液晶ポリマーの材料設計と応用事例

低融点 LCP の特長と応用展開
木原 正博

液晶ポリマー（LCP : Liquid Crystal Polymer）はスーパーエンジニアリングプラスチックに分類される熱可塑性プラスチックである。LCP の代表的なモノマー構成を
図 1 に示すが，その樹脂名は化学構造に基づいた名称
ではなく，溶融時に液晶相を形成するポリマー（主にポリエステル）の総称である。剛直なモノマーにより構成されているため，様々な特長を有している。

OCOk

図1OCOlO

Ar1 OmOC

Ar2 COn

液晶ポリマーのモノマー構成例

技術開発部

1000

PA6EVOH MXD6PAN

100

PET

HDPE

2

液晶ポリマー（LCP）について

LCP 事業部

水蒸気透過係数（g・25 μm/m ・24hr・atm）

1

上野製薬株式会社

101

PVDC

OPP

PCTFE

LCP

0.10.111031001000

2

酸素透過係数（cm ・25 μm/m ・24hr・atm）
図2

LCP の具体的な特長としては，射出成形時の流動性，各樹脂 のガスバリア性

高強度，高弾性率，耐熱性，難燃性，耐薬品性，低アウ
トガス性，寸法安定性，低誘電正接，ガスバリア性および振動減衰性などが挙げられる。例として，各樹脂のガ
1）ことの優位性を活かし，全芳香族でありながら低温加工

スバリア性比較を示す（図 2） 。LCP は酸素ガスバリが可能な低融点 LCP A-8100（融点 220℃）や，超低融ア性，水蒸気バリア性ともに優れており，熱可塑性プラ

点 LCP AL-7000（融点 180℃）をラインナップしている。

スチックではトップクラスの性能を有する。

これら低融点 LCP を他樹脂に添加することで，LCP のLCP の主な用途としては，表面実装（SMT）コネク
タが 62％を占め，電気・電子機器が 18％，自動車・車もつ耐熱性や強度，ガスバリア性，振動減衰性を付与することができる。

両が 9％と続く。最大用途の SMT コネクタでは，主に本著では，低融点 LCP の特長と，他樹脂と LCP の複リフローはんだ耐熱性や微細部品成形が可能な流動性が合材である「UENO TECROS 」の特長を中心に紹介する。

必要とされるが，LCP はこれらの特性に優れている。当社は，要求性能が高まる現行用途向け LCP グレードの開発を進めると同時に，LCP の特長を他の分野でも活かすべく，新規用途開発にも取り組んでいる。

582

低融点 LCP について一般的な LCP の融点は 280℃以上であるが，当社で当社は LCP の主原料である p −ヒドロキシ安息香酸とは，他樹脂との複合化を目的として低融点 LCP（UENO

6 −ヒドロキシ− 2 −ナフトエ酸の世界的メーカーであるLCP A-8100，融点 220℃）や，超低融点 LCP（UENOMATERIAL STAGE Vol.20, No.11 2021

液晶ポリマーの材料設計と応用事例

特全芳香族 LCP の融点140160180200220240

集

低融点 LCP
A-8100（融点 220℃）

超低融点 LCP
AL-7000（融点 180℃）

一般 LCP グレード
（融点 280℃以上）
260280300

3203403

融点（℃）
全芳香族構造のまま，低融点化を実現
図3

当社開発の低融点 LCP の融点

LCP AL-7000，融点 180℃）を開発，上市している（図 3）。

現在 TECROS は，ポリプロピレン（PP），ポリエチレ

他樹脂と LCP の複合化は以前から広く検討されていン（PE），ポリエチレンテレフタレート（PET）をベーるが，融点の高い材料と融点の低い材料を複合化するこスとし，LCP と複合化したグレードを上市している。まとは熱分解等の課題から難しく，限定的であった。しかた，2019 年 5 月開催の高機能プラスチック展にて，エし，LCP の低融点化により，これまで難しかった耐熱性

チレン−ビニルアルコール共重合体（EVOH），6 −ナイの低い汎用プラスチック等との複合化が容易となった。

ロン（PA6），ポリ乳酸（PLA）をベースとした開発品

また，A-8100 や AL-7000 は低融点ながら全て芳香も発表した。

族モノマーで構成されており，融点を除いた LCP の特

過去の本誌にて，上市している 3 グレードについ長をそのまま保持しているため，他樹脂に添加することて紹介をしたが ，今回は PP と LCP の複合材であるで，LCP の特長（強度，耐熱性，ガスバリア性，耐候強TECROS度保持性など）を付与することができる。

による特長と，LCP の分散状態，複合材の高性能化につ更 に， 当 社 で は 融 点 が 約 280 ℃ で あ る 高 強 度 LCP

2）

P シリーズに焦点を当て，LCP を加えることいて紹介する。

（UENO LCP A-5000）も保有している。これらの融点の違いを利用すると，他樹脂との組合せの際に，加工面で相性の良い LCP を選択することが可能となる。

3

低融点LCPと他樹脂との複合材について

4

PP/LCP 複合材
について

4.1

PP/LCP 複合材の特長

TECROSTECROS

P シリーズP シリーズは PP と UENO LCP の複合材で低融点 LCP の用途展開として，他樹脂と LCP を複あり，ホモ PP とブロック PP の 2 種類をベースとした合化した高機能ポリマーの開発検討を進め，2017 年材料を展開している。以下，LCP を加えることによる特10 月に「UENO TECROS 」として上市した（図 4）。

長を列挙する。
＜高弾性率，高耐熱＞
低融点化された LCP ではあるが，剛直構造ゆえに熱変形温度は意外と高く，また高弾性率であることから，
PP に LCP を添加することにより，弾性率や耐熱性が向上する（図 5, 6）。無機フィラーの使用ができない用途への展開が期待できる。

図4

UENO TECROS ロゴMATERIAL STAGE Vol.20, No.11 2021

59

DTUL (0.45MPa)

引張弾性率2007.78.0

DTUL（℃）

引張弾性率（GPa）

10.06.76.03.44.02.1

2.0 1.5
1.30.00

ホモ PP

3.1108100 9050203040150

123

ホモ PP

104

ブロックPP

5001020304050

LCP 比率（％）

LCP 比率（％）
図513181

ブロックPP

1.810151

150

PP/LCP 複合材の引張弾性率

図6＜耐候性（強度保持）＞

PP/LCP 複合材の荷重撓み温度（DTUL）＜ガスバリア性＞

LCP は耐候性試験（紫外線照射や降雨）における強度

LCP は酸素ガスバリア性，水蒸気バリア性共に優れる

保持性に優れるため，PP に LCP を添加することにより，ため，PP に LCP を添加することにより，ガスバリア性

耐候強度保持が可能となる（図 7）。LCP は紫外線照射が向上する（図 8, 9）。ガスバリア性向上効果は，特にに伴い黄変を生じるため，色調変化を嫌う用途では黒着射出成形で発揮されやすい。

色をするなどの工夫が必要ではあるが，製品寿命の向上

PP/LCP 複合材の用途としては，耐候強度保持性を活が期待できる。

かした土木製品や，ガスバリア性が必要な容器などを想定している。

4.04030 3542改善

20221004241240

4305001000

171500152000152500

試験時間（hr）
・試験条件

・試料

3.0 2.9
2.0

2.5

2.4

2.6

2.2

1.0
0.0

1.10500

1000

0.70.6

1500

2000

PP/LCP 複合材の耐候強度

PP/LCP
PP ＋ UV 吸収剤

改善

スーパーキセノンウェザーメーター（SX2D-75 スガ試験機（株）製）
2放射照度 180W/m ，ブラックパネル温度 63 ± 1℃
102 分照射，18 分照射＋降雨，最大 2500 時間① PP/LCP ＝ 90/10② PP ＋紫外線吸収剤 0.2％

MATERIAL STAGE Vol.20, No.11 2021

2.5試験時間（hr）

図760Izod 衝撃強度（kJ/m ）曲げ強度（MPa）

500.82500

液晶ポリマーの材料設計と応用事例

ブロック PP

4023230水蒸気透過度（g/m ・day）

ホモ PP

43243250

水蒸気透過度

2010161070010200.15

ホモ PP

0.130.100.00010

図 9 PP/LCP 複合材の水蒸気透過度（1.5mmt 射出成形片 モコン法 40℃ 90％ RH）

ることがわかる。その中で，P-220BS については推奨成PP/LCP 複合材における LCP の分散状態

形温度付近（220 〜 250℃）で物性が極大となっている。

P シリーズは強度や弾性率，熱変形温度の観点で性能を発揮するためには，射出成形等の加工温度

曲げ弾性率

は PP（融点 165℃）と LCP（融点 220℃）の両方が融推奨成形温度としている。
ブ ロ ッ ク PP に LCP を 20 ％ 添 加 し た 材 料（ 以 後P-220BS）と，ブ ロ ッ ク PP 単 独（ 以 後 PP）の ISO 試
験片による物性比較を示す（図 10 〜 12）。成形温度をP-220BS

4.0
曲げ弾性率（GPa）ける温度，すなわち 220 〜 250℃が好ましく，これをPP
3.0

2.4

2.0

1.8

1.0

1.22.5150度，曲げ弾性率，荷重撓み温度（DTUL）を比較すると，改善
1.1200

図 11250

DTUL (0.45MPa)
P-220BS60

P-220BS200

PP42

改善3330PPDTUL（℃）

454540300

PP/LCP 複合材の曲げ弾性率（成形温度依存性）

曲げ強度

381.0

成形温度（℃）

いずれの温度領域でも P-220BS の方が良好な物性であ502.10.0

180℃から 270℃まで変えて成形し，それぞれの曲げ強曲げ強度（MPa）

20

LCP 比率（％）

図 8 PP/LCP 複合材の酸素ガス透過度（1.5mmt 射出成形片 モコン法 20℃ 65％ RH）

TECROS

30.050.05

LCP 比率（％）

4.2

集酸素ガス透過度（cm /m ・24hr・atm）

特酸素ガス透過度

32150

13110920116

改善

10090

815032132820150

200

250300150

成形温度（℃）

図 10PP/LCP 複合材の曲げ強度（成形温度依存性）

200250300

成形温度（℃）

図 12PP/LCP 複合材の荷重撓み温度（DTUL）（成形温度依存性）

MATERIAL STAGE Vol.20, No.11 202161

流動方向180℃成形

ゲート

厚み方向220℃成形

成形片

成形片の中央部分を観察

250℃成形

270℃成形

倍率：× 1000 倍
図 13P-220BS（ブロック PP/LCP=80/20）の試験片スキン層部分の断面観察（SEM 画像）

P-220BS は PP（融点 165℃）と LCP（融点 220℃）の複合材であり，PP が海，LCP が島の海島構造を形成する。この分散状態を確認した試験片の断面観察結果を

4.3

PP/LCP 複合材の高性能化

これまで紹介した TECROSP シリーズのデータは添

図 13 に示す。粒状や繊維状に見えるのが LCP である。

加剤を使用せずに複合化した場合の物性であるが，現在物性値の高い 220℃成形や 250℃成形では LCP が島は添加剤による更なる高性能化検討を進めている。具体として長繊維状に分散している様子が確認できる。これ

的には LCP の高分散化で，これはフィルム等の薄肉成は，溶融した LCP が射出成形時のせん断によって引き形を行った際の外観改善などが目的である。

伸ばされ，その状態で固化，有機繊維で強化されたよう当社では開発途上ではあるが，添加剤を工夫するこなモルフォロジーを形成し，機械強度が高くなったと考とで，強度や弾性率はおおむね保持しながら，LCP のえられる。

島構造を微分散化させる技術を開発した。ブロック PP

一方 180℃成形では，LCP は熱によって柔らかくなに LCP を 20％添加した材料（P-220BS）と，これに添るものの溶融まではしないため，せん断による引き伸ば加剤を併用した材料（P-220BS ＋添加剤）の試験片断し効果が得られにくく，やや短めの繊維状分散となった面観察結果と，物性データを以下に示す（図 14 〜 16）。と思われる。また 270℃成形では，樹脂自体の粘度が今後も，さらなる添加剤の最適化を進める予定である。

低くなることからせん断力が弱くなったり，射出成形後固化するまでにやや時間がかかったりするため，結果として LCP がやや短めの繊維状分散となったことが考えられる。
機械強度向上のためには LCP が長繊維状に分散していることが好ましく，推奨成形温度ではこれを達成しやすいことがわかる。

6250 μm

MATERIAL STAGE Vol.20, No.11 2021

液晶ポリマーの材料設計と応用事例

特厚み方向
P-220BS

ゲート

集流動方向

成形片

成形片の中央部分を観察

3P-220BS ＋添加剤

倍率：× 1000 倍
図 1450 μm

添加剤の有無による LCP の分散状態（SEM 画像）

曲げ強度

5曲げ強度（MPa）

60
504045

本著では PP/LCP 複合材を中心に述べたが，他樹脂と LCP を複合化した高機能ポリマー「UENO TECROS 」

3330

は 2017 年の公開以来，開発品を含め現在合計で 6 種

20類のベース樹脂で開発や検討を進めている。全く性質の10異なるベース樹脂を検討することで，低融点 LCP との0ブロックPP

図 15P-220BS

P-220BS ＋添加剤

添加剤使用による曲げ強度の変化

2.4

当社は，他樹脂と LCP を複合化した材料の販売を進ている。本著内で述べた推奨成形温度など，LCP を添加剤として使用した場合の知見についても広く知っていた

2.0

だき，低融点 LCP や TECROS に興味を持っていただけ

1.2

れば幸いである。

1.00.0きている。

まり「LCP を添加剤として販売する」ことも同時に行っ

3.0
2.5

相性の違いや，添加剤の有効性に関する知見も深まってめると共に，LCP をお客様自身で複合化いただく，つ曲げ弾性率

曲げ弾性率（GPa）

おわりに

50

ブロックPP

図 16P-220BS

P-220BS ＋添加剤

添加剤使用による曲げ弾性率の変化

参考文献
1）井上俊英ほか，液晶便覧，丸善，P.524（2000）
2）木原正博，石津忍，MATERIAL STAGE，Vol.19，No.2，P.54 〜 60（2019）

MATERIAL STAGE Vol.20, No.11 2021

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