與其他普通有機(jī)高分子相比，LCP具有獨(dú)特的一維或二維遠(yuǎn)程分子取向，兼容高分子、液晶兩者特性，使其擁有高耐熱、高模量、低熔融粘度、極小的熱膨脹系數(shù)、低介電損耗、高強(qiáng)度等優(yōu)異性能，發(fā)展極為迅速。

科學(xué)家們從合成、工藝參數(shù)等方面不斷改進(jìn)，促進(jìn)LCP高分子工程、高分子化學(xué)不斷發(fā)展的同時(shí)，性能、成本也不斷優(yōu)化。美國杜邦公司、塞拉尼斯、日本寶理公司、中國普利特、中國沃特、中國聚嘉等公司，在LCP樹脂、纖維、薄膜等方面擁有30余種商品。

這些商品廣泛應(yīng)用于5G通訊、插件、開關(guān)、繼電器、光纜結(jié)構(gòu)件、復(fù)合材料、機(jī)械手、泵／閥門組件、功能件等領(lǐng)域，不斷推動(dòng)LCP技術(shù)及相關(guān)行業(yè)技術(shù)的發(fā)展。

目前，LCP材料在性能研究、應(yīng)用開發(fā)方面取得了很大進(jìn)展，但是，對(duì)LCP進(jìn)行系統(tǒng)性論述的文獻(xiàn)還較少。本文概述了LCP材料的分類、領(lǐng)域、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，并展望了未來的發(fā)展趨勢(shì)。

液晶高分子分類

大多數(shù)液晶化合物由棒狀分子構(gòu)成，分子結(jié)構(gòu)有兩個(gè)特征：

根據(jù)LCP的形成條件，可將其分為溶致LCP、熱致LCP。溶致LCP在一定濃度溶劑中呈液晶態(tài)，熱致LCP在一定溫度下呈液晶態(tài)。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)，LCP可分為主鏈型、側(cè)鏈型、甲殼型、復(fù)合主側(cè)鏈型、網(wǎng)型、碗型、星型七類。按液晶分子在空間的排列可分為向列相、盤狀柱相、近晶相、膽甾相。

三種分類方法互相交叉，主鏈LCP中可包含溶致LCP或熱致LCP，熱致LCP中也可包括主鏈型LCP或側(cè)鏈LCP。

1 溶致LCP

溶致液晶高分子含有半剛性鏈高分子，在合適溶劑、一定濃度范圍內(nèi)，產(chǎn)生液晶相。常見溶致型LCP有兩種，一種是生物溶致型LCP，如多肽、纖維素、DNA等；另一種是合成溶致型LCP，如聚芳酰胺LCP、聚芳雜環(huán)LCP。

LCP在分子鏈剛性、分子間強(qiáng)相互吸引力作用下，主鏈一維取向，制備的LCP纖維具有高強(qiáng)度、高模量、高耐熱、耐輻射、耐老化等優(yōu)良性能，在高性能纖維行業(yè)應(yīng)用廣泛。

液晶高分子溶液粘度低，成膜、紡絲能耗低，1972年美國Dupont公司實(shí)現(xiàn)了“纖維之王”芳綸(全芳香聚酰胺，Kevlar)的商品化，該商品具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫的優(yōu)異性能，在防彈衣、輪胎、飛機(jī)結(jié)構(gòu)等方面得到廣泛應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，He等進(jìn)一步開發(fā)出耐溫性能更高的對(duì)亞苯基苯并二噻唑(PBZT)、聚對(duì)亞苯基苯并二唑(PBO)纖維，結(jié)構(gòu)如圖所示。

       聚芳雜環(huán)溶致LCP模型

2 熱致LCP

熱致LCP滯后于溶致LCP，屬于特種工程塑料，具有力學(xué)強(qiáng)度更高、熔融粘度較低、熱膨脹系數(shù)低、介電損耗低等優(yōu)異性能，不但可制成高強(qiáng)度、高模量纖維，還可以進(jìn)行注塑／擠出加工精密鑄件。熔融加工過程中，熱致LCP易發(fā)生分子鏈取向而產(chǎn)生一些微纖結(jié)構(gòu)，使得材料擁有類似纖維增強(qiáng)材料的形態(tài)、性質(zhì)，因此也被稱為“自增強(qiáng)塑料”，在工業(yè)方面進(jìn)展迅速，代表產(chǎn)品是全芳香族聚酯。

典型熱致LCP大致有三種代表性結(jié)構(gòu)，如圖所示。其中，Ⅰ類LCP、Ⅱ類LCP、Ⅲ類LCP的熔點(diǎn)溫度分別為285~355℃、180~260℃、64~215℃。

Ⅰ型LCP主合成單體為對(duì)羥基苯甲酸、對(duì)苯二甲酸、4，4′?聯(lián)苯二酚，耐熱性好、但加工性差，主要商品化產(chǎn)品有Solvay Advanced Polymers公司的Xydar系列、Sumitomo公司的Ekonol系列。

Ⅱ類LCP單體為6?羥基?2?萘甲酸、對(duì)羥基苯甲酸，萘環(huán)產(chǎn)生的“側(cè)步”效應(yīng)降低了分子鏈段的剛性，耐熱性、加工性介于Ⅰ類、Ⅲ類之間。主要商品化的產(chǎn)品有Polyplastics公司Vectra系列。

Ⅲ類LCP單體為對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、對(duì)羥基苯甲酸共聚物，因主鏈含脂肪族結(jié)構(gòu)、柔性段增加，溫度較高會(huì)發(fā)生明顯的分解、水解現(xiàn)象，耐溫、耐潮濕差，但加工性好，主要商品化產(chǎn)品為Unitika公司Rodrun系列。

• 液晶高分子的加工工藝

作為各向異性的聚合物材料，LCP具有加工流動(dòng)性好、成型壓力低等加工優(yōu)勢(shì)，可兼容傳統(tǒng)的注塑、擠出、拉絲等成型工藝，制備的產(chǎn)品具有拉伸強(qiáng)度高、韌性好等優(yōu)異性能。

1 擠出成型工藝

擠出成型在塑料加工中有具有要地位，是聚合物加工成型的主要方法之一。1845年英格蘭的Richard Brooman、Hen?ry Bewley研制成功了世界上第一臺(tái)柱塞式擠出機(jī)，1876年美國的William Kiel、John Prior研制成功了第一臺(tái)單螺桿擠出機(jī)。經(jīng)過一個(gè)半世紀(jì)發(fā)展，塑料制品總量的60％以上采用擠出成型。

LCP擠出成型也引起了廣泛關(guān)注，Tchoudakov 等研究結(jié)果表明提高加工溫度或剪切速率會(huì)增大LCP／炭黑的電阻率；Filipea等研究表明LCP／PP的彈性模量、綜合粘度隨著螺桿的推進(jìn)不斷減小。Zhang等研究表明納米陶土填料可以明顯改善LCP?尼龍6復(fù)合材料的相容性。

2 注塑成型工藝

注塑成型具有器件尺寸準(zhǔn)確、復(fù)雜結(jié)構(gòu)制品生產(chǎn)可行性高、自動(dòng)化程度高、周期短等優(yōu)勢(shì)，是重要的塑料制品加工方法，在汽車、電子電器、醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

注塑成型過程包括合模、注射、保壓、冷卻、開模、頂出等復(fù)雜步驟，產(chǎn)品容易出現(xiàn)縮孔、銀紋、翹曲、氣泡、熔裂紋等缺陷，但隨著技術(shù)人員的不斷努力，微孔注塑、納米注塑、電磁注塑、發(fā)泡注塑、氣輔注塑、振動(dòng)注塑等新設(shè)備、新技術(shù)層出不窮，如圖所示的微孔起泡注射設(shè)備可有效改善材料的輕質(zhì)化、功能化。

Chen等通過注塑成型研究了玻璃纖維、LCP對(duì)聚丙烯增強(qiáng)復(fù)合材料循環(huán)次數(shù)的影響，結(jié)果表明多次循環(huán)注塑后，玻璃纖維增強(qiáng)循環(huán)注塑三次拉伸強(qiáng)度下降50％，LCP增強(qiáng)性能無明顯變化。Li等研究表明不到10％的LCP可以使得PA在拉伸強(qiáng)度增加17.7％、抗沖擊強(qiáng)度增加45.5％。

3 纖維成型工藝

液晶高分子纖維分為溶致LCP纖維、熱致LCP纖維兩大類。溶致型LCP纖維具有耐化學(xué)腐蝕、耐氣候老化、耐輻射等優(yōu)異性能，在軍工、宇航、民用等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如杜邦公司1972年工業(yè)化的芳香族聚酰胺(Kevlar)、Toyobo公司1998年工業(yè)化的聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑纖維(Zylon)。

同時(shí)，熱致LCP纖維也發(fā)展迅速，在耐紫外、染色兼容性、力學(xué)強(qiáng)度、耐磨性等方面表現(xiàn)優(yōu)異，已在航空航天、重型船舶、特種繩索等方面得到應(yīng)用，如Kuraray公司2008年推出的VectranHT纖維、研究熱度較高的甲殼型LCP纖維等。此外，為了優(yōu)化LCP的拉絲工藝或進(jìn)一步復(fù)合不同材料，出現(xiàn)了共混纖維工藝，如圖所示。

Kim等研究了LCP對(duì)聚(2，6?萘二甲酸乙二醇酯)纖維性能的影響，結(jié)果表明引入少量的LCP可以極大地改善纖維的熱穩(wěn)定性，同時(shí)拉伸比、紡織速度、加熱方式等參數(shù)對(duì)纖維力學(xué)性能也有較大影響。Choi等研究了LCP對(duì)聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯纖維性能的影響，結(jié)果表明，LCP跟聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯有很好的相容性，隨著LCP含量的增加，纖維的拉伸強(qiáng)度／模量不斷增加。

• LCP的應(yīng)用領(lǐng)域、研究現(xiàn)狀

1  LCP在通信領(lǐng)域的應(yīng)用、現(xiàn)狀

近年來，隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)通訊、工業(yè)自動(dòng)化、航空航天等電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，萬物互聯(lián)承載的數(shù)據(jù)流量越來越大，這對(duì)相關(guān)電子設(shè)備、基礎(chǔ)材料也提出進(jìn)一步要求。作為承載信息傳輸?shù)挠≈齐娐钒?PCB)，從4G的MHz、到5G的GHz、再到未來的更高頻率，面臨的挑戰(zhàn)逐漸升級(jí)，不斷向高頻化、高速化、數(shù)字化方向發(fā)展。

研究表明，為了保證信息高速傳輸、低時(shí)延，除要求低的銅箔傳輸損耗，也要求PCB基板材料具有低的介質(zhì)傳輸損耗(TLD)，介質(zhì)傳輸損耗跟頻率、板材介電常數(shù)(Dk)、板材介電損耗(Df)的關(guān)系如式所示?？芍宀腄k、Df降低，能有效降低介質(zhì)傳輸損耗，保證信號(hào)的高速傳輸。