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LCP的特征

SUMIKASUPER LCP是工程塑料中有最高耐熱性的熔融液晶性全芳香性聚酯(Thermotropic Liquid Crystalline Polyester),具有下列的基本構(gòu)造。是常為所知的液晶聚合物的一種。

液晶聚合物如名字表示的那樣具有在熔融狀態(tài)變成液晶狀態(tài)的特征。因此在偏光顯微鏡下可觀察到液晶聚合物加熱熔融時(shí)透光性大幅增加的現(xiàn)象。通常的聚合物是觀測(cè)不到這種特殊現(xiàn)象。

基于液晶性的特性→分子取向的效果
基于全芳香族性的特性
長(zhǎng)處
短處
■高耐熱性(高DTUL,耐熱老化性)
■耐焊錫性
■難燃性
■低吸水性
■耐化學(xué)藥品性
■高強(qiáng)度,高剛性
■低粘度,高流動(dòng)性
■低收縮率,低線膨脹系數(shù)(流動(dòng)方向)
■快速固化,低毛邊性
■各向異性(強(qiáng)度,收縮)
■低熔接強(qiáng)度


LCP的耐熱性

分解開(kāi)始溫度
SUMIKASUPER LCP具有很高的熱穩(wěn)定性。
通過(guò)TGA(熱重量分析)分析(圖1、表1)可以知道,在氮?dú)庵屑s在450℃左右開(kāi)始分解,具有高分解開(kāi)始溫度,而且500℃時(shí)重量?jī)H減少1%,由此可知SUMIKASUPER LCP具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。

測(cè)量?jī)x器: 島津制作所TG50型
升溫速度: 10℃/min
氣氛: 氮?dú)?

負(fù)荷彎曲溫度
SUMIKASUPER LCP各等級(jí)的負(fù)荷彎曲溫度大致如下。
E5000系列:330~360℃
E4000系列:310~320℃
E6000系列:270~290℃
E6000HF系列:250~280℃
E7000系列:240~250℃

長(zhǎng)期耐熱性
SUMIKASUPER LCP具有出色的長(zhǎng)期耐熱性。
■UL溫度指數(shù)
SUMIKASUPER LCP的相對(duì)溫度指數(shù)(UL746B)如下表2所示。

■耐熱老化性(260℃空氣中)
SUMIKASUPER LCP在260℃空氣中的強(qiáng)度保持性能如圖2所示。

負(fù)荷彎曲溫度與長(zhǎng)期使用可能溫度
SUMIKASUPER LCP的負(fù)荷彎曲溫度和長(zhǎng)期使用可能溫度有很好的平衡性。


耐焊錫性
SUMIKASUPER LCP在耐熱工程塑料中擁有最高的耐焊錫性。


試樣尺寸:JIS K71131(1/2)號(hào)啞鈴×1.2t,焊錫:H60A(suzu60%,鉛40%)
* 圖中的數(shù)字表示產(chǎn)生變形的臨界秒數(shù)(>60表示60秒浸泡也不產(chǎn)生變形)
但是,根據(jù)成型條件的不同,在上述的變形溫度以下也會(huì)有氣泡問(wèn)題。

LCP的機(jī)械特性
特征和等級(jí)構(gòu)成
物性
射出成型/2次加工
用途


成型品的壁厚依賴性
SUMIKASUPER LCP分子在熔融態(tài)下受剪切力作用易取向。成型品越薄,含取向結(jié)構(gòu)的表皮層所占比例就越高,單位橫截面積的強(qiáng)度也越高。
表1為SUMIKASUPER LCP的薄壁特性

物性的各向異性
表2為SUMIKASUPER LCP的各向異性。
由表2可知流體流動(dòng)方向(MD)和垂直流動(dòng)方向(TD)的值有很大不同。設(shè)計(jì)成型用模具時(shí)需充分考慮澆口等的位置。
成型收縮率試樣:
彎曲物性試樣:
射出成型機(jī): 64×64×3mmt 1mmt 膠卷門(mén)
13w×3t×64Lmm,彎曲墩距間距離:40mm
日精樹(shù)脂工業(yè) PS40E5ASE

熔接強(qiáng)度
通常液晶聚合物因?yàn)楣袒俣群芸?各向異性大,有使熔接強(qiáng)度變低的傾向。(圖3)。恰當(dāng)?shù)慕饘倌＞叩脑O(shè)計(jì)很重要。

彎曲彈性率的溫度依賴性
SUMIKASUPER LCP之類(lèi)的液晶聚合物,通常不會(huì)象結(jié)晶聚合物或無(wú)規(guī)聚合物一樣在玻璃化溫度點(diǎn)發(fā)生彈性模量急劇降低,而是隨著溫度的上升緩慢下降。SUMIKASUPER LCP的各系列產(chǎn)品在250℃時(shí)仍然具有實(shí)用的彈性模量。在耐熱工程塑料中也屬于高位產(chǎn)品。(圖4)
另外,對(duì)成型品進(jìn)行熱處理時(shí),表皮結(jié)構(gòu)將更加堅(jiān)固,彈性模量也會(huì)進(jìn)一步提高。并且強(qiáng)度,熱變形溫度,抗蠕變性能也具有增強(qiáng)趨勢(shì)。

可再生性
SUMIKASUPER LCP即使在30%再利用情況下,和初期相比,強(qiáng)度僅有少量降低。再生次數(shù)超過(guò)3次以后強(qiáng)度不再變化,此時(shí)強(qiáng)度保持率達(dá)到90%以上。同時(shí)收縮率也幾乎不發(fā)生變化。如果再生品的利用率超過(guò)30%請(qǐng)咨詢弊公司。

LCP的難燃性

SUMIKASUPER LCP有著出色的難燃性,不含有阻燃劑,燃燒產(chǎn)物主要是二氧化碳和水。
● UL規(guī)格
SUMIKASUPER LCP各系列均被認(rèn)證為V-0(0.3mmt)級(jí)別。
UL文件No.E54705
● 臨界氧指數(shù)
SUMIKASUPER LCP在工程塑料中有最高的臨界氧指數(shù)(LOI)。

LCP的電氣特性
特征和等級(jí)構(gòu)成
物性
射出成型/2次加工
用途

SUMIKASUPER LCP的介電常數(shù)和介電損耗因子對(duì)溫度和頻率的依賴性較小而且比較穩(wěn)定。但其絕對(duì)值比其他的工程塑料高。即在高頻時(shí)具有放熱量增大的趨勢(shì)。但由于其負(fù)荷彎曲溫度較高,不會(huì)對(duì)實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生影響。而且該液晶聚合物在千兆赫茲高頻范圍內(nèi)介電常數(shù)較低。

其他特性

成型品的氣體產(chǎn)生量
SUMIKASUPER LCP的成型品經(jīng)加熱處理后產(chǎn)生的氣體量很少(圖21)

分析裝置:
試樣預(yù)處理?xiàng)l件: Head space gaschromatograph
120℃,20hr加熱

吸水率
SUMIKASUPER LCP吸水率很低,約為0.02%。
而且,在水中長(zhǎng)時(shí)間放置后,幾乎不發(fā)生尺寸變化。 (圖3)

耐化學(xué)藥品性
下表列出了SUMIKASUPER LCP的一些耐化學(xué)藥品性數(shù)據(jù)。SUMIKASUPER LCP在高溫下也不會(huì)因油類(lèi)的影響而膨脹和老化,具有出色的耐化學(xué)藥品性。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí),需對(duì)成型品進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估。。

表1 耐化學(xué)藥品性

藥品名 條件 SUMIKASUPER LCP
溫度(℃) 時(shí)間 評(píng)估
鹽酸20% 50 30日 ○
硫酸20% 50 30日 ○
硝酸40% 50 30日 ○
冰醋酸 50 30日 ○
氫氧化鈉10% 50 30日 ×
氨水10% 50 30日 ×
丙酮 回流 100hr ○
丁酮 回流 100hr ○
三氯乙烷 回流 100hr ○
二氯乙烷 回流 100hr ○
甲苯 回流 100hr ○
甲醇 回流 100hr ○
乙醇 回流 100hr ○
醋酸乙酯 回流 100hr ○
二甲基酰胺 回流 100hr ×
汽油 室溫 30日 ○
發(fā)動(dòng)機(jī)油 120 2000hr ○
齒輪油 120 2000hr ○
評(píng)估○:
×: 拉伸強(qiáng)度降低小于5%,重量的變化2%以下
有上述變化的

耐熱水性
在80℃的熱水中,浸泡2000小時(shí)后仍有實(shí)用強(qiáng)度。但在120℃以上的水蒸氣中由于分解導(dǎo)致樹(shù)脂強(qiáng)度降低而不能使用。

電子零部件

SUMIKASUPER LCP的等級(jí)選定指南
下表表示SUMIKASUPER LCP的主要等級(jí)構(gòu)成。選擇液晶樹(shù)脂的等級(jí)時(shí),請(qǐng)首先從所需的耐熱性來(lái)考慮選擇哪個(gè)系列的產(chǎn)品。
● 標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的E6000·E6000HF系列,同時(shí)具有電子零件表面安裝(SMT)時(shí)所需的耐熱性和可類(lèi)比于通用工程塑料的成型加工性,用途廣泛。
● E5000和E4000系列,不僅耐熱性高,而且所需成型溫度也高,故需把成型機(jī)調(diào)到高溫以及對(duì)成型機(jī)頻繁維護(hù)。因此只限于高溫浸焊(>350℃)等高耐熱要求時(shí)使用。另外,當(dāng)準(zhǔn)備采用這些等級(jí)時(shí),請(qǐng)咨詢弊公司后選擇產(chǎn)品系列。
● E7000系列適用于線圈封口等低粘度,高流動(dòng)性的應(yīng)用。
組成物的選擇方法
● 薄壁小型零件可采用粉碎GF(粉碎玻璃纖維)產(chǎn)品,例如E6008或E6006等系列。
● 對(duì)強(qiáng)度要求高的成型品可采用使用切斷玻璃纖維(長(zhǎng)纖維)的產(chǎn)品,例如E6006L和E6006LHF等包含L的系列產(chǎn)品。
● 要求低翹曲、低各向異性時(shí)請(qǐng)選用使用了無(wú)機(jī)填充物和玻璃纖維的E6810、E6807LHF等系列產(chǎn)品。
● 要求超高強(qiáng)度的情況,請(qǐng)選擇使用了碳纖維以及須晶強(qiáng)化的E6406和E6606系列。


針對(duì)其他的特定用途,我們準(zhǔn)備了其他的等級(jí)選擇指南。請(qǐng)參照以下鏈接:
●連接器等級(jí)選定指南
●光學(xué)讀存頭線圈等級(jí)選定指南
●線圈等級(jí)選定指南

表1 SUMIKASUPER LCP的主要等級(jí)構(gòu)成

E5000系列 E4000系列 E6000系列 E6000HF系列 E7000系列
耐熱要求

特征 特殊超高耐熱
耐浸焊
耐高溫回流
200℃以上熱時(shí)剛性 超高耐熱
耐高溫回流
200℃以上熱時(shí)剛性 高耐熱
耐回流
通用等級(jí) 高耐熱
耐回流
高流動(dòng)等級(jí)
連接器用 耐熱
耐回流
高流動(dòng)等級(jí)
封口成型用
標(biāo)準(zhǔn)成型溫度(℃)
400
380
350
350
320
薄壁·小型


粉碎GF
E5008
E52008
E4006
E4008
E4009
E6006
E6008
E6008MR
(易脫模 型)

E7008
高強(qiáng)度

切斷GF
E5002L
E5006L
E5008L
E4006L
E4008L
E6006L

E7006L
低翹曲
各向異性小
同時(shí)使用GF和無(wú)機(jī)填充物
E6810MR
E6807LHF
E6808LHF


超高強(qiáng)度
碳纖維
須晶
E6406
E6606


連接器應(yīng)用等級(jí)選定指南

所需材料特性
LSI印刷電路板及連接電路板和電纜、電路板、電路板連接器等隨著近年來(lái)電器產(chǎn)品的輕型化高性能化同時(shí)也向小型化多極化發(fā)展。并且,電路板的安裝方法正在向采用240~260℃高溫環(huán)境中熔接的“表面安裝方式”(SMT:Surface Mount Technology)轉(zhuǎn)換。因此,具有精密成型性能和出色耐熱性的LCP被大量采用。
但是,LCP具有各向異性大的缺點(diǎn)。使用LCP的連接器在射出成型制造時(shí),由于樹(shù)脂在流動(dòng)方向(MD:Machine Direction)和垂直流體流動(dòng)方向(TD:Transverse Direction)收縮率不同而造成成型品“翹曲”,這在SMT的工序中,會(huì)導(dǎo)致焊接不良。(圖1)
圖1 由于連接器的翹曲而產(chǎn)生的焊接不良

LCP是有各向異性的樹(shù)脂,在沒(méi)有使用填充材的狀態(tài)下很難直接使用。為了緩解各向異性,可加入玻璃纖維和無(wú)機(jī)填充物等填充材。通常的樹(shù)脂加入玻璃纖維等填充物后各向異性變大,但LCP樹(shù)脂卻恰恰相反,加入填充物后各向異性可以被緩解
連接器應(yīng)用等級(jí)選擇指南
這里推薦的LCP都含有玻璃纖維和無(wú)機(jī)填充物等填充材。在選擇這些等級(jí)時(shí)需要注意的是,根據(jù)連接器的形狀不同(特別是成型品的壁厚)所適合的等級(jí)也不同。
選定例子如圖2所示。
●比較厚長(zhǎng)的DIMM插槽:E6006LHF、E6006LMR
●平板狀多極的PGA插槽:E6807LHF、E6808LHF
●平板狀無(wú)孔的PCMCIA,memory card等卡式連接器:E6810MR
●低背薄壁的Board to Board連接器:E6008、E6808THF、E6808GHF

■普通物性
表2表示本公司標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的物性。表中的翹曲量是用本公司設(shè)計(jì)的金屬模具所做的評(píng)估,與實(shí)際的翹曲量有差異(可和我公司原系列產(chǎn)品比較)。

E6000系列,屬于日本的出口限制物品。
E6000HF系列,不屬于日本的出口限制物品。

各等級(jí)的翹曲特性
●長(zhǎng)尺連接器的翹曲量的測(cè)量方法
用圖3所示的成型品測(cè)量了翹曲量。結(jié)果如圖5

●圓盤(pán)的翹曲量的測(cè)量方法
用圖3所示的成型品測(cè)量了翹曲量。結(jié)果如圖6

●IR回流前后長(zhǎng)尺連接器和圓盤(pán)翹曲量
IR回流曲線如圖7所示。
IR回流前后的長(zhǎng)尺連接器以及圓盤(pán)翹曲量分別如圖9圖10所示。各成型品的翹曲量,如上所述。

成型條件
光學(xué)讀存頭線圈用途的等級(jí)選定指南

所謂光學(xué)讀存頭線圈
光學(xué)讀存頭線圈,是CD機(jī)和個(gè)人電腦用CD-ROM,DVD-ROM等光盤(pán)的讀取裝置,音樂(lè)用MD,CD-R/RW,記錄用DVD等的光盤(pán)的讀取/寫(xiě)入裝置(光驅(qū)·刻錄機(jī))的主要零部件。SUMIKASUPER LCP在該部件的生產(chǎn)中被大量使用。
材料所需特性
光驅(qū)通過(guò)激光照射刻在光盤(pán)上以μm(1/1000mm)為單位的小溝讀取/寫(xiě)入信息。當(dāng)讀存信息時(shí),聚焦棱鏡必須在磁力作用下高速轉(zhuǎn)動(dòng),以保證將激光束聚焦到高速轉(zhuǎn)動(dòng)光盤(pán)上的合適位置。為使之產(chǎn)生磁力,使用了線圈。如上所述,光學(xué)讀存頭線圈具有下圖所示的在線圈上安裝了透鏡的構(gòu)造,別名為“透鏡支架”。

光學(xué)讀存頭線圈所需特性如下表所示。SUMIKASUPER LCP滿足以下特性,是制造光學(xué)讀存頭線圈合適的材料。

要求 根據(jù)左邊所述要求的理由 SUMIKASUPER LCP的特性
小型·輕量 通過(guò)微少電力即可移動(dòng)線圈,實(shí)現(xiàn)省電力和高感度 ●比重輕
●具有能精密成型的成型性
能正確讀取信號(hào) 當(dāng)動(dòng)作頻率在20kHz以下時(shí),由于產(chǎn)生共振無(wú)法讀取信號(hào)。使用比重輕并且剛性高的材料能提高共振頻率。
● 高剛性(在0.5mm厚的翹曲彈性率=約30GPa)
● 比重輕
廉價(jià) 用射出成型能大量生產(chǎn)。
由于在組裝工序中能夠采用浸焊(350-400℃/數(shù)秒)工藝,無(wú)需金屬端子插入的操作。 ●具有能精密成型的成型性
●耐浸焊

SUMIKASUPER LCP光學(xué)讀存頭線圈用等級(jí)
SUMIKASUPER LCP系列產(chǎn)品中,滿足上述要求特性的等級(jí)如下所示

標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的E5006L是最適合讀存頭線圈的產(chǎn)品。E5002L系列雖然具有比重低高性能的特點(diǎn)適合讀存頭線圈應(yīng)用,不過(guò)
●LCP具有各向異性大的缺點(diǎn),導(dǎo)致成型品的尺寸精度不容易保證。
●由于填料少(僅填充切斷玻璃纖維10%),成型機(jī)內(nèi)容易產(chǎn)生滯留碳化物。
(成型機(jī)的解體保養(yǎng)頻率比E5006L高,生產(chǎn)性低)
●成型條件苛刻,管理困難
因?yàn)樯鲜鰡?wèn)題,請(qǐng)盡可能選擇E5006L系列。僅在E5006L系列無(wú)法滿足性能時(shí)采用E5002L系列。對(duì)CD-DA(音響用)及低轉(zhuǎn)速CD-ROM等低造價(jià)產(chǎn)品推薦使用E5008L系列。

線圈應(yīng)用等級(jí)選定指南

線圈的構(gòu)造和對(duì)材料的要求特性
線圈是用電線卷繞的圓形或多角形的筒狀物。主要材料是絕緣樹(shù)脂。端子部分主要使用金屬,金屬和樹(shù)脂并用造成制造成本上升。因此,開(kāi)發(fā)了樹(shù)脂一體型的樹(shù)脂端子線圈。


為了讓導(dǎo)線通電,需要?jiǎng)兂俗硬糠掷p繞導(dǎo)線的終端覆材(氨基鉀酸脂等)。覆材剝除通常采用高溫(300~400℃)浸焊的方式。
當(dāng)采用金屬端子,浸焊時(shí)不會(huì)傳熱到線圈部分,因此可以采用耐熱性較差的樹(shù)脂材料。而采用樹(shù)脂端子時(shí),為了防止端子熔化或變形,就需要采用耐熱性高的樹(shù)脂。不過(guò),隨著近年來(lái)電器用品的輕型化小型化,線圈也朝小型化方向發(fā)展。即使采用金屬端子,由于端子變短,容易傳熱到樹(shù)脂部分,也要求樹(shù)脂具有更高的耐熱性。
因此,用于線圈的樹(shù)脂不僅需要具有高耐熱性((300℃~400℃×數(shù)秒),而且隨著輕型小型化的發(fā)展精密成型的重要性也越來(lái)越高。另外從環(huán)境保護(hù)角度出發(fā),熱可塑性樹(shù)脂受到更多的關(guān)注,因此LCP作為適合線圈的材料受到廣泛應(yīng)用。
線圈應(yīng)用等級(jí)選定指南
對(duì)樹(shù)脂端子線圈的應(yīng)用,需要選擇超耐熱等級(jí)的E5000系列。對(duì)金屬端子,雖然也可選用E5000系列,但易發(fā)生耐熱性過(guò)高的可能。E5000系列雖然在短時(shí)間內(nèi)的耐熱性很好,但是需要400℃的高溫成型溫度,并容易發(fā)生樹(shù)脂在射出成型機(jī)內(nèi)滯留老化等問(wèn)題。和E4000、E6000系列相比,使用E5000時(shí)成型機(jī)和模具的維護(hù)頻率更高。
因此,請(qǐng)確認(rèn)線圈所需耐熱溫度,如果可能請(qǐng)選擇E4000,最好使用E6000系列。

線圈種類(lèi) 推薦等級(jí)
樹(shù)脂端子線圈 E5000系列(E5008L,E5008等)
金屬端子線圈(小型) E5000系列(E5008L,E5008等)
E4000系列(E4008L,E4006L,E4008等)
金屬端子線圈(中大型) E5000系列(E5008L,E5008等)
E4000系列(E4008L,E4006L,E4008等)
E6000系列(E6006L,E6003等)