液晶聚合物(LCP):保障电动汽车安全通信的卓越材料

电动汽车和内燃机汽车对材料的要求不同。因此，电动汽车制造商在某些情况下必须重新审视材料的选择。为了满足日益增长的需求，液晶聚合物（LCP）等材料正在逐渐取代其他塑料——它们改善了热管理，实现了更小零部件的生产，并提供了合适的电磁干扰（EMI） 屏蔽。

随着电动汽车功能的日益增加，传统材料越来越难以满足其制造需求。如今，机动车辆需要越来越多能够通过实时感应和检测司机驾驶环境来支持高速数据系统的设备，同时尺寸也要越来越小。这种小型化趋势使制造商能够将更多的功能加装到小型车中，从而在高价车辆之外增加更多的车型，同时以极高的速度传输更多的信息。对车辆性能来说，至关重要的是确保所有功能在他们可能遇到的恶劣环境条件下可靠地运行，如极端的温度和高湿度。

面对这些新要求，传统材料往往不再可行。与之相反，液晶聚合物（LCP）提供了一种令人感兴趣的选项。过去它们主要用于消费电子产品，而现在越来越多的汽车制造商正在将这种材料用在他们的车辆中。

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可加工性优势

与其他半晶体和聚合物相比，LCP具有独特的晶体结构、高流动性和高强度，有助于实现精密成型、小型化设计和尺寸稳定性，而这是其他热塑性塑料所不具备的功能。从可加工性的角度来看，它们的低熔体粘度使制造商能够轻松填充薄壁并创建复杂的功能，此外它们还有易于设置和快速固化的特点。提高生产率是LCP的优势之一。它们的轻量化特征还体现在能够进一步减小零件尺寸，从而实现更纤薄却更全面的汽车设计。

根据应用场景定制材料的耗散因数（Df）和介电常数（Dk）是确保成功连接的关键。材料的Df决定了材料的信号损失程度。针对5G和6G应用，制造商需要低耗散因数来减少热量产生并提高信号完整性。塞拉尼斯（Celanese）公司的低Df值产品具有同类产品中最佳的Df值，仅为0.009，确保了可靠的连接性。

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确保连接性，减少干扰

低 Dk 值材料能够提高绝缘性，避免与其他信号串扰并减少相互作用。实现高连接性的同时减少干扰是一种可通过塞拉尼斯公司的Df/Dk可调材料实现的平衡方法，这样每个部件都可用适合其介电应用的材料制造。

吸湿性对潮湿环境中的高精度部件来说是一大灾难。当部件吸收了过多水分时，它们会因水分流失而收缩，从而导致变形。这种收缩会损坏光学部件，使介电常数变大并导致产生“噪声”和信号故障。

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极低的吸湿性

与其他热塑性塑料相比，LCP具有极低的吸湿性。LCP的吸湿率为0.02%，低于尼龙的5%，即使在恶劣的环境条件下也不会发生变化。制造商可通过LCP来确保零件不会因水分流失而收缩。

电动汽车将各种传感器、雷达、激光雷达和摄像头集成到了一个系统中（图1），而这些部件会持续发射各种不同的波长。如果没有做好绝缘，这些波长很容易相互干扰。防止部件之间的串扰对于确保高级驾驶辅助系统的可靠性而言至关重要。通过部件外壳和机壳实现的屏蔽可以减轻这种干扰并确保安全功能。LCP重量轻、导电且不易磨损的特性使其成为了EMI屏蔽的理想材料。

图1 ：雷达、激光雷达和摄像头系统这些部件完全不同，但它们对材料的要求在许多方面非常相似（来源：Celanese；图： Hanser）

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防止收缩

另一个影响信号完整性的因素是热量。极端温度会影响半结晶聚合物的结构，导致其收缩和变形。但是，LCP具有保持分子结构的独特优势。经极端温度测试发现，LCP分子始终保持其顺序并在剪切作用下相互滑动，从而抵抗收缩。因此，LCP是电气应用的理想材料之一。在电动汽车应用中，电池会产生大量热量，因此可能对其他部件构成危险。此时，热量管理就派上用场了，它可以防止损坏发生并提高电池效率。

塞拉尼斯公司有多种LCP产品，能够满足用户在各种频率范围内的需求。LCP的采购价格可能高于传统的热塑性塑料替代品，但其生产率优势远远超过其初始成本，同时快速填充和更短的周期时间提高了易加工性并降低了成品价格。

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调节材料的Dk和Df

塞拉尼斯公司的Vextra和Zenite品牌LCP具有可调节的Dk和Df。其Dk值和Df值能够根据应用进行定制，确保天线、传感器和摄像头的可靠连接。超低Df值Zenite LCP具有同类产品中最佳的Df值，仅为0.009，即使在恶劣环境条件下也能保证可靠连接，因此是5G和6G应用的理想选择，这些场景中的信号损失和热量产生都会带来极大的麻烦。

低Dk值Zenite LCP（2 GHz时为2.5至4）是屏蔽天线和高速连接器的绝佳选择，即使在极端条件下也能避免与其他部件串扰，减少相互作用，并保持高强度和设计灵活性。

可电镀Vectra和Zenite LCP具有光滑的表面外观，能够加快电镀工艺。这些型号包括Zenite LCP 450LDS和451P等。可电镀Vectra LCP牌号E820ipd和E830ipd能够用铜、金和镍等金属在连接器表面进行基于溶液的化学镀，具有高精度和自由度，可用于制造3D电路部件。

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导电LCP

塞拉尼斯公司的CoolPoly TCP E系列（图2）是传感器热管理和EMI屏蔽的解决方案，其电导率小于100Ohm-cm，热导率为 17-34W/m·K（表1）。热量通过它的速度比从表面消散的速度更快——先是传导受限，接着是对流受限，其牌号可应用于各种部件，包括速度传感器和后视摄像头等。虽然它的拉伸潜力低于其他产品，并且可能出现各向异性收缩，但它作为一种低密度材料能够提供很大的设计自由度和复杂的3D能力。其强度和防腐性能有助于消除二次加工成本。

图2：两种塞拉尼斯公司的导电LCP及其应用领域（来源：Celanese；图： Hanser）

表1：塞拉尼斯不同CoolPoly TCP牌号的热导率Celanese

表面增强外观LCP设计更纤薄，同时具有强大的光学和红外摄像功能。它专为高性能摄像头和光学传感器设计，具有极佳的尺寸稳定性和耐用性。在这一类别中，塞拉尼斯推出了Zenite LCP SEA、Vectra LCP A115和Fortron PPS / Fortron PPS ICE等多种牌号产品。