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2019年中国液晶高分子(LCP)格局与发展需求趋势分析:LCP树脂、薄膜级LCP树脂、注塑级LCP树脂及LCP下游应用领域[图]

2019年11月28日 14:24:48字号:T|T

    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材料性能优异,低介电损耗的优质特性带动LCP在5G高频信号传输的应用场景中加速应用;良好的挠性材料方便组合设计,满足电子产品小型化的趋势要求;良好的机械性能将有望拓展LCP在工程领域的应用空间。LCP主要以LCP树脂材料作为主要的前下游应用产品,由于应用领域和要求不同,目前LCP树脂主要分为注塑加工产品、薄膜加工产品和纤维产品。

    目前全球LCP树脂材料产能约7.6万吨,主要集中在日本、美国和中国,占比分别为45%、34%和21%,其中美国和日本企业在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产,LCP材料产能快速增长。从具体生产企业看,目前塞拉尼斯、宝理塑料以及住友三家企业差能超过了1万吨,前三家企业产能占比高达63%,行业集中度较高。

全球LCP树脂产能占比

数据来源:公开资料整理

全球LCP树脂厂家占比

数据来源:公开资料整理

    2018年全球LCP需求量约7万吨,随着5G技术的推进,LCP市场将保持持续增长的势头,预计到2020年,其全球市场规模可达7.8万吨。此外,LCP应用领域有望不断扩宽,在电子电器领域,可应用于高密度连接器、线圈架、线轴、基片载体、电容器外壳等;在汽车工业领域,可用于汽车燃烧系统元件、燃烧泵、隔热部件、精密元件、电子元件等;在航空航天领域,可用于雷达天线屏蔽罩、耐高温耐辐射壳体等领域,未来伴随着应用领域的不断拓宽,LCP市场规模将不断增长。

LCP下游应用领域

数据来源:公开资料整理

    一、格局

    目前全球LCP树脂材料产能约7.6万吨/年,全部集中在日本、美国和中国,产能分别为3.4万吨、2.6万吨和1.6万吨,占比分别为45%、34%和21%,其中美国和日本企业在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产,LCP材料产能快速增长。随着5G时代到来,未来LCP材料需求将有望迎来快速增长。

全球LCP树脂材料产能

数据来源:公开资料整理

    1、薄膜级LCP树脂

    5G时代信息传播速度与4G相比将提升10倍以上,传输速率将达到1Gb/s,这就需要更高的频谱带宽来保证高效的信息传输。无线通信主要是使用电磁波进行信息传播,低频段电磁波较高频段传输距离更远,因而2G、3G、4G都普遍采用6GHz以下的中低频段,然而随着通信系统的不断发展和部署可以用于移动通信的6GHz以下的频谱资源已经非常稀缺,难以提供有效的频段资源以满足5G高速传播的频段要求,因而为了满足5G高速的传播要求,5G时代一方面需要提升中低频谱的利用效率,同时还需要进行高频领域的布局,因而毫米波高频段成为5G技术的主要频段选择。

    不同于2G、3G、4G技术是在低频领域的技术升级,5G技术是巨大的技术变革,天线长度降低到毫米级,需要重新进行天线产品设计。随着5G技术的逐渐推广,过度阶段的产品不仅需要进行5G高频段的天线合理设计,还需要搭载可以接收3G、4G信号的天线,而智能手机的性能不断提升,兼具轻、薄的产品要求,其为天线预留的空间十分有限。

    1G通讯时代,移动电话只能承载语音通信,为了保证通信信号的质量,手机主要采用外置天线形式。而随着技术的不断提升,手机搭载的产品性能不断增多,手机需要搭载的天线数量不断增多,天线要求持续朝着轻量化方向发展,手机天线系统也开始内置,弹片天线、FPC天线、金属框架天线和LDS天线等多种移动终端天线生产工艺逐渐发展。目前使用较为广泛的是FPC天线、金属框天线和LDS天线,而伴随着5G时代的来临,高频高速传输要求将开启新的天线时代,新的天线材料将逐渐获得持续的应用拓展。

    LCP介电常数和介电损耗极低,在毫米波传输中有效降低信号损耗。毫米波的绕射能力较差,接近于直线传播,对于智能手机的天线接收方向设计有更高的要求。LCP产品具有良好的电绝缘性,介电常数极低,具有极小的介电损耗(频率在60GHz,损耗角正切值只有0.002-0.004)和导体损耗,在接受和发射毫米波信号时在基板材料上的损耗较小,可以显著提高信号传递的质量。

    5G时代,信号接收端不仅需要能够进行高频信号接收,还应实现3G、4G信号的同步接收处理,因而天线设计极为复杂,单层设计远远不能满足要求。而LCP为挠性材料,可以进行立体结构应用,通过多层结构设计,不仅能够满足信号接收的复杂要求,同时能够有效地将射频前端的同轴连接器进行整合,减少天线占用空间。可以说LCP是良好的5G天线使用材料。

    而苹果作为高端智能手里的领军品牌之一,已经率先开启了新一代天线的应用,伴随着多个品牌5G手机的逐步推广,LCP天线以其优质的信号传输性能和可弯曲特性将有望在5G手机中逐步获得推广。现阶段LCP材料的供给还相对有限,多数高端产能还掌握在美国、日本厂家手中,材料价格相对较高,仅有部分高端手机实现了材料的更新替换。伴随国内企业逐步在LCP材料及薄膜工艺上实现突破,有望逐步提升国内企业生产能力,逐步降低产品的生产成本,带动LCP天线的快速渗透。

手机天线产业链

数据来源:公开资料整理

    伴随5G手机销售加速和LCP天线的渗透率提升,LCP材料市场有望进入快速增长期。现阶段,LCP生产企业相对较少,国内企业仍在持续进行技术优化,在产品应用前期成本相对较高;而原PI生产企业可以通过技术升级进行MPI产品生产,技术难度相对较小,成本较低,因而在15GHz下,MPI的应用仍将持续。但是随着LCP天线的成本的不断优化以及5G毫米波频段的逐步应用,LCP天线在手机的渗透率将有望不断提升,同时5G手机经技术沉淀和产品推广,将逐步进入放量阶段,渗透率和出口量的双重影响下,LCP天线需求有望进入爆发阶段,带动前段薄膜级LCP树脂需求持续增长。来预期若未来5G手机渗透率提升至80%,LCP天线渗透率提升至80%,LCP需求量将有望超过4000吨,形成接近40亿市场空间。

薄膜级LCP在手机天线中的空间预测

数据来源:公开资料整理

    虽然不同主体发展无人驾驶路径略有不同,但进入高阶发展阶段,都需要单车智能和交通智能的双重配合。经过多年的发展,无人驾驶仍未实现高阶水平的应用,其中的重要原因之一来自于现有的通讯技术尚未提供有效的信号传输支持。伴随着5G时代的来临,智能交通的推进速度有望不断加快,高频、高速、低时滞的信号传输将成为每辆智能汽车的必备要求,因而在5G时代下,汽车的信号传输过程中同样需要配备能接受毫米波,减少介电损耗的LCP天线。而相比于汽车的制造成本,LCP的天线单体价值量占比将极其微小,在智能汽车的推广过程中,有望实现LCP天线的同步快速渗透。

    毫米波雷达作为单车智能的重要设备,有望提升汽车中LCP天线的使用量。毫米波雷达具有体积小、方向性好、易集成、探测距离远和空间分辨率高的特点,受到的环境的影响较小,可以一定程度上辨别行人。而毫米波雷达成本较低,性价比高,搭配其他传感器将成为无人驾驶的主要配置方案,在无人驾驶测距时的精确度较高。随着无人驾驶程度的逐渐提升,对于驾驶感测的精度要求不断提升,毫米波雷达的应用也将有现阶段的中高端市场渗透到中低端市场。伴随着毫米波雷达的应用,其反射的信号接收装置也有望带动LCP天线在单车中的使用量。
可穿戴设备连接5G通信,通信传输叠加空间要求带动LCP天线应用。近年来可穿戴设备持续保持高速增长势头,而随着5G时代的来临,智能手表等部分可穿戴设备作为另一类通讯终端,亦需要进行高频信号的同步接收,LCP天线将有望获得快速渗透。不仅如此,作为可穿戴设备,体积小,重量轻的要求更为迫切,伴随着5G应用场景的推广以及5G配套的网络内容的增加,可穿戴设备的信号传输要求亦在同步提升,终端产品对LCP天线乃至以LCP载板的应用亦将快速提升,带动薄膜级LCP树脂的市场扩展。

    2、注塑级LCP树脂

    注塑级LCP是LCP的另一种形态,具有耐高温、天然阻燃、超高机械强度、电绝缘性能好等特性,可以实现在多场景的应用。

注塑级LCP特点

性能
特点
耐高温
满足SMT工艺对材料的耐热性要求(气相焊接&红外焊接)
天然阻燃
UL94V-0
超高的机械强
异常规整的内部结构带来极高的机械强度和模量水平
电绝缘性能
RTI150-220℃,电性能不受影响

数据来源:公开资料整理

    PCB(印刷电路板)是电子元器件电气连接的载体,主要由绝缘基材与导体两类材料构成,在电子设备中起到支撑以及互联的作用,其中挠性电路板又被称为软板,是一种用PI做基材制成的印刷电路,可以任意进行弯折、挠曲,从而能在狭窄的空间中堆嵌大量精密元件。当前,挠性电路应用之广泛正以惊人的速度发展。

    低频信号传输过程中,PCB基材基本上选择FR-4一种介质材料,未来高频高速信号传输场景将不断增加,例如5G在一开始是6GHz频率,其后就到了28GHz的毫米波;例如超过77GHz的雷达也需要用到高频信号。高频信号的传输对于PCB基材有了新的要求,因为频率要高得多,所以材料损耗要小得多。PCB基材中影响介电常数、介质损耗的主要是树脂类型,由此来看,低损耗材料的LCP更有优势。

    随着电子装置的复杂化和小型化发展,PCB有更多的集成电路,需要更为复杂的多层PCB,其密度不断增加,尺寸不断缩小。目前使用LCP可以制造25mm线宽/线距的LCP电路板,包括挠性板、刚挠结合板、封装载板和高达20层的多层板,相信未来,伴随着电子装置的小型化发展,LCP基材应用场景会不断扩宽。

    SMT(表面组装技术)相较于传统插装技术,有着易于自动化,适用于高频应用和高接脚密度等优点。但是,SMT对材料的耐温性能要求更高,需要焊接点附近的材料能在250℃下维持5s。此外SMT对材料的其他性能也要要求,例如尺寸稳定性,阻燃性等。LCP有优良的耐温性,HDT可达230-300℃,高HDT的LCP是相当适用于SMT连接器。LCP也具有良好的耐化学性及耐候性,而且耐辐射,更具有优异的阻燃性。相对于PA6T,LCP既可以在高温下保持稳定,且无吸湿后尺寸不稳定的问题。

    LCP广泛用于制造汽车发动机内各种零部件以及特殊的耐热、隔热部件和精密机械、仪器零件。本田混合动力车的功率模块外壳通过采用LCP实现顶级的小型化和高输出。Mazda开发LCP共混复合材料,用于制造汽车车身的面板。

    二、发展趋势

    LCP纤维(6-羟基-2-萘酸和羟基苯甲酸)是一种通过聚合技术和纤维制作用技术,采用LCP树脂原料形成的聚合物。,从材料本身的特性来看,LCP纤维具有以下优势特点:第一,LCP纤维的蠕变伸长率小,具有良好的尺寸稳定性;第二,不同于现有的超强纤维,LCP纤维具有良好的迁移能力,在加捻后仍有较高的强度保持率,这意味着我们可以用较少的纤维根数获得与常规材料强度相同的高强度产品,或采用与常规材料相同根数的新型纤维从而获得更高强度的产品;第三,LCP纤维的抗弯曲性使得其强度保持率高于其他超强纤维,因此可用于需反复弯曲的产品中;第四,LCP纤维还具有良好的阻燃性、耐热性、耐酸性及减振性,这也与其树脂及薄膜形态下的性质相同。

各超强纤维的蠕变特性

数据来源:公开资料整理

捻度系数80且经加工的超强纤维的强度保持率

数据来源:公开资料整理

    LCP下游应用领域非常广泛,首先其在电子电器领域,其可应用于高密度连接器、线圈架、线轴、基片载体、电容器外壳等领域;在汽车工业领域,可用于汽车燃烧系统元件、燃烧泵、隔热部件、精密元件、电子元件等领域;在航空航天领域,可用于:雷达天线屏蔽罩、耐高温耐辐射壳体等领域。广泛的应用,也带来了市场规模的增长,前瞻预计,2018年全球所需LCP7万吨,未来,随着5G技术的推进,LCP市场将保持持续增长的势头,预计到2020年,其全球市场规模可达7.8万吨。

2012-2020年全球LCP材料需求规模及预测

数据来源:公开资料整理

    相关报告:智研咨询发布的《2019-2025年中国液晶聚合物LCP行业市场运营态势及投资前景fun88乐天堂客户端

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