高世代通信技术,将刺激对LCP树脂的需求。随着国内生产技术进步、成本降低,市场规模增速将提高。预计2025年国内LCP树脂表观消费量超过5万吨,2020~2025年年均增长率在7%左右。
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