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LAPEROS® GA/HA系列的开发及应用拓展

 

序言

所谓液晶高分子(LCP)是当处于熔融状态时会显示出液晶性的热塑性芳香族聚酯的总称。液晶高分子具有刚直不易弯折的分子结构,其突出特征是一般高分子物质所特有的分子缠绕在它身上程度显得非常轻,与一般的高分子不同,分子链之间的缠结很少。由于很小的剪切力就可以引起其分子取向,注塑成型时的流动阻力非常小,显示出优良的成型流动性。而且,由于在凝固时分子维持与熔融状态时相同的分子构象,因此起因于分子再排列的体积变化很小,可以获得很高的尺寸精度。
基于以上的这些优良性质,尤其是赶上电器电子产品领域的小型化和薄壁化要求高涨的潮流,对LCP的需求在飞跃式的增长。而且,现今电子零部件的小型化、复杂化的高涨潮流还在继续,对LCP材料性能的要求水平也在进一步提高。LCP与其它的高分子材料不同,它的名称与其成分及化学键等没有直接关系,分子骨架的设计自由度很高;根据实际需要,已经开发出了各种不同种类的LCP。本公司基于一直以来关于LCP的研究及开发所积累独特的分子设计技术及聚合技术,开发出了在流动性方面得到了飞跃性的提高的新型高分子GA/HA;今后还将致力于其系列产品的研发。



应对高流动要求的高分子开发

LCP的凝固速度快,是最适合于快速成型的树脂材料。特别是近年为应对产品形状的复杂化和薄壁化,在成型流动、尺寸精度、收缩变形方面对材料提出了更高的要求。而且,有关高流动性,以前也开展了很多的开发及性能改良方面的工作,通过:①降低分子量;②与低熔点的LCP共混;③优化填料含量及尺寸,解决了许多方面的实际问题,满足了现实要求。但是,我们也看到,这些应对技术已逐步抵近可解决问题的极限;在这种背景下,本公司在长年对LCP的高流动化研究中发现模具内的结晶速度是影响流动性的重要因素;如图1所示,通过降低凝固速度,实现了对流动性的提高。


图1 不同凝固速度对流动长的影响示意图


图2(a)中,将GA130和E130i的流动性差异以0.6mm间距连接器的最小充模压力来表达。用于评估的就是如图2(b)所示的连接器形状样件的模具。


图2(a) LAPEROS® E130i和GA130的在不同熔融粘度下的最小冲模压力的差异

图2(b) 用于评估的0.6mm间距连接器样件

以本公司的连接器评估样件的最小充模压力为例,如果将具有同级别的熔融粘度的E130i与GA130进行比较,GA130的最小充模压力要低一成左右,也就是说可以以更低的压力完成充模。由于E130i和GA130的玻璃纤维含量,平均纤维长度都在同一水平,因此可以认为凝固速度的不同是导致它们在流动性方面出现差异的原因。对LCP的凝固速度的控制可以用过冷度(在差热分析(DSC)测试中,以一定的升降温速度进行测试时的熔点和结晶温度的差)来理解。这次开发出的GA/HA高分子与Ei高分子相比,显示出了2倍的过冷度,在控制延缓凝固速度方面取得了很大的成功。另一方面,这类新型液晶高分子同样具有传统液晶高分子的各种特点,比如:高耐热性(SMT(Surface Mount Technology))、优良的力学特性、耐化学药品性等。传统的液晶高分子产品系列迎来了GA/HA高分子的加入,使得进一步应对市场需求和用途的材料设计成为可能(表1)。


表1 高分子的种类与GF纤维增强材料的性能

高分子 特 点 熔点(℃) 特 点
弯曲强度
(MPa)
弯曲模量
(MPa)
热变形温度
(℃)
A
 高力学强度,结构材料用途
280 270 15,000 240
B
 高弹性模量、高强度
280 300 20,000 240
C
 SMT耐热、高强度
325 240 14,800 255
Ei
 Pb-Free SMT 耐热 标准
340 230 15,000 275
GA
 Pb-Free SMT 耐热 高流动性
355 200 15,000 280
HA
 Pb-Free SMT 耐热 高流动性
350 200 15,000 280
T
 高耐热(高熔点)性
370 220 14,800 300
S
 超高耐热、低逸气性
355 240 16,000 340

* Pb-Free:无铅焊锡



LAPEROS® LCP的品级拓展

表2列出的是基于LAPEROS® LCP高分子的已经上市或是正在开发中的可以适用于各中电子零部件生产的品级。由于LCP制品的物性在流动方向和与其垂直的方向差异很大,容易产生基于这种各向异性的变形,因此有必要根据成型品的形状来进行材料的选择。各品级的一般物性如表3所示。


表2 针对各种电子零部件的LAPEROS® LCP GA/HA推荐品级

连接器 CPU插口 I/O,存储器 FPC / BtoB DDR / Card socket
特 点 平面 + 丝网 对称形状 薄壁 非对称形状
形 状
性能要求

高强度、
高流动品级

低翘曲、
高强度品级
低翘曲、
高流动品级
低翘曲、
低各向异性品级
推荐
GA / HA
品级
GA130 GA481 HA475 GA481

表3 LAPEROS® LCP GA/HA品级的物性一览表

 

GA130

GA140M

GA481 HA475
品级标示 >LCP-GF30< >LCP-GF40< >LCP-(MD+GF)45< >LCP-(GF+MD)30<
密 度 g/cm3 1.61 1.70

1.77

1.64
弯曲强度 MPa 200 155 145 140
弯曲模量 MPa 15,000 13,000 12,000 12,000
弯曲应变 % 1.8 2.5 1.7 2.5
简支梁抗冲击强度
(带缺口)
kJ/m2 20 18 6 6
热变形温度
(1.8MPa)
280 250 265 240
荷重たわみ温度
(0.45MPa)
300 270 - 275

特别是在关于这些流动性以及翘曲性方面,我们制备专用的评估样件进行了细致的品级设计。例如:LAPEROS GA473,如图3(a)所示,对DDR(Double-Data-Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)-DIMM(Dual Inline Memory Module)采用插口模型的模具成型,这样与传统品级相比较,翘曲性方面实现了约30%的改善。而且,作为流动性重要指标之一的成型充模压力也降低了10~20%。


图3(a) 用于评估的DDR连接器样件

 

图3(b) LAPEROS® GA473和传统品级成型得到的DDR连接器的收缩变形量

此外,在使用LCP材料成型的电子零部件中,最轻薄,最小型化的零部件之一就是FPC (Flexible Printed Circuits)连接器,如图4(a)所示。与LAPEROS S475相比,LAPEROS HA475的成型充模压力可以低约30%。 同时,其翘曲性如图4(b)所示,与LAPEROS S475基本相似。


图4(a) 用于评估的FPC连接器成型品

 

图4(b) LAPEROS® HA475和传统品级成型得到的FPC连接器的翘曲变形量

另一方面,考虑凝固速度的延迟控制有时也会有牺牲掉部分LCP本来的重要特性,即高速成型性的可能性。图5代表LAPEROS GA130,E130i及DURAFIDE® 1130A6的浇口封口时间。所谓的浇口封口时间是根据从注塑成型时的保压时间与成型品重量的关系来决定的;具体定义为成型品重量停止变化的最短时间;从图中所示结果可以看出,这类树脂在成型时的浇口封口时间要明显比DURAFIDE 1130A6的快,已经证明与传统的LCP品级没有大的差别。


图5 LAPEROS® GA130、E130i及DURAFIDE® 1130A6的浇口封口时间对比


结束语

本文介绍的LAPEROS LCP GA/HA系列是基于“凝固速度控制”这样一个新的概念所开发出来的高分子。正如本文开篇时所述, LCP的分子骨架的设计自由度很高,一方面可以根据所需要的性能开发各种各样的LCP;另一方面,要想开发出所期望的高分子,又需要经过长年培养和积累起来的分子设计技术方面的诀窍和大量的实验结果。期待以这次的新型GA/HA高分子为基础的高流动材料在日新月异发展的小型化和薄壁化电气电子零部件领域越来越受到欢迎。今后,本公司将积极配合市场的发展与需求,努力拓展LAPEROS GA/HA系列的产品,继续开展新材料的研究开发,努力争取做到随时为用户提供最佳的材料。


 

「DURAFIDE®」,「LAPEROS®」是宝理塑料株式会社在日本及其它国家拥有的注册商标。