1、LCP 材料：優異的新型高性能特種工程塑料
液晶高分子（LCP）是指在一定條件下能以液晶相存在的高分子，其特點為分子具有 較高的分子量又具有取向有序。LCP 在以液晶相存在時粘度較低，且高度取向，而將其冷 卻，固化後，它的形態又可以穩定地保持，因此 LCP 材料具有優異的機械性能。此外， LCP 材料還由於具有低吸溼性、耐化學腐蝕性、耐候性、耐熱性、阻燃性以及低介電常數 和介電損耗因數等特點。
LCP根據形成液晶相的條件，可分為：
（1）溶致性液晶 LLCP，可在有機溶液中形成 液晶相，由於這種類型的聚合物只能在溶液中加工，不能熔融，多能用作纖維和塗料。
（2） 熱致性液晶 TLCP，在熔點或玻璃化轉變溫度以上形成液晶相，由於這種類型的聚合可在 熔融狀態加工，所以不但可以通過溶液紡絲形成高強度纖維，而且可以通過注射、擠出等 熱加工方式形成各種製品。我們本文討論的 LCP 主要為熱致性液晶 TLCP。
熱致性 LCP 根據熱變形溫度高低分為高耐熱型（I 型）、中耐熱型（II 型）和低耐熱 型（III 型） 。I 型 TLCP 的基本結構主要為對羥基苯甲酸（HBA）、聯苯二酚（BP）及不同 比例的對苯二甲酸（TA）/間苯二甲酸（IA）引出的單元，抗張強度及模量在 TLCP 中最 高，熱變形溫度高於 300℃。以蘇威的 Xydar 和住友的 SimikaSuper 為代表。II 型 TLCP 的主要成分是 HBA 和 6-羥基-2-萘甲酸（HNA）引出的單元，熱變形溫度在 240~280℃之 間，加工性能優異，可用擠出機和注塑機加工成型，典型的產品為泰科納的 Vectra。III 型 LCP 主要為 HBA 和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）合成的共聚物，熱變形溫度低於 210℃， 如尤尼奇卡的 Rodrun 為代表的非全芳香族系列。
圖 1：幾種典型的 LCP 結構單元
LCP 材料具有優異的耐熱性能和成型加工性能。聚合方法以熔融縮聚為主，全芳香族 LCP 多輔以固相縮聚以製得高分子量產品。非全芳香族 LCP 塑膠原料常採用一步或二步 熔融聚合製取產品。近年連續熔融縮聚製取高分子量 LCP 的技術得到發展。液晶芳香族聚 酯在液晶態下由於其大分子鏈是取向的，它有異常規整的纖維狀結構，性能特殊，製品強度很高，並不亞於金屬和陶瓷。機械性能、尺寸穩定性、光學性能、電性能、耐化學藥品 性、阻燃性、加工性良好，耐熱性好，熱膨脹係數較低。
圖 2：LCP 材料性能優異
2、產業鏈：中上游為技術難點，下游應用廣泛
LCP 產業鏈中，LCP 樹脂的合成及成膜為技術難點。目前，LCP 樹脂主流的合成方 法包括以下 4 種。
（1）氧化酯化法：氧化酯化法是一種芳香族羧酸與酚的直接聚合方法。該方法在吡 啶或者酰胺溶劑中，在含磷化合物或者亞硫酰氯等活化劑以及催化劑作用下進行反應，可 以得到高分子量的 LCP，該方法反應條件較溫和，且可以通過單體加入順序控制分子結構 序列。
（2）硅酯法：芳香族酸類單體通過三甲基硅酯化後，再與乙酰化的酚類單體，通過 溶液或者熔融聚合工藝，去除三甲基硅乙酸酯小分子，可得到高分子量的 LCP。
（3）苯酯法：芳香族羧酸苯酯與酚類單體進行熔融縮聚的方法。但該方法採用的芳 香族羧酸苯酯價格比較昂貴，且在反應過程中會生成小分子苯酚難以除乾淨。最近住友化 學採用碳酸二苯酯與酚類單體通過“一步法”合成工藝合成出低醋酸殘留的 LCP，且樹脂 具有良好的流動性，是一種具有潛在優勢的合成工藝。
（4）酸解反應法：芳香族二元酸與乙酰化的酚類單體進行熔融縮聚，脫去副產物醋 酸得到 LCP。該方法是目前 LCP 工業化生產的主要方法。
3、LCP 的加工方法主要包括以下 4 種。
（1）注塑成型：注塑成型是 LCP 最主要的成型方法。LCP 不僅具有優異的加工流動 性，且固化速度快，適用於採用注塑成型方法加工。相對於聚苯硫醚（PPS）和耐高溫尼 龍（HT-PA），製件具有無飛邊等優勢。但由於 LCP 分子鏈是剛性棒狀的，易於沿流動方 向取向，從而導致成型製件在平行於流動方向與垂直於流動方向的性能差異以及熔接痕強度較差等缺點。近年來通過模具設計等方法在一定程度上改善了熔接痕強度差以及各向異 性等缺陷。
（2）擠出成型：擠出成型方法常用於生產塑料薄膜和管材等。由於 LCP 容易呈各向 異性，採用傳統擠出工藝加工成型 LCP 薄膜在熔體流動的橫向方向性能較弱。因此，目前 LCP 一般與其它各向同性的材料，如 PET、乙烯-乙烯醇共聚物( EVOH) 等通過共擠出加 工成型成多層薄膜或者管材。
（3）溶液澆注成型：LCP 具有較低的熱膨脹係數、優良的尺寸穩定性、低吸溼性、 優異的高頻特性和電絕緣性能，使其在高頻電路基板得以廣泛的應用。其中撓性印製板和嵌入式電路板需要佈局靈活及高密度的佈線，因而對成型工藝要求非常高。傳統的注塑、 擠出等方法難以滿足其工藝要求。住友化學通過特殊的分子設計生產 LCP 樹脂，然後溶解 在特殊的溶劑中通過溶液澆注（solvent-cast）成型後可以得到強度和撓性非常好的薄膜。所採用的溶劑不同於目前所常用的含氟苯酚溶劑，可操作性強。而且通過溶液澆注成型後的製件避免了注塑、擠出成型所造成的各向異性的缺陷。同時可以成型更加複雜的基材， 且可以混入更多的填料。目前該方法加工成型的 LCP 薄膜製件正在電路板中推廣使用。
（4）吹塑成型：LCP 具有優異的耐氣體透過性和耐溶劑性能，可通過吹塑成型成阻 隔性能優良的中空成型製品或者薄膜製件，例如汽車部件中的油箱和各種配管。但 LCP 熔 體張力低而導致其垂伸嚴重，因此通過吹塑成型法制備所需形狀的成型製品有一定的困難。
全球 LCP 樹脂材料產能集中在日本、美國和中國
目前全球 LCP 樹脂材料產能約 7.6 萬噸/年，全部集中在日本、美國和中國，產能分 別為 3.4 萬噸、2.6 萬噸和 1.6 萬噸，佔比分別為 45%、34%和 21%，其中美國和日本企 業在 20 世紀 80 年代就開始量產 LCP 材料，我國進入 LCP 領域較晚，長期依賴美日進口， 近幾年來隨著金髮科技、普利特、沃特股份、聚嘉新材料等企業陸續投產，LCP 材料產能 快速增長。隨著 5G 時代到來，未來 LCP 材料需求將有望迎來快速增長。
1、市場格局：美日主導，國產材料崛起在即
國內薄膜專用樹脂及薄膜開發起步晚，LCP 薄膜用樹脂及薄膜生產幾乎由日本、美國 壟斷。LCP 產業鏈多家日美廠商擁有垂直整合能力。日本住友集團（住友化學/住友電工） 是目前僅有的一傢俱有自 LCP 樹脂至模組一體化生產能力的廠商。村田製作所 2016 年通 過併購 LCP 膜廠商日本 Primatec 向上遊整合，擁有 LCP 膜到軟板一體化生產能力（2017年膜退出 LCP 天線模組業務）。日本藤倉電子具有聰 LCP 軟板到模組的生產能力，在高頻 微波軟板和高速接口傳輸線方面具有優勢。
LCP 樹脂材料供應商眾多，但可商用於 LCP 多層板的非常有限。LCP 樹脂材料龍頭 寶理塑料、住友化學、塞拉尼斯等在 1985 年已開始研發並商業化生產 LCP。國內廠商沃 特股份、普利特、金髮科技和聚嘉新材料已成功進入 LCP 樹脂市場。
表 1：全球液晶高分子的主要生產商
2、LCP 材料下游應用領域不斷拓展
LCP 的下游應用領域廣泛。LCP 兼具高分子材料和液晶材料的特點，具有傑出的綜 合性能，其在航空航天、電子、汽車工業等領域都得到了廣泛的應用。同時隨著 LCP 新產 品的開發，新興應用領域仍在不斷拓展。
圖 3：LCP 下游應用廣泛
2019 年 LCP 全球需求量在 7.4 萬噸左右，主要應用在電子前期領域，隨著未來在 5G 等領域的需求的快速增長，消費電子和電子電器領域的需求量將有望快速增長。
5G 時代來臨，LCP 需求迎來爆發
5G 時代逐步來臨，由於 5G 高頻高速的特點，對材料的要求也進一步提高，尤其是 在信號傳輸過程中降低損耗顯得非常重要。LCP 是目前工程塑料領域介電損耗最低的材料， 綜合優勢最強，我們認為未來在基站端和手機端都將大幅增加 LCP 材料的使用。
圖 6：LCP 材料介紹
1、手機端，LCP 模組將有望成為手機天線端的終端解決方案
在 5G 領域手機端，LCP 憑藉良好的傳輸損耗、可彎折性、尺寸穩定性及低吸水率， 是技術角度上最符合天線要求的材料。
目前 PI 基板 FPC 天線模組仍是目前手機主流設計方案。但是隨著 5G 時代的來臨， 預計 MPI 和 LCP 基板的 FPC 將加速替代。以 A 公司為例，在 iPhone8 首次引入 LCP 軟 板的天線方案，2018 年三款機型 XR/XS/XS max 仍繼續採用 LCP 天線方案，分別使用 3/3/2 個 LCP 天線。我們認為這是 A 公司在為 5G 時代進行提前佈局。
目前，MPI 通過調整配方性能已大幅提升，在 Sub-6GHz 頻譜下與 LCP 性能相當（但 在毫米波頻譜下仍有差距），且成本低於 LCP 天線 20-30%。此外，從供應鏈的角度而言 目前 LCP 薄膜基本上被日本企業壟斷，MPI 的供應商遠多於 LCP，從供應鏈穩定性和議 價能力角度，A 公司短期降低了 LCP 天線的數量；但是考慮到長期國內產能的釋放和技術 的逐步突破，我們認為隨著 LCP 膜材的逐步國產化，LCP 基材的軟板的成本將大幅下降， 市場將加速拓展。
根據 Yole 發佈的 5G 發展路線圖，未來通信頻率將分兩個階段進行提升。第一階段的 目標是在 2020 年前將通信頻率提升到 6GHz，第二階段的目標是在 2020 年後進一步提升到 30-60GHz。在市場應用方面，智能手機等終端天線的信號頻率不斷提升，高頻應用越來越 多，高速大容量的需求也越來越多。為適應當前從無線網絡到終端應用的高頻高速趨勢， 軟板作為終端設備中的天線和傳輸線，我們認為其中的 MPI 天線可能只是過渡，未來主力 市場將是 LCP 天線。
2、基站端，LCP 的振子將有望成為主流路線
5G 基站對於振子有更嚴格的要求：（1）高度集成，主動天線單元（AAU）集成 RRU 和 AAU，支持更多天線頻段需提升生產效率，SMT 成為 AAU 的製造工藝，天線振子材料 耐溫超過 260℃。（2）大規模多入多出（Massive MIMO）及波束賦形天線技術，需要更 多的天線，材料需輕量化，塑料天線振子成為趨勢。（3）毫米波段的電磁波衰減性大，要 求天線振子材料具有低介電損耗。
目前市場上天線振子類型可大致分為三種：金屬壓鑄、PCB 貼片和塑料振子，其中塑 料振子又有 LDS（激光直接成型技術）和選擇性電鍍兩種工藝方案。4G 時代的天線振子 以金屬材質為主，製造工藝以鑄造工藝和鈑金工藝為主，重量和體積較大，信號傳輸精度 也不能很好地滿足 5G 時代的要求；而 PCB 貼片雖然重量輕、成本可控，但是面損耗高， 對施工安裝的要求也較高。
而通過改性塑料材料，用注塑成型的方式將天線振子形狀一次性製造出來，再採用特 殊技術將振子的塑料表面金屬化，與鈑金、壓鑄式工藝相比，3D 塑料振子除了在重量上 具有優勢，還能滿足鈑金和壓鑄工藝所不能實現的精度要求，能較好地適應 3.5GHz 以上 的高頻場景，將成為 5G 時代天線振子的主流方案。
目前主流的振子使用的改性塑料方案以 PPS（聚苯硫醚）為主，相較於 PPS 材料， LCP 材料具有低介電損耗、耐候性好、綜合成本低等優勢，未來有望加速進入供應鏈體系。
市場空間超過百億，價值量上薄膜優於樹脂
我們按照手機端和基站端分別進行測算，來測算 LCP 未來市場的需求空間。
我們做了如下假設：
1）手機端， 2019、2020、2021、2022 和 2025 年，蘋果系統滲透率分別是 50%、 75%、100%、100%和 100%；安卓系統滲透率分別是 0%、7%、14%、21%和 40%；
2）基站端，LCP 振子的市場佔有率 2019、2020、2021、2022 和 2025 年分別為 0、 20%、30%、40%和 80%。
我們認為未來 LCP 市場將超過百億，其中 LCP 薄膜的市場空間就超過百億。目前， LCP 薄膜主要的生產企業仍是國外企業，但是國內一些樹脂企業和拉膜企業已經在進行試 樣並取得了良好的效果，目前正在工業化準備階段，我們預計 2020 年下半年就會有企業 形成實質性的銷售。
LCP 樹脂需求將快速增長，預計未來 5 年行業的總需求量將翻番，其中適合拉膜的高 端牌號需求將快速增長。
附：風險因素
1）5G 產業化低於預期；
2）材料應用方案存在不確定性；
3）技術開發進度不及預期。
閱讀更多 智能前沿技術 的文章
