LCP fólie a LCP lamináty

Polymery s tekutými krystaly jsou kategorizovány jako vysoce výkonné polymery, které nabízejí širokou škálu aplikací v různých průmyslových odvětvích. Je to především proto, že mají několik širokých vlastností, které je odlišují od ostatních tříd polymerů.

V tomto článku se podíváme do hloubky na koncept LCP fólií a LCP laminátů. Diskuse se také zaměří na pochopení různých aspektů těchto materiálů a na to, jak přispívají k odvětvím, která na nich závisí.

Než se ale dostaneme k našemu hlavnímu tématu, pojďme nejprve pochopit některé základní vlastnosti polymerů s tekutými krystaly.

Vlastnosti LCP

Polymery s tekutými krystaly jsou jednou z nejpoužívanějších tříd polymerů, které jsou známé svou všestranností a schopností sloužit široké škále aplikací. Jedná se o extrémně vysoce výkonné polymery, které lze snadno použít pro různé aplikace, o kterých pojednáme v dalších částech tohoto článku.

Když však mluvíme o vlastnostech polymerů s tekutými krystaly, neomezují se pouze na obecnou kategorii. Spíše je lze dělit a kategorizovat v závislosti na aplikaci. V této části probereme mechanické, fyzikální, tepelné a další obecné vlastnosti polymerů s tekutými krystaly.

Mechanické vlastnosti

pružnost

Jednou z jedinečných mechanických vlastností tekutých krystalických polymerů je jejich měkká elasticita. Umožňuje poškrábání materiálu při téměř nulovém namáhání za předpokladu ekvivalentního stavu. Když jsou polymery deformovány v liniích zarovnaného směru, vykazují ekvivalentní elastickou odezvu. Na druhé straně, pokud je materiál udržován vyrovnaný po delší dobu, je pozorována poměrně měkčí elastická odezva.

Nízké tečení

Je také známo, že polymery z kapalných krystalů vykazují malé nebo žádné tečení. Tato mechanická vlastnost polymerů s tekutými krystaly umožňuje složité procesy pro zachování jejich ostrých hran a rozměrové stability. Tato vlastnost tekutých krystalických polymerů je také činí vhodnými pro účast na komplexních návrzích obalů.

Tyto procesy obvykle vyžadují jemné detaily umístění, vyrovnání a připevnění optických komponent. Polymery s tekutými krystaly lze proto také použít pro návrhy obalů, kde jsou vyžadovány jemné detaily spolu s rozměrovou stabilitou. To dává polymerům s tekutými krystaly výhodu oproti jiným polymerům.

Nižší dielektrická konstanta

Je také známo, že polymery z tekutých krystalů mají srovnatelně nižší dielektrickou konstantu a rozptylový faktor v rozsahu 1 kHz a 45 GHz. Tato vlastnost polymerů s tekutými krystaly z nich dělá jednu z nejvhodnějších možností pro aplikace, jako je generování mobilních komunikačních systémů a automobilů.

Tyto polymery lze například také použít k výrobě pružných desek s obvody a desky radarů s milimetrovými vlnami vyžadují materiál s nižší dielektrickou konstantou. Polymery s tekutými krystaly proto nabízejí mnohem lepší příležitost pro použití ve složitých procesech, což u jiných kategorií polymerů obvykle není možné.

Lepší radiační odolnost

Jednou z méně známých vlastností polymerů s tekutými krystaly je jejich lepší odolnost vůči záření, která daleko převyšuje odolnost jiných typů polymerů. Kromě toho je také důležité vědět, že gama záření a UV záření jsou mnohem lepší z hlediska tvrdosti záření mezi různými třídami polymerů.

Ačkoli některé třídy polymerů, jako jsou akryláty a fluorpolymery, také vykazují dobrou radiační tvrdost, jsou často náchylné na vlhkost. Působí jako bariérová vlastnost v procesech, kde je vyžadována rovnováha mezi dvěma třídami záření.

termoplastičnost

Další pozoruhodnou vlastností LCP je, že jsou termoplastické. To jim umožňuje dosáhnout střední teploty, kdy se jeví jako kapalina, aniž by se rozpadly na základní krystalové struktury. Polymery na bázi tekutých krystalů se typicky taví při 280 stupních Celsia a zůstávají tepelně stabilní při teplotě 350 stupňů Celsia.

Tento typ uspořádání udržuje koeficient tepelné roztažnosti na nižší úrovni, což umožňuje nižší polohu ve směru molekulárního uspořádání. Skutečnou hodnotu lze tedy v omezené míře snadno zkontrolovat odstraněním vrstev s příslušnou orientací pro kontrolu jejich stupně.

Tepelné vlastnosti
Obsahuje silně anizotropní mesogeny

Mohou obsahovat vysoce anizotropní mesogeny, které jsou relativně citlivé na vnější pole, což je považováno za jeden z nejcharakterističtějších rysů kapalně krystalických polymerů. Patří mezi ně napětí, jádrové pole a elektrická aplikace, protože mají charakteristickou orientaci v závislosti na vnějším poli. To usnadňuje jeho použití v různých případech použití, včetně vysoce výkonných vláken a funkčních materiálů pro technické plasty.

To je také jeden z hlavních důvodů, proč jsou polymery s tekutými krystaly považovány za extrémně důležitou kategorii. Jsou proto velmi důležité při snaze porozumět roli vlastností při definování použitelnosti polymeru.

začátek tání

Rozlišení teplot tání je další důležitou tepelnou charakteristikou kapalných krystalických polymerů. Tato kategorie polymerů je extrémně výkonná a nabízí vynikající termomechanické vlastnosti při srovnatelně nižší hustotě.

Je však třeba také poznamenat, že mají velmi vysoké teploty tání, což ztěžuje jejich zpracování pro příslušné procesy. V takových případech vykazují kapalné krystalické polymery nižší rozpustnost, když se v konkrétním procesu použijí běžná rozpouštědla. Proto je třeba tyto vlastnosti vzít v úvahu při rozhodování o vhodné aplikaci pro kapalné krystalické polymery.

Další obecné vlastnosti
Vstřebávání

Kapalné krystalické polymery neabsorbují téměř žádnou vlhkost nebo jiné plyny, protože jsou hustě zabaleny a krystalické. To je hlavní důvod, proč jsou polymery s tekutými krystaly nejen mírně neprůhledné, ale mají také fyzikální vlastnosti, které umožňují absorpci na různých úrovních.

Tato vlastnost polymerů s tekutými krystaly umožňuje zabránit odplynění, což je běžný problém mnoha jiných typů polymerů. Proto je lze použít v případech, kdy je požadován materiál s vysokou savostí.

Elektrické a optické vlastnosti

Při pohledu na základní strukturu tekutých krystalických polymerů je jasné, že se skládají z volně držených tekutých krystalů. Je to proto, že orientace tekutých krystalů může být snadno ovlivněna přímým vystavením elektrickému poli. Tato speciální vlastnost polymerů s tekutými krystaly z nich dělá ideální materiál pro aplikace, jako je výroba displejů s tekutými krystaly (LCD). Polymery na bázi tekutých krystalů jsou tvořeny drobnými částicemi tekutých krystalů. Proto je snadné je ovlivnit elektrickým polem pro pohon aplikací.

Aplikace LCP

Polymery z tekutých krystalů mají četné fyzikální, mechanické a tepelné vlastnosti, které z nich činí ideální materiál pro širokou škálu aplikací. Od složitých průmyslových aplikací až po výrobu produktů, které používáme v každodenním životě, se používají v mnoha případech.

Zde jsou některá z nejdůležitějších použití polymerů s tekutými krystaly

kabely a lana

Jak jsme diskutovali v mechanických vlastnostech polymerů s tekutými krystaly, tento materiál neumožňuje snadno tečení kvůli své vysoké pevnosti v tahu. Tato speciální mechanická vlastnost tekutých krystalických polymerů se využívá při vývoji vysoce výkonných lan, která lze snadno použít pro delší zatížení.

Kromě toho se polymery s tekutými krystaly také používají k definování teplotních a chemických požadavků pro vývoj řešení, která mohou vyřešit problémy s degradací. Ty se obvykle vyskytují u stávajících produktů z vláken, které nejsou navrženy k řešení těchto složitých problémů. Polymery s tekutými krystaly jsou však perfektním řešením pro výrobu oceli a nerezové oceli.

Displej z tekutých krystalů (LCD)

Jak jsme viděli na elektrických a optických schopnostech LCP, tyto polymery se také používají pro vývoj displejů z tekutých krystalů (LCD). V současné době je elektrooptický výkon vylepšen díky účinku na tekuté krystaly, aby bylo možné lépe zobrazit. Kromě hodnocení elektro-optického výkonu jsou také zvažovány korelace mezi molekulárními strukturami a jejich dopadem na výkon LCD.

Počátky používání tekutých krystalových polymerů pro vývoj LCD sahají do roku 1888. Fenomén tekutých krystalů poprvé pozoroval rakouský botanik Reinitzer. Zjistil, že pevný vzorek benzoátu cholesterolu se při teplotě 145 stupňů Celsia pomalu mění v opticky anizotropní kapalinu.

Další spojení mezi LCP a LCD byly později objeveny různými výzkumnými skupinami, které hledaly nové funkční principy pro displeje. Je však důležité poznamenat, že identifikace jedinečných elektrooptických vlastností LCP vždy hrála ústřední roli při identifikaci sloučeniny.

Foto zarovnání LCP filmu lze použít jako rozlišení k vytvoření funkčních fixačních řešení. Tímto způsobem se využívají různé fyzikální a mechanické vlastnosti polymerů s tekutými krystaly k vývoji a zlepšení výkonu.

Elektronické pomůcky

Polymery z tekutých krystalů jsou také vynikajícím materiálem pro výrobu desek plošných spojů s vyztužovacími materiály z optických vláken a pro realizaci drátěných výztuh. To je způsobeno vysokou dielektrickou pevností, která pomáhá zvýšit teplotní odolnost. Je nutné se vypořádat s odolností proti vlhkosti, což vede k lepší účinnosti z hlediska elektřiny, aby se zabránilo případným svodovým proudům.

Tato konkrétní kombinace je také vhodná pro rozměrovou stabilitu při vývoji pokročilých elektronických nástrojů. To je důvod, proč jsou polymery s tekutými krystaly životaschopnou možností pro vývoj pokročilých elektronických zařízení.

produkty pro volný čas a rekreaci

Kromě vývoje elektronických a technických pomůcek jsou polymery z tekutých krystalů ideální také pro výrobu luxusních věcí a předmětů pro volný čas. Tyto produkty obvykle zahrnují rybářské vlasce a hůlky, vybavení pro vodní sporty, snowboardy, vybavení pro zimní sporty a další sportovní zboží. Hlavním důvodem použití tekutých krystalických polymerů při vývoji těchto produktů je jejich vynikající výkon, který je v těchto případech rozhodujícím faktorem.

Pokud jde o sportovní zboží, bezpečnost je stejně důležitá jako schopnost podávat dobré výkony. Pomáhá také rozvíjet vlastnosti, jako jsou jedinečné vibrace kombinované s vysokou pevností a vynikající odolností vůči drsným povrchům.

Letectví a kosmonautika

Jedno z méně známých použití polymerů s tekutými krystaly je v letectví. Stávající letecký průmysl klade vysoké nároky na povlaky používané pro letecké konstrukce. Kolísání teploty a tlaku vede k různým rozměrovým změnám v konstrukci zařízení, proto musí mít vysokou pevnost v tahu. Zde nastupuje role tekutých krystalických polymerů, protože tvoří dokonalý povlak se správnou pevností, aby splňovaly požadavky.

Používají se především v leteckých kapalinách, což je případ použití náročný na kvalitu. Polymery s tekutými krystaly tak přispívají k rozmanitým aplikacím v leteckém průmyslu.

Inovativní kompozitní materiály a textilie

Jak již bylo zmíněno, polymery s tekutými krystaly mají zásadní chemické vlastnosti, které lze použít pro různé aplikace. Jedna taková pravděpodobná aplikace je v inovativních textiliích a kompozitech, které nabízejí nové příležitosti pro identifikaci materiálů a design.

Materiál se v řadě případů používá k vývoji těchto výrobků díky své vysoké pevnosti a nízké nasákavosti. Polymery z tekutých krystalů jsou vlákna z termoplastické matrice s vysokým modulem používaným pro různé aplikace vyžadující relativně vysokou hustotu. Kromě toho si musí zachovat své vlastnosti v širokém teplotním rozsahu a používat je v oblastech s nízkou vlhkostí a nízkou nasákavostí.

Protože polymery s tekutými krystaly vykazují všechny tyto vlastnosti s vynikajícími výsledky, jsou často považovány za ideální materiál pro potřeby kompozitního a textilního průmyslu. LCP je tedy nedílnou součástí požadavků textilního průmyslu a vývoje, který potřebuje, aby fungoval lépe.

Jiné průmyslové aplikace

Kromě aplikací specifických pro požadavky jsou polymery s tekutými krystaly také užitečné při vývoji řešení pro různé průmyslové potřeby. Tato vlákna například nabízejí vysokou stabilitu vůči většině chemikálií a rozšiřují možnosti výroby chemicky odolných předmětů. Dalším možným případem jsou ochranné oděvy jako čepice, rukavice a další pracovní oděvy, které jsou obvykle běžně žádané.

Schopnost tohoto materiálu poskytovat vynikající odolnost proti proříznutí a propíchnutí s optimální regulací teploty zajišťuje dlouhou životnost. Proto je snazší vyrábět produkty, které vyžadují materiály s podobnými vlastnostmi.

Z aplikací uvedených výše lze usoudit, že polymery s tekutými krystaly pokrývají širokou škálu aplikací. Tyto případy použití se neomezují pouze na to, co je obecně nezbytné, ale řeší také materiálové požadavky různých průmyslových odvětví.

Konverze LCP

Pokud jde o přeměnu kapalných krystalických polymerů na jiné materiály, je nejprve nutné porozumět mechanismům, které se na tom podílejí. Přeměna tekutých krystalických polymerů na tekuté krystaly může probíhat různými mechanismy, včetně termotropních systémů a lyotropních systémů.

V termotropních systémech se teplota snižuje udržováním bodů tání pod standardním bodem. Zafixováním teploty je snadné přeměnit stávající materiál na termotropní kapalné krystalické polymery.

Lyotropní systémy, také označované jako kapalné krystalické mezofáze, usnadňují transformaci kapalných krystalických polymerů za vhodných teplotních podmínek. Příklady zahrnují směs mýdla a vody, která působí jako lyotropní tekutý krystal.

polymerní filmy z tekutých krystalů

Polymerní filmy s tekutými krystaly jsou odvozeny z polymerní pryskyřice s tekutými krystaly a jsou vyráběny pomocí procesu vytlačování taveniny. Při tomto procesu se pryskyřice vytlačuje ze zařízení a následně se dále zpracovává na film.

Tento proces se provádí jednoduchými výrobními metodami, aby byla zachována vysoká efektivita výroby a relativně nízké náklady. Obecně je však považována za nevhodnou metodu pro výrobu LCP fólií, protože vyžaduje větší přesnost. Udržet požadovanou úroveň a kontrolovat tloušťku fólie není ve většině případů jednoduché.

LCP fólie jsou vyrobeny z materiálů, které se při roztavení snadno orientují. To omezuje způsob výroby lití v roztoku, protože materiál podléhá častým výkyvům pevnosti. Zlepšení výrobního procesu však může vést ke zvýšení kvality a produktivity při vývoji polyesterových filmů s tekutými krystaly.

Proces lití řešení pro větší efektivitu

Odborníci se domnívají, že je třeba najít lepší řešení pro zvýšení efektivity a kvality výroby materiálů. Proces lití roztoku je jedním z takových účinných způsobů, jak tohoto cíle dosáhnout. Při této metodě se pryskyřičné palety rozpustí ve vhodném organickém rozpouštědle a poté se odlévají na plochý list, který slouží jako podložka. Posledním krokem je tvarování a sušení zbytků. Díky této metodě může každá výrobní jednotka vyvíjet a dodávat vysoce kvalitní produkty, které mohou snadno překonat stávající výzvy.

lamináty z tekutých krystalů

Polymerní lamináty s tekutými krystaly jsou nedávným vývojem v komerčním využití technologie polymerů s tekutými krystaly. Vzhledem k trvalým elektrickým vlastnostem kapalného krystalického polymeru se také používá pro laminování desek plošných spojů v elektronických obalech. Stejně důležité je však vědět, že se primárně používá pro desky s vysokorychlostními elektronickými obvody, které lze měřit v pásmu GHz.

Kromě toho je třeba vědět, že několik výsledků výzkumu dospělo k závěru, že lamináty LCP se z různých důvodů dosud široce nepoužívají pro elektronické obaly. To je primárně způsobeno slabou interakcí mezi polymery z tekutých krystalů a mědí. Typicky se drsný povrch měděných cívek používá ke zlepšení pevnosti v odlupování, což je nezbytnou součástí procesu laminace.

Hrubé rozhraní mezi polymery z tekutých krystalů a měděnými strukturami však obvykle není vhodné pro vysokorychlostní desky plošných spojů. Proto je v takových případech vyžadováno přímé spojení mezi měděnou fólií a fóliemi LCP pro získání vysoké povrchové energie v materiálu. Polymer s tekutými krystaly a laminace proto obvykle nacházejí uplatnění v deskách elektronických obvodů.

Role LCP fólií a laminátů v segmentu trhu s elektronikou

Díky širokému spektru použití zaujímají LCP lamináty a fólie dominantní postavení v segmentu elektroniky. Nabízejí vynikající elektrické a mechanické vlastnosti, včetně vysoké bariéry proti vlhkosti, frekvenční charakteristiky a řiditelný koeficient tepelné roztažnosti.

Díky své nízké absorpci vlhkosti a vynikajícímu dielektrickému výkonu je polymer z tekutých krystalů ideálním materiálem pro pouzdra desek plošných spojů.

Poptávka po těchto materiálech ze strany výrobců elektroniky roste, protože LCP umožňuje vysoké rychlosti zpracování. Proto jsou tyto materiály považovány za ideální předpoklad pro výrobu elektronických produktů.

Poptávka se neliší ani v relativně malém elektronickém průmyslu. To je způsobeno výhodou vysoké hustoty obvodu a vyšší rychlosti zpracování. Zařízení, jako jsou mobilní telefony nebo mobilní počítače, vyžadují rychlý jeden přenos. LCP má tyto vlastnosti díky svým vlastnostem. Proto se poptávka po LCP fólii neliší ani v těchto mikroprůmyslech.

V posledních letech se také zvýšila celosvětová poptávka po počítačích. Tato konkrétní situace také přispívá ke zvýšení poptávky po surovinách, včetně polymerů s tekutými krystaly.

Při pohledu na nedávné trendy ve výrobě elektroniky po celém světě se trh v celosvětovém měřítku rychle zotavil. Velké spotřebitelské trhy se také začaly zotavovat z nedávné hospodářské krize v důsledku pandemie. Díky tomuto rychlému oživení se očekává, že trhy zvýší poptávku po surovinách v segmentu elektroniky. Proto se také očekává, že budoucí trendy pro polymery na bázi tekutých krystalů porostou v poptávce.

Závěrečná poznámka

Stručně řečeno, polymery s tekutými krystaly hrají důležitou roli v široké škále aplikací v široké škále průmyslových odvětví. To je způsobeno především jejich všestranností, pokud jde o vlastnosti a vlastnosti, které mají. Přestože stávající technologie a nové metody, které jsme vyvinuli, jsou nedostatečné, stále je v této oblasti velký prostor pro další zlepšování.

Mezi tyto pokroky patří například LCP fólie a lamináty, které slouží různým účelům při vývoji lepších řešení a produktů. Stále je tedy potřeba nacházet nové způsoby využití těchto materiálů a inspirovat se tradičním způsobem inovací.