液晶高分子聚合物LCP是80年代初期发展起来的一种新型高性能工程塑料。液晶聚合物是一种介于晶体和液体之间的中间相态聚合物，从分子结构看，LCP具有刚性棒状分子链结构，分子链可高度取向排列，结构堆积紧密，大分子间作用力较大。因此，与其他有机高分子材料相比，LCP表现出优异的性能如耐高温、高强度机械性能、优越的电性能和加工性能等。但LCP也存在一些缺点，如成本高，比较脆易开裂，大多数LCP含有玻纤，由于分子取向作用，各向异性大，很容易变形，LCP成型时也容易起泡，因此要做好LCP产品具有很大的挑战。

一、液晶高分子聚合物(LCP)介绍

LCP性能特征：

LCP具有独特的分子结构，分子由刚性棒状分子链组成，分子链结构不像非结晶和半结晶材料是缠绕在一起，故流动性非常好。LCP材料对剪切非常敏感，故又称之为剪切变稀。LCP结构模型表现为表层高度取向和典型的皮层结构。

LCP热变形温度高，在回流工序的高温环境下，树脂部分也会产生不少的热膨胀，有时会影响到产品的平面性。回流工序中的热变形可能会使金属端子未沾到焊料，从而导致接合不良，回流焊（Reflow)峰值温度是电子元件表面贴装（SMT）失效的关键因素。LCP在熔融状态下粘度极低，流动性非常好，利于薄壁成型。

LCP吸湿性非常小，吸水率大概为0.03% (300ppm)左右。

LCP尺寸稳定性好，与其它材料对比尺寸变化最小。

二、LCP产品模具设计

成型品的物性取决于LCP自身与填充材料的取向及其程度，而这种取向则起因于材料流动时的剪切力。因此，必须结合对最终产品的特性要求来考虑模腔内的材料填充形式。一般来说，壁厚越薄，取向就越明显。LCP熔接痕强度很差，因此模具设计时应尽量避免出现熔接痕

1.模具材料

LCP对模具的腐蚀性较小，因此所有标准模具材料均可使用。有些填充材料也会使模具受到磨损，此时应选用适当的钢材，必要时对模具采取淬火等措施。

D2是日立金属工具钢株式会社（经热处理硬度可达60HRC)，420是则Uddeholm株式会社(淬回火硬度为48-54HRC。

2.注塑机喷嘴及料头设计

LCP材料由于其独特的性能，对喷嘴和料头的设计有特殊的要求，固化速度快，料头容易快速冻结，如果料头设计不当，会堵塞流道或难以脱出。主流道设计锥度设计不宜过大，推荐0.5 ~ 1°，否则易产生喷射而卷入空气。主流道大小端直径及喷嘴设计如下图所示。LCP喷嘴直径小(1～2mm)、喷嘴前端有大功率加热圈、把热电偶设置在前端。

3.平衡流道设计

圆形流道是最佳选择。因为它效率最高（比表面积最小），热量损失少，压力降最小，最适合LCP这种快速凝固的材料。应避免使用半圆形或梯形流道。流道尺寸：不宜过大。因为LCP流动性极好，大流道不仅浪费材料，还延长了冷却时间，具体可通过Moldflow进行优化。流道布局尽可能做到自然平衡，使熔体能同时到达各个型腔。LCP对剪切比较敏感，故各级流道应圆滑过渡，尽量降低剪切效应。

4.翻转流道设计

将流道翻转技术设计设置于多模穴模具流道分流处，可将原欲发展成不对称特性之塑胶翻转成仍维持对称的状态，藉以达到各模穴均维持一致压力、温度粘度等物性之真平衡，使各模穴产品之质量更趋一致，提高良率。

5.浇口设计

在LCP的模具设计中，浇口设计尤为重要。由于LCP具有各向异性，因此必须在考虑填充方式的基础上来确定浇口形式和浇口位置，一般可采用点浇口和潜伏式浇口形式。

6.排气槽设计

LCP在成型的时候会形成微量气体，设计排气槽不但可及时排除成型时形成的气体，并且也有益于型腔内空气的排除，LCP料冻结速度很快，不易出飞边，排气槽深度0.01~0.02mm。

三、LCP产品成型加工工艺

1.干燥条件

LCP的吸湿性非常小，吸水率大概为0.03% (300ppm)左右。LCP是聚酯类材料，因此即使进行了防潮包装，也应在成型前进行预干燥。建议在140～160℃、4小时以上（最长可达24小时）的干燥条件下用真空除湿干燥机进行干燥。也可使用架式热风干燥机或斗式干燥机。不论使用哪种，都应调节热风温度和风量等以使粒料能够按上述条件得到均匀干燥。为了防止成型过程中再度吸湿，建议在成型时使用斗式干燥机。

2.成型设备

LCP溶融粘度对剪切速度很敏感且固化速度快，所以需要采用对射出瞬间响应能力出色的成型机。成型LCP薄壁件时,最好采用高速注塑机，高速注塑机的起始射出速度快。

LCP可用普通螺杆式成型机进行成型，喷嘴可用普通的开式喷嘴，开式喷嘴的压力损失通常比较小并且无需考虑机械动作的可靠性，不过，由于LCP具有良好的流动性，假如为了获取更高的流动性而特意把料筒温度设得很高，则会出现流涎现象。螺杆需要使用耐磨性较佳的材料制造，螺杆头部使用能防止逆流的结构，需要较精密的温控系统。

3.料筒温度设置

成型温度随下列条件而变动：1）机筒温度设定便是推荐的标准，也可根据成型状态在10~20C范围内修改；2）发生拉丝，流涎等现象时，请仅将喷嘴温度调低10~20C；3）发生计量不良时，建议采用平直或反设定；4）标准及耐热最高温度不要超过350C，高耐热级不要超过370C，超高耐热不要超过380C。

4.模具温度设置

LCP模具温度在30~150C之间，但一般设定在70~110C左右，为了缩短成型周期、防止飞边及变形，应选低的模具温度。如果要求制品尺寸稳定（特别是用于高温条件下的制品及有reflow要求），提高熔接痕强度及解决充填不满等问题时，应选择高的模具温度，如果有表面粗糙度、光泽等外观方面问题时，也需采用高模温。

5.注射压力与注射速度设置

LCP熔融粘度都很低，因此通常可在远低于普通热塑性树脂的压力下进行成型。LCP固化速度很快，因此快速注射可获得良好效果。低速注塑时有时会出现填充不足。螺杆转速通常为100rpm，不过也可使用高转速以加快循环和提高计量稳定性。为了防止流涎和纤维折损，建议将背压设为0～2MPa。

6.成型周期

成型周期取决于制品的大小、形状、厚薄、模具结构及成型条件。LCP流动性非常好，且具有剪切变稀的特性，成型时采用高速注塑，低速注塑反而不易充满，故充填时间很短，且固化速度也很快，所以LCP产品成型周期很短，大多在10~30s。

四、回料的使用

如果按所建议的成型条件进行成型，LCP将显示出良好的热稳定性。根据实验室研究结果，即使进行5次100％回收使用，大部分LCP料其静态强度和弹性模量也能保持初始值的75～90％。虽有上述实验事例，但回收材料还是以保持在总量的25％左右为宜。这是因为25％左右的掺入率会大大降低多次回料的比例，使新材料和1次回料的比例保持在93.8％。可防止上述色相变化。回料大小不一有时会导致计量不稳。为此，在使用回料时建议再造粒（re-pellet），如果使用粉碎材料则应去除超大号颗粒和粉末以使粉碎料颗粒大小均匀。

五、LCP注塑成型缺陷Moldflow解决方案

1.熔接痕开裂

可通过加排气和溢料井来解决熔接痕开裂问题。

2.连接件起泡分析

3.连接件翘曲变形分析

圈示区域增加一些凹槽，使壁厚更均匀，可降低翘曲变形。

六、总结

本文对LCP材料注塑成型及其Moldflow解决方案做了全面、深入的解析。LCP（液晶聚合物）是一种高性能特种工程塑料，其加工特性与常规塑料有显著区别，因此对注塑工艺和模具设计提出了更高要求。LCP材料的注塑成型是一个“失之毫厘，谬以千里”的过程。传统的“试错法”不仅成本高昂，且难以解决其固有的各向异性和熔合线问题。Moldflow提供了一个科学的、前瞻性的解决方案平台。通过精确的材料模型和强大的物理仿真能力，它使工程师能够：

- 量化各向异性的影响。

- 可视化分子取向和熔体流动。

- 预测并消除潜在的缺陷（熔合线、困气、翘曲变形等缺陷）。

- 优化模具设计和工艺参数，提高一次试模成功率。

对于任何使用LCP这类高性能材料的项目，引入Moldflow分析已不再是可选项，而是确保项目成功、降低成本和控制风险的必要环节。