热致液晶高分子结构性能与应用剖析
热致液晶高分子结构性能与应用
热致液晶高分子结构性能与应用
摘要：热致液晶高分子(TCLP ) 是一类重要的特种工程塑料，在航空航天军事和电子电气等领域有着广泛的应用。本文简要对热致液晶高分子的性能、合成方法以及应用作了重点阐述，总结其缺点并对其发展提出展望。
关键词：热致性，液晶高分子，特种工程塑料，各向异性
1 引言
液晶是一些化合物所具有的介于固态晶体的三维有序和无规液态之间的一种中间相态，又称介晶相，是一种取向有序流体，既具有液体的易流动性，又有晶体的双折射等各向异性。
[1]液晶高分子(Liquid Crystal Polymer，LCP)是具有液晶性的高分子，它们一般是由小分子液晶基元键合而成的。根据液晶相的形成条件，可分为溶致液晶高分子(lyotropic LCP，LLCP )和热致液晶高分子(tropic LCP，TLCP)。
2 热致液晶高分子
20世纪70年代，DuPont 公司著名的纤维Kevlar的问世及其商品化，开创了LCP研究的新纪元。然而由于Kevlar 是在溶液中形成，需要特定的溶剂，并且在成形方面受到限制，人们便把注意力集中到那些不需要溶剂、在熔体状态下具有液晶性、可方便地注射成高强度工程结构型材及高技术制品的TLCP上。1975年Roviello 首次报道了他的研究成果。次年Jackson合成了第一个具有实用性的热致性芳香族共聚酯液晶[1]。
TCLP属于特种工程塑料，拥有优秀的力学性能，较低的熔体粘度热膨胀系数和成型收缩率，出色的耐溶剂性和较低的吸水率，优良的阻隔性能以及能在高温下长期使用等的优秀性能。由于在熔融加工过程中容易发生分子链取向而产生部分微纤结构，从而赋予材料以类似纤维增强复合材料的形态和性质，因此被称为自增强塑料(self-reinforcing plastics )[2]。适于制造精度铸件，广泛应用于电子工业等领域。
3热致液晶高分子的性能
TCLP的分子结构与传统无规线团或者交联网络结构不同，是由长刚棒状的分子链组成当其从液晶态冷却至固态时，分子链的高度取向排列会被保留了下来，形成特有的高度取向结构，并使性能具有各向异性[3]。
3.1力学性能
熔融加工时，长刚棒状的分子链在剪切力的作用下将沿流动方向取向而产生部分微纤结构，从而赋予材料以类似纤维增强复合材料的形态和性质由于长刚棒状分子的松弛时间较长。
这种高度取向的排列在冷却之后被保留了下来，TCLP也因此具有明显的自增强效应，表现出高强度高模量所以即使不添加增强材料，其强度和模量也能达到甚至超过某些玻纤增强材料的强度和模量。
3.2耐热性和阻燃性
TCLP的长刚棒状分子链由大量芳环构成，分子链高度取向且相互作用力大，运动变得困难，致使耐热性突出。
可以承受包括无铅焊接等的表面安装焊的高温，用于普通高分子不适用的高温环境中。。未填充的TLCP是V-O级(立即自动灭火)的阻燃剂，不需要添加其他会渗透出来的添加剂；燃烧时防出的烟和有毒气体非常的少[4]。
3.3成型加工性
TCLP的分子链高度取向排列，分子链间无缠绕。在熔融加工时，熔体粘度低流动性好，十分有利于成型加工。因此一般可用普通的塑料加工设备来挤出或注射成型，特别适合制造薄壁和精密制品。此外，由于液晶态和固态之间的比容变化很小，在其流动方向上的热膨胀系数和成型收缩率都比一般塑料要低。
1）突出的尺寸稳定性——TCLP有着与玻璃和金属相近的低模缩和低膨胀系数，可以精确的模制元件和制造TLCP与玻璃或金属的接触件。另外，低的吸湿性也不会在尺寸上产生明显的变化。，在加工成型过程中保证了制品尺寸的精确性和稳定性。
2)低熔融粘度——即使用于很薄的区域或结构复杂的元件，TLCP的加工性能也十分优良，并且可以用作普通热塑性高分子的加工助剂或填充量非常高原材料。
3）填充容隙——由于TLCP的低粘度，即使填料很多也可以保持宜加工性能，并且可以改善热性能和机械性能，改变各向异性，生产出一大批具有特殊用途、性能广泛的产品，开创了一个研究新领域。
3.4其他
TCLP具有良好的绝缘性和低介电常数，而且两者基本都不会随温度而变化此外的抗电弧性也较高的分子链高度取向且相互作用力大致使结构致密，化学药品和气体难以渗透，从而显示出良好的耐化学药品性和气密性。
1)抗化学药品性能——即使在高温下TLCP也不大受大多数溶剂、酸、碱的影响。即使经过30天的处理之后，其机械性能、质量和尺寸方面也没有明显的变化，水解稳定特别好，120℃下在水气中处理250小时性质也不会受到影响。
2）低渗透性——具有可以与其他任何可熔融加工的高分子阻隔材料相比拟的阻隔性能。
3）优良的电性能——TLCP的介电常数、介电强度、体电阻和电弧电阻在一个很宽的温度和频率范围内都可以与那些耐热性能好的聚合物相比甚至超过它们。
4 TLCP制品的结构与缺陷
在TLCP材料的成型加工中,流动诱导取向影响着制品内部的结构和制品的性能[5]。
4.11. 1微纤结构
大量理论研究指出,普通高分子材料的强度和模量远远低于高分子的理论强度和模量。与柔性链高分子比较,液晶高分子最主要的特点是在力场中容易发生分子链取向,使高分子链呈伸直的刚性链构象,并形成高度有序的微纤结构,且分子间存在较强的相互作用,从而赋予了液晶高分子材料很高的拉伸强度和模量。
4.2皮芯结构
TLCP制品有一个共同的特点就是流动取向造成制品的皮芯结构。
图1为一个已被普遍证实了的注塑片材多层皮芯结构模型示意图。尽管注射流道的入口为平面结构的线浇口，但片材内的组织结构仍然呈三维的不均匀分布.在三个坐标方向上，可以观察到三层或四层结构的明显区别，其表面为极薄的皮层，由高度取向的微纤组织构成,微纤的直径约为1μm；内部为芯层，其取向非常弱，甚至无取向，在皮层与芯层之间，根据制品厚度的不同，根据制品厚度的不同，既可以观察到仅仅单一结构的中间层的薄壁制品结构分布，也可以观察到两个甚至三个中间层的厚壁制品结构分布。
皮芯结构的最大缺点是各层之间脆弱的结合力,在大弯曲变形时,会导致片材迅速发生分
层破坏。
图1 TCLP注塑制品内的多层三维皮芯结构模型
4.3各向异性
由于TLCP具有分子链沿流动力场高度取向的特性，TLCP的成型制品的性能总是各向异性的，这是TLCP制品区别于大多数传统热塑性高聚物的一个非常显著的特征。
用牌号为KU9221的TLCP挤出片材进行动态粘弹谱研究，发现这种片材的复数贮能剪切模量于室温条件下在平行(∥)和垂直(⊥)于熔体流动方向上相差近三个数量级，其损耗因子tgδ相差近三倍。并从片材上的中心区( M)、边缘区( R)和垂直于挤出方向截取哑铃型拉伸样条，发现它们之间的拉伸应力—应变曲线相差很大，见图2。其中沿流动方向的片材边缘区的试样表现出最高的弹性模量、最大的拉伸强度和最小的拉伸断裂伸长率。
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图2 不同部位不同方向试样的拉伸应力-应变曲线
5 热致液晶高分子的合成
热致主链型LCP实际上都是通过缩聚反应制备的，主要采用熔融缩聚方法，有时
也采用溶液缩聚和界面缩聚。
热致主链型LCP种类很多，其中主要为芳香族聚酯及共聚酯，合成方法[6]有以下几种：
5.1高温下的熔融缩聚
熔融缩聚是将不同的单体按一定比例混合，在惰性气体的保护下升温，在熔融状态下进行缩聚，脱掉小分子水，得到聚芳酯液晶。为了避免高温时单体氧化，一般需要对单体的羟基或羧基进行保护，较常用的有乙酰基化法和直接酯交换法。
乙酰基化法是目前工业化生产中最常用的方法。先将二元酚乙酰基化，之后与二元羧酸在熔融态下加热至200℃~350℃，在氮气氛围下进行反应。反应后段是扩散控制过程，提高搅拌速率或减压均可提高分子量。
直接酯交换法也是利用乙酰基对单体上的羟基进行保护。但改变了先乙酰基化后熔融缩聚的两步合成方法，而是将几种单体和乙酸酐直接混合，先在一定温度下进行乙酰化反应，然后再继续升温进行熔融缩聚。直接酯交换法使反应操作简化，更适宜工业化生产。
例如Vectra的合成：
5.2溶液缩聚或界面缩聚
主要是利用芳香族二酰氯与二元酚或二元胺的Schotten-Baumann反应合成液晶共聚酯或聚酯-酰胺。
界面缩聚法是先将二元酚溶于强碱溶液中形成酚盐，在搅拌下加入互不相溶的芳香族二元酰氯溶液。反应物通过扩散在两液相的界面上进行动态聚合，是一种快速不可逆反应。由于芳香族二元酰氯的商品化产品较少，而且这类化合物的性质活泼，因此一般的工业化生产并不采用界面缩聚法。
溶液缩聚法包括低温溶液缩聚法和高温溶液缩聚法。低温溶液缩聚法是在对反应物均为惰性的溶剂中进行，体系中通常加入等量或过量的有机碱与释放出的氯化氢结合以获得高分子量的产物。反应的优点是可在低沸点溶剂和常压下进行；高温溶液缩聚法是在200℃以上的惰性高沸点溶剂中进行。反应中产生的氯化氢在回流状态下由惰性气体带出以获得高分子量的产物。
5.3固相缩聚法
由于熔融缩聚后期温度高、粘度大、产物容易降解变黄，而且产物含有大量刚性液晶基元、熔点高且溶解性极差，难于用单一方法获得高分子量的产物。因此，聚芳酯液晶的合成一般先通过熔融缩聚得到较低分子量的预聚物，然后再经固相缩聚得到较高分子量的产物。
固相缩聚的反应温度比熔融缩聚的低，解聚及副反应较少，在提高分子量的同时不会带来产物热稳定性的下降；又因为缩聚是在固态下进行，不必满足官能团等活性条件；而且反应过程中通过酯交换可使产物的分子量分布逐渐变窄，这些都将改善产物的力学性能。固相缩聚现已在聚酯的工业合成中得到广泛的应用。
6热致液晶高分子的应用
6.1特种工程塑料
在加工过程中，由于热致液晶高分子特殊的结构及其液晶性质，TCLP可自发地沿流动方向取向，在原位形成增强纤维，产生明显的剪切变稀行为和自增强效果，从而使复合材料的力学性能和加工性能同时得到改善。利用TCLP增强通用工程塑料的高强度、耐热、耐腐蚀及良好的加工性能，可应用于汽车工业、电子电气工业、机械工业、电动工具行业以及骨架材料和高强度元件等[7]。
6.2热致液晶纤维
1）作为增强纤维材料，在光缆特种电线中起支撑保护作用，可与橡胶复合制造耐高压软管传送带耐磨密封件及汽车用橡胶部件，可与树脂复合作为超薄型印刷电路的基板。
2）由芳香族聚酯纤维制成的织物耐切割性好，是防护服手套等安全用品的好材料，也是优秀的耐高温耐腐蚀工业用过滤布。
3）特别适合编织渔网养殖业围网船用绳索，具有强度大不怕潮湿使用寿命长轻量化特点。
4）在体育用品领域，芳香族聚酯纤维在网球板头盔雪橇等器材中起增强材料作用[8]。
7结语
TCLP由于其区别于其它高分子的长刚棒状的分子结构，使它拥有许多优异的性能，如优秀的力学性能突出的耐热性能和阻燃性能、优秀的加工成型性以及优异的介电性能等。但产品目前尚存在缺点有待于进一步的改进。
参考文献：
[1]柯锦玲. 液晶高分子及其应用[J]. 塑料,2004,03:86-89.
[2]周其凤,王新久. 液晶高分子[M]. 北京: 科学出版社,1994.
[3]陈骁,赵建青,袁彦超,刘述梅,曹明,阮文红,章明秋. 热致液晶高分子结构性能与应用[J]. 合成材料老化与应用,2013,06:37-43.
[4]蓝强. 热致液晶高分子的合成、性能与形态[D].复旦大学,2002
[5]周艳,解孝林,童身毅. 热致高分子材料新进展[J].武汉化工学院学报,1999
[6]夏英,葛雪明,侯传金,马文文,孙晓薇. 液晶高分子分子设计及合成方法的研究进展[J]. 塑料制造,2012,03:82-86.
[7]肖中鹏,麦堪成,曹民,姜苏俊,曾祥斌,蔡彤旻,许柏荣. 热致液晶聚合物的研究进展[J]. 广州化工,2013,03:9-12.
[8]王煦怡,覃俊,何勇. 液晶纤维[J]. 国际纺织导报,2010,10:8+10-12.
液晶高分子的性质及应用
液晶高分子的性质及应用 作者：翟洪岩、杨怀斌、岳敏、尹国强、张家乐、张维液晶高分子自上世纪70年代被开发出以来，经历了一系列的发展，现已成为普遍使用的一种高分子材料。人们已对液晶高分子的结构、性质、合成方法以及液晶高分子的应用都有了较为深刻的认识。这篇文章讨论的主要关于高分子液晶的性质（物理性质）及其应用。 一、高分子液晶的物理性质。 液晶高分子作为一种特殊的高分子材料，自然具有与一般高分子材料不同的性质。液晶具有液体的流动性和固体的有序性，对外界刺激如光、机械压力、温度、电磁场及化学环境的变化具有较高的灵敏性。高分子液晶制品具有高强度、高模量，尺寸稳定性、阻燃性、绝缘性好，耐高温、耐辐射、耐化学药品腐蚀、线膨胀率低，并有良好的加工流动性等优异性能。 1、高弹性。 液晶对外场作用较为敏感，即使不大的电磁力、切变力、表面吸附等都能使液晶产生较大形变。液晶可独立存在展曲、扭曲、弯曲三种弹性形变。 2、粘滞性与流变性。 液晶存在取向有序性，这将影响流体力学行为。而液晶高分子还具有的高分子的粘滞特性，这与分子长度密切相关。一般液晶高分子为多畴状态，畴的大小在几微米之内，故在宏观上液晶高分子是各向同性的，其许多物理性质如力学性能等，表观上也是多向同性的。溶致型液晶高分子溶液在各向同性相时，粘度随浓度增大而增大。进入液晶相后，粘滞系数突然降低。分子量越大，进入液晶相浓度也越低，最大粘滞系数升高。 体系进入液晶相后，指向矢受切变流的影响而沿它的流动方向取向，从而迅速降低了粘滞系数。当切变流动停止一段时间后，样品会逐渐弛豫回原来的多畴状态。如果在此之前就使液晶高分子降温或溶剂移走成为固态，仍可获得相当好的宏观取向，即各向异性固体。 3、其他性质。 胆甾相液晶具有螺旋结构。因此有特殊的光学性质，如选择反射、圆二色性、强烈的旋光性及其色散、电光和磁光效应等。
高分子液晶材料的应用及发展趋势讲解
# 16 #陶瓷2009. No. 3 高分子液晶材料的应用及发展趋势 王瑾菲蒲永平杨公安杨文虎 ( 陕西科技大学材料科学与工程学院西安710021) 摘要液晶相是不同于固相和液相的一种中介相态。系统地阐述了液晶的发现、形成机制以及分类,简单介绍了液晶高分子的结构特点,介绍了主链型和侧链型液晶高分子研究的新进展,并对液晶在各个领域的应用研究和潜在性能进展作了简要的阐述。 关键词液晶高分子液晶研究进展 Application and the Development of Liquid Crystal Polymer Materials Wang Jinfei, Pu Yongping, Yang Gongan, Yang Wenhu( School of Materials Science & Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi. an, 710021) Abstract: Liquid crystal phase is different from the solid phase and an intermediate liquid phase. This paper described the discovery of the LCD, and the mechanism for the formation and classification, briefly introducd the liquid crystalline polymer structural, researched new progress of the main- chain and side- chain type liquid crystal polymer and indicated the application progress and potential properties of LCD in all fields. Key words: Liquid crystalline polymer; Liquid crystal; Study progress 1 液晶的发现 液晶是某些物质在熔融态或在溶液状态下形成的有序流体的总称。液晶的发现可以追溯到1888年,奥 地利植物学家 F Reinitzer发现,把胆甾醇苯酸脂( Cho-l esteryl Benzoate, C6 H5 CO2 C27 H45 , 简称 CB) 晶体加热到145. 5 e 会熔融成为混浊的液体, 145. 5 e 就是该物质的熔点。继续加热到178. 5e,混浊的液体会突然变成清亮的液体,而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的。O Lehmann经过系统地研究指出,在一定的温度范围内,有些物质的机械性能与各向同性液体相似;但是它们的光学性质却和晶体相似,是各向异性的。因此,这些介于液体和晶体之间的相被称为液晶相[ 1]。 2 液晶高分子的分类 液晶是一类具有特殊性质的液体,既有液体的流动性又有晶体的各向异性特征。现在研究及应用的液晶主要为有机高分子材料。一般聚合物晶体中原子或
热致液晶高分子结构性能与应用剖析
热致液晶高分子结构性能与应用
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液晶高分子材料的类型
液晶高分子材料的类型，结构特点，主要应用领域及其发展 趋势 摘要：对液晶高分子材料的类型，结构特点进行重点介绍，并对其的应用领域与发展趋势进行介绍与展望。 关键词：液晶高分子材料，高分子材料，新型高分子液晶材料， 引言：液晶高分子材料是近十儿年迅速兴起的一类新型高分子材料，它具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学腐蚀性等一系列优异的综合性能，作为液晶白增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层，被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。正是由于其优异的性能和广阔的应用前景，使得液晶高分子材料成为当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域。 我国液晶高分子研究始于20世纪70年代初，1987年在上海召开的第一届全国高分子液晶学术会议标志着我国高分子液晶的研究上了一个新的台阶。此后，全国高分子液晶态学术会议每两年召开一次，共召开了8次。1994年在北京召开IUPAL国际液晶高分子会议，20世纪80年代周其凤等提出了新的甲壳型液晶高分子的概念并从化学合成和物理性质等角度给出了明确的结论，得到了国内学者的关注。而北京大学在该研究一直处于领先地位，已成功合成了上百个具有不同化学结构的甲壳型液晶高分子，并从不同的视角对其结构和性质开展了研究。 1.1液晶的发现 液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态，它既具有晶体的各相异性，又有液态的流动性，液晶高分子就是具有液晶性的高分子，大多数由小分子量基元键合而成，它是一种结晶态，既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性特征。液晶的发现可以追溯到1888年，奥地利植物学家F.Reinitzer发现，把胆甾醇苯酸脂(Ch01．esteryl Benzoate，简称CB)晶体加热到145．5℃会熔融成为混浊的液体，145．5℃就是该物质的熔点，继续加热到178．5 ℃，混浊的液体会突然变成清亮的液体，而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的。
高分子液晶的应用
高分子液晶的应用 一.液晶是什么 液晶就是液态和晶态之间的一种中间态,它既有液体的易流动特性,又具有晶体的某些特征。各向同性的液体是透明的,而液晶却往往是浑浊的,这也是液晶区别于各向同性的液体的一个主要特征。液晶之所以混浊是因为液晶分子取向的涨落而引起的光散射所致,液晶的光散射比各向同性液体要强达100万倍。高分子液晶是由较小相对分子质量液晶基元键合而成的,这些液晶基元可以是棒状的;也可以是盘状的;或者是更为复杂的二维乃至三维形状;甚至可以两者兼而有之;也可以是双亲分子。 二、液晶的发展历史 液晶现象首先由 F.Reiniter于1888年提出。O.Lehmann 亦观察到同样现象。G.Friedle确立了液晶的定义及分类,即液晶是集液体和晶体二重性质为一体的物质。O.Wiener等发展了液晶的折射理论。E.Bose提出了液晶的相态理论。V.Grandiean等研究了液晶分子取向机理及其结构。1956年,Flory将其著名的格子理论用来处理溶致型聚合物体系,推导出了刚性或半刚性聚合物溶液的液晶相出现的临界浓度;与此同时,Elliott和Ambrose合成的聚谷氨酸甲酯和聚谷氨酸苄酯经Robinson观察,发现在非质子溶剂
中,如二氧六环、二氯甲烷等具有溶致液晶的性质。M.Schadt 和M.Helfrich发现了液晶的扭曲电光效应与集成电路相匹配,使液晶的研究得到了极为广泛的应用,为当代新兴的液晶工业体系奠定了基础。 三、高分子液晶的应用 高分子液晶,特别是热致性主链液晶具有高模、高强等优异的机械性能,特别适合于作为高性能工程材料。高分子液晶作为优异的表面连接材料应用到将电子元器件直接固定到印刷线路板表面。大直径的高分子液晶棒还是替代建筑用钢筋的候选材料,与钢筋相比具有质量轻、柔韧性好、耐腐蚀的优点,更重要的是它的极低的膨胀率可以减小由温度变化产生的内应力。.高分子液晶的低粘度和高强度性质在作为涂料添加剂方面也得到应用。加入高分子液晶的涂料粘度下降，减少污染,降低成本，涂料成膜后的强度也有较大增加。 四、液晶高分子分离材料 有机硅聚合物以其良好的热稳定性和较宽的液态范围作为气液色谱的固定相应用已经有很长历史,如聚二甲基硅烷和聚甲基苯基硅烷分别为著名的SE 和OV系列固定相。当在上述固定相中加入液晶材料后,即成为分子有序排列的固定相。固定相中分子的有序排列对于分离沸点和极性相近,而结构不同的混
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液晶高分子材料的现状及发展前景 1937年Bawden和Pirie[1]在研究烟草花叶病病毒时，发现其悬浮液具有液晶的特性。这是人们第一次发现生物高分子的液晶特性，其后1950年，Elliott与Ambrose第一次合成了高分子液晶，溶致型液晶的研究工作至此展开。50年代到70年代，美国Duponnt公司投入大量人力才力进行高分子液晶发面的研究，取得了极大成就，1959年推出芳香酰胺液晶，但分子量较低，1963年，用低温溶液缩聚法合成全芳香聚酰胺，并制成阻燃纤维Nomex，1972年研制出强度优于玻璃纤维的超高强.高模量的Kevlar纤维，并付注实用，以后，高分子液晶的研究则从溶致型转向为热致型。 一、液晶主要分类： 1、主链型液晶高分子，主要包括 （1）溶液型主链高分子液晶 （2）热熔型主链高分子液晶 2、侧链型高分子液晶，主要包括 （1）溶液型侧链高分子液晶 （2）热熔型侧链高分子液晶 二、液晶高分子的研究进展 关于液晶高分子几年来的主要进展可概括为以下几个方面： （1）合成出一系列含有各种新型介晶基元的液晶高分子，如柱状(或碟状)液晶分子、复合型液晶高分子以及刚性链侧链型液晶高分子. (2)部分液晶高分子品种已实现了工业化生产.基础研究和应用基础研究取得了显著进展，如液晶高分子结构与性能关系；液晶高分子相变动力学和热力学；液晶高分子的固态结构和结晶行为；溶致液晶高分子相图；热致液晶高分子加工流变学及其共混改性理论等，都取得了显著进展.在此基础上开发了复合材料和原位复合材料. (3)新型功能液晶高分子的合成以及液晶高分子在外场作用下的液晶行为研究也取得发显著进展. 三、液晶高分子研究趋势 液晶高分子虽然近年来有了迅速的发展，但总体上还只是处于发展的初期.预计今后将会更蓬勃的发展.其发展趋势主要有以下几方面： (1)努力降低液晶高分子产品成本.主要途径是扩大生产规模、寻找和选用更廉价的单体、改进合成工艺和采用共混方法等. (2)研究解决制品的各向异性如“焊缝”等问题.主要途径有:改进模具设计和成型条件、玻纤增强和填料填充以及共混技术. (3)大力发展分子复合材料和原位复合材料. (4)发展功能液晶高分子，这主要是侧链型液晶高分子，主要集中于聚硅氧烷类、聚丙烯酸
液晶高分子(LCP)及其应用
液晶高分子（LCP）及其应用 摘要:液晶高分子是近几十年来迅速兴起的一类高分子材料,由于其本身具有高一系列优异的综合性能以及与信息技术、新材料和生命科学相互促进作用,已成为材料研究的热点之一。本文简要介绍了液晶高分子的类型、特性、主要应用以及液晶高分子发展趋势与展望。 关键词:液晶高分子；分类；特性；应用；发展趋势与展望 1 引言 物质在晶态和液态之间还可能存在某种中间状态，此中间状态称为介晶态，液晶是一种主要的介晶态。液晶即液态晶体，既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性［1］（如介电常数各向异性，折射率各向异性等）。自从1888年奥地利植物学家F.Reinitzer在合成苯甲酸胆甾醇时发现了液晶后,人们一直从事低分子液晶的研究,直至1941年提出液晶态存在于聚合物体系中,人们才开始进入了对高分子液晶的研究［2］。然而其真正作为高强度、高模量的新型材料,是在低分子中引入高聚物,合成出液晶高分子后才成为可能的。20世纪70 年代DuPont 公司首次使用各向异性的向列态聚合物溶液制出商品纤维——Fiber，紧接着纤维Kevlar 的问世及其商品化,开创了液晶高分子(以下简称LCP) 研究的新纪元。然而由于Kevlar 是在溶液中形成需要特定的溶剂,并且在成形方面受到限制,人们便把注意力集中到那些不需要溶剂,在熔体状态下具有液晶性,可方便地注射成高强度工程结构型材及 高技术制品的热致性液晶高分子上。1975 年Roviello阿首次报道了他的研究成果。次年Jackson 以聚酯为主要原料合成了第一个具有实用性的热致性芳香族共聚酯液晶,并取得了专利［3］。而今,LCP 已成为高分子学科发展的重要分支学科,由于其本身具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、良好的介电性、阻燃性等一系列优异的综合性能［4］及与信息技术、新材料和生命科学相互促进作用,已成为材料研究的热点之一。 2 液晶高分子的分类［5，6］ 2.1 第一种分类法——热致型和熔致型 按液晶形成的条件，可将高分子液晶分为热致型液晶和熔致型液晶 （1）热致型液晶通过加热而呈现液晶态的物质称为热致型液晶。多数液晶是热致型液晶。 （2）熔致型液晶因加入溶剂（在一定温度范围内）而呈现液晶态的物质其称为熔
液晶高分子的结构特性及应用
液晶高分子的结构特性及应用 姓名：白志文班级：材料101 学号：051002101 摘要：液晶高分子是一类较新的高分子材料, 具有许多独特的优良性能。液晶高分子在结构材料和功能材料方面被称为一类全新的高性能材料本文介绍了液晶高分子的研究及发展状况, 以及液晶高分子在众多领域的广泛应用的前景。对液晶高分子的性能、进展及各方面的应用作了综述报道。1 。 关键词：液晶高分子；表征性能；结构；应用 1 绪论 液晶高分子作为结构材料已用作制备高强度、高模量的纤维材料, 高分子复 合材料, 液晶高分子用于制作各种功能材料特别是信息功能材料有显著的优势 越性, 有广泛的应用前景。液晶高分子的研究至今不过40 年, 但其成就早已使 世人瞩目, 其发展速度是许多重要科学的科技领域都不能比拟的,其影响力目前 已远远超出高分子科学或化学材料范畴, 而正向生命科学、信息科学环境科学蔓 延渗透, 并将波及其它科技领域。2 2 液晶的分子结构与特性 液晶相是一种有序结构, 所以凡可用于有序结构分析的方法都可用来表征 液晶的结构和性质, 如偏光显微镜、差热分析、X 一射线衍射等。 2.1 液晶高分子的结构 任何一种液晶, 不管其性能如何优越, 都不可能满足显示的要求, 因而实 际使用的都是由多种液晶单体按一定比例调制成的混合液晶。这些混合液晶的物 理、化学特性(如熔点(M P)、清亮点(C P ) 、△n , △。, Vt 、以及k 3 3 /k 1 1 等)都是混合液晶体系中所有组分物理、化学特性的综合体现。液晶的性质 是由液晶分子的化学结构决定的。液晶分子的结构可以简单地表示为：
其中: XY 称为末端基团, 常见的末端基团有R 一(烷基) ,R O 一(烷氧基) , 一C N (氰基) ,一F, 一C F : 等。 B , B ‘称为环体系, 显示用液晶材料的环体系大多为六元环。 A 称为连接基团。 Z,Z , 称为侧向基团, 常见的有一F, 一C N, 一C H 3 等, 显示用液晶材料中一般很少含有侧向基团。 液晶分子的各种物理、化学性质完全是由这些基团以及这些基团之间的相互作用决定的, 因而改善液晶分子的性能, 实际上就是改变液晶分子结构中某个基团的属性。3 2.2 液晶高分子的特性 液晶高分子的迅速发展与其一系列优异性能密切相关。其特性如下: 2.2.1 取向方向的高拉伸强度和高模量 绝大多数商业化液晶高分子产品都具有这一特性。与柔性链高分子比较, 分子主链或侧链带有介晶基元的液晶高分子, 最突出的特点是在外力场中容易发生分子链取向。实验研究表明, 液晶高分子处于液晶态时, 无论是熔体还是溶液, 都具有一定的取向序。当液晶高分子液体流经喷丝孔, 模口或流道, 即使在很低剪切速率下获得的取向,在大多数情况下, 不再进行后拉伸就能达到一般柔性链高分子经过后拉伸的分子取向序。因而即使不添加增强材料, 也能达到甚至超过普通工程材料用百分之十几玻纤增强后的机械强度, 表现出高强度高模量的特性。 2.2.2 突出的耐热性 由于液晶高分子的介晶基元大多由芳环构成, 其耐热性相对比较突出。如Xy dar 的熔点为421℃, 空气中的分解温度达到560℃, 其热变形温度也可达350℃, 明显高于绝大多数塑料。此外液晶高分子还有很高的锡焊耐热性, 如Ekono l 的锡焊耐热性为300～ 340℃/ 60s。 2.2.3 很低的热膨胀系数 由于具有高的取向序, 液晶高分子在其流动方向的膨胀系数要比普通工程塑料低一个数量级, 达到一般金属的水平, 甚至出现负值, 如Kev lar 的热膨胀系数为- 2×10- 9K- 1。这样液晶高分子在加工成型过程中不收缩或收缩很低, 保证了制品尺寸的精确和稳定。 2.1.4 优异的阻燃性 液晶高分子分子链由大量芳环构成, 除了含有酰肼键的纤维而外, 都特别难以燃烧, 燃烧后产生炭化, 表示聚合物耐燃烧性指标——极限氧指数( LOI ) 相当高, 如Kevlar 在火焰中有很好的尺寸稳定性, 若在其中添加少量磷等, 液晶高分子的LOI 值可达40 以上。
液晶高分子材料现状研究进展
液晶高分子材料的现状及研究进展 摘要：本文综述了液晶高分子材料的研究现状，包括简单介绍了液晶高分子的发展历史，结构及性能，介绍了液晶高分子研究的新进展，对液晶高分子早各个领域的应用和潜在的性能进展做了简要的阐述，并针对液晶高分子存在的问题提出了相应的建议。 关键词：液晶高分子研究应用 前言 高分子科学，以30年代H.staidinger建立高分子学说为开展.此后高分子化学有了飞跃的发展.与此同时，高分子物理化学也有相应的发展。高分子化学注重对高聚物合成以及性质的研究，而高分子物理则重点研究高聚物的结构与性能，二者相辅相成，近年来研究较多的高分子液晶材料就是两者结合的典范。 液晶现象是1888年奥地利植物学家F.Reintizer[1]在研究胆甾醇苯甲酯时首先发现的。研究表明，液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态，它既具有晶体的各相异性，又有液态的流动性，液晶高分子就是具有液晶性的高分子，大多数由小分子量基元键合而成，它是一种结晶态，既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性特征。 这样人们自然会联想到具有这种结构的高分子材料。1937年Bawden和Pirie[1]在研究烟草花叶病病毒时，发现其悬浮液具有液晶的特性。这是人们第一次发现生物高分子的液晶特性，其后1950年，Elliott与Ambrose第一次合成了高分子液晶，溶致型液晶的研究工作至此展开。50年代到70年代，美国Duponnt公司投入大量人力才力进行高分子液晶发面的研究，取得了极大成就，1959年推出芳香酰胺液晶，但分子量较低，1963年，用低温溶液缩聚法合成全芳香聚酰胺，并制成阻燃纤维Nomex，1972年研制出强度优于玻璃纤维的超高强.高模量的Kevlar纤维，并付注实用，以后，高分子液晶的研究则从溶致型转向为热致型。在这一方面Jackson等作出了较大贡献，他们合成了对苯二甲酸已二醇酯与对羟基苯甲酸的共聚物，可注塑成型，这是一种模量极高的自增强液晶材料。 从应用领域分析，液晶高分子材料在电子电气行业中需求量最大且发展迅速，1998年可达3600 吨，平均年增长23.1 %；其次是通讯业，需求量约1540 吨，增长21.1%；工业界及运输业总需求量不到1700 吨，平均年增长率约为I1%。主要用于接插件、开关、继电器、模塑印刷电路板、光缆结构件、复合材料、机械手、泵/阀门组件、功能件等，极大地推动了液晶高分子技术及其它高新技术的发展。 从高分子液晶诞生到现在只有50多年的历史，是一门很年轻的学科。虽然高分子液晶[2]是具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学腐蚀性等一系列优异的综合性能，作为液晶自增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层，被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。但目前对它的研究仍处于较低的水平，理论研究较狭隘，液晶高分子尚存在制品的机械性能各向异性、接缝强度低、价格相对较高等缺点，这些都有待于进一步的改进，所以高分子液晶仍是高分子科学研究的一个热点。 1液晶高分子材料的特性[3]
简述高分子液晶材料的结构特点
简述高分子液晶材料的结构特点 0808010229 金俊 摘要：液晶相是不同于固相和液相的一种中介相态。本文系统地阐述了液晶高分子的分类及其结构特点，并用具体例子或者相应结构示意图形象说明。 关键词：液晶高分子、分类、结构 引言： 液晶高分子（简称LCP）是近几十年年迅速发展起来的新型高性能高分子材料，因具有独特的结构和优异的性能而引起世界各国的高度重视【1】。与普通高分子材料不同，其最大特点是在一定条件下能形成液晶态，此时分子排列存在位置上的无序性，但在取向上仍有某种程度的长程有序性。高分子液晶的研究已成为高分子学科发展的一个重要方向。随着高分子液晶材料合成研究的迅速发展,人们对高分子液晶的结构和性能研究产生了极大兴趣,并取得了很大的成就。 1 液晶高分子的分类 液晶是一类具有特殊性质的液体，既有液体的流动性又有晶体的各向异性特征。现在研究及应用的液晶主要为有机高分子材料。一般聚合物晶体中原子或分子的取向和平移都有序，将晶体加热，它可沿着2 个途径转变为各向异性液体。一是先失去取向有序而成为塑晶, 只有球状分子才可能有此表现, 另一途径是先失去平移有序而保留取向有序，成为液晶。研究表明, 形成液晶的物质通常具有刚性的分子结构，同时还具有在液态下维持分子的某种有序排列所必需的结构因素，这种结构特征常常与分子中含有对位次苯基、强极性基团和高度可极化基团或氢键相联系【2】。 1.1 根据液晶分子结构特征 根据刚性部分在分子中的相对位置和连接次序，可将其分成主链型高分子液晶和侧链型高分子液晶。在高分子液晶中，刚性部分如果处于聚合物主链上，即为主链型液晶；刚性部分如果是由一段柔性链与聚合物主链相连．成梳状，即为侧链型液晶。在物理化学性质上方面，主链型液晶与侧链型液晶表现出相当大的差异。 1.2 根据液晶形态【3】 根据刚性分子链堆砌所形成的物理结构，可分为三种织态结构：即向列型液晶、近晶型液晶和胆甾型液晶(图1)。 在近晶型液晶中，棒状分子形成层状结构，每个分子都垂直于层面或与层面成一定角度排列。无论取何种排列状态，分子之间都是互相平行排列的。这种排列的分子层之间的作用力比较弱，相互之间易于滑动，因而近晶型液晶呈现二维
高分子液晶的物理性质及其应用-高分子物理化学(高聚物结构和性能)论文
高分子液晶的物理性质及其应用 PB02206287 丁蕾禹川 物质的液晶态 物质通常分为气态、液态和固态三态。它们在一定条件下可以相互转化。自然界的固体多为晶态。在晶态下，原子或分子紧密排列成晶格，其物理性质多为各向异性，有固定熔点，晶面间夹角相等。晶体熔化时由于晶格解体，出现流动性，此时的液体不再具有规则外形和各向异性特征。 一些物质的结晶结构熔融或溶解之后虽然变为了具有流动性的液态物质，但结构上仍保存一维或二维有序排列，在物理性质上呈现各向异性，形成兼有部分晶体和液体性质的过渡状态，称为液晶态，而这种状态下的物质称为液晶。 形成液晶的物质通常具有刚性分子结构，分子呈棒状，同时还具有在液态下维持分子的某种有序排列所必须的结构因素。这种结构特征常与分子中含对位苯撑、强极性基团和高度可极化基团或氢键相联系。如4,4’-二甲氧基氧化偶氮苯： 分子上两极性基团间相互作用有利于形成线性结构，从而有利于液晶有序态结构的稳定。由固态到液晶态和液晶态到液态的过程都是热力学一级转变过程。 液晶分近晶型、向列型、胆甾型三种结构类型。 近晶型：棒状分子互相平行排列为层状结构，长轴垂直于层平面。层间可相对滑动，而垂直层面方向的流动困难。这是最接近结晶结构的一类液晶。其粘性较大。 向列型：棒状分子互相平行排列，但其重心排列是无序的，只保存一维有序性。分子易沿流动方向取向和互相穿越。故向列型液晶流动性较大。 胆甾型：扁平的长形分子靠端基相互作用彼此平行排列为层状结构，长轴在平面内。相邻层间分子长轴取向由于伸出面外的光学活性基团相互作用，依次规则扭转一定角度，而成螺旋面结构。两取向相同的分子层之间的距离称胆甾液晶的螺距。这类液晶有极高的旋光特性。 液晶高分子 高分子液晶按其液晶原所处位置不同而分为主链型和侧链型液晶。主链液晶的主链即由液晶原和柔性链节相间组成。侧链液晶的主链为柔性，刚性的液晶原接在侧链上。 主链类溶致型高分子液晶中，刚性基团为一些环状单元，其分解温度往往低于其熔点，故不能成为热致型液晶。主链类热致型液晶所含刚性基团为链状与环状结构相间的单元，称作介晶基团。降低热致型液晶熔点的方法有：将带有介晶基团的单体与其它单体共聚；在刚性基团上加不对称取代基使结构有序度降低；将带有上述刚性基团基团的链段与适当长度的柔性链段共聚。 含介晶基团的单体也可作为侧链接到主链上，形成侧链液晶。若介晶基团通过某种柔性链衔接到主链，更有利于中介相的形成。侧链高分子液晶的介晶基团行为与单体介晶基团
5 液晶高分子
5 液晶高分子
Liquid Crystal Polymers (LCP)
晶态、液态、气态 物 质 的 存 在 形 式 等离子态 非晶固态 超导态 中子态 液晶态
高分子液晶材料的应用： （1）高强度高模量材料； Kevlar纤维 （2）分子增强复合材料；碳纤维复合材料 （3）光学记录、贮存和显示材料； 侧链近晶型液晶高分子，如含偶氮、 蒽醌染料单元的侧链高分子；侧链聚 硅氧烷等 向列型、胆甾型低分子液晶 （4）光导材料 石英玻璃纤维的被覆材料 （主链型液晶高分子）； 高分子液晶本身具有光导性。 例如： 聚乙烯咔唑； 3,6-二溴代聚乙烯咔唑； 聚2-乙烯-N-乙基咔唑等。
5.1简介 历史发展：先是小分子的液晶（胆甾醇苯甲酸酯），后来是大 分子的液晶。 145.5℃ 178.5℃ 胆甾醇苯甲酸酯 乳白色液体 透明的液体（1888年） 在70年代以美国杜邦公司的高强度高模量芳香族纤维商品化后, 液晶高分子引起了人们广泛的重视.（聚对苯二甲酰对苯二胺） 刚性链芳香族 聚酰胺为代表 的溶致性液晶 高分子
热致性液晶
目前已经开发出新型的高强高模有机纤维和增强塑料。
液晶的基本概念： 主要特征是其聚集状态在一定程度上既类似于晶体， 分子呈有序排列；又类似于液体，有一定的流动性。 液晶态是物质在晶态和液态之间存在一种主要的介晶 态。液晶即液态晶体，既具有液体的流动性又具有 晶体的各向异性特征。
?形成液晶物质的条件:（并非所有物质都存在液晶态） 1.具有刚性的分子结构。其中导致液晶形成的刚性 结构部分称为致晶单元。 2.还须具有在液态下维持分子的某种有序排列所必 需的凝聚力。
高聚物的液晶态结构
高聚物的液晶态结构 发现历史 1950年A.埃利奥特和E.J.安布罗斯发现了聚L-谷氨酸γ苄酯的氯仿溶液的双折射现象，从而开创了高聚物液晶领域的科学研究。高聚物形成液晶态的重要条件是高分子链的刚性。在能够形成液晶的刚性或半刚性链高聚物中，有的是溶于溶剂中在其浓度达到某一临界值时才呈现出液晶行为者,称溶致性液晶,这类高聚物有聚肽和芳香族聚酰胺等；有的是加热熔化后形成液晶的，称热致性液晶，这类高聚物有芳香族聚酯等。根据有序微区中分子链排列的不同，高聚物液晶又有三种可能的中介相：①向列相，刚性分子链之间的取向排列倾向平行于一个共同的纤维轴,而分子链的质量中心是无序的,在正交偏振片下呈现出线状的图形。芳香族聚酰胺是溶致性向列相液晶。而芳香族聚酯为热致性向列相液晶。②胆甾相，刚性分子链分层排列，在每层中分子链互相平行排列成向列相，而相邻的层中分子链的取向方向依次扭转了一定角度而形成了螺旋形结构，并具有一定的螺距，在正交偏振片下呈现出指纹状的图形。聚肽类高聚物和脱氧核糖核酸等生物高分子为溶致性胆甾相液晶。③近晶相，刚性分子链整齐地排列成分层叠合的层状结构，形成近似于晶体的有序结构。许多具有能形成液晶的侧链聚丙烯酸酯和聚硅氧烷类的高聚物为热致性 近晶相液晶。
这些不同的中介相结构在外界条件（温度、电场、磁场等）的影响下可以发生转变。如在电场和磁场作用下，胆甾相液晶可以转变为向列相，而在向列相液晶中加入旋光性物质时则可呈现出胆甾相特性。 60年代末，人们利用向列相高聚物液晶态的结构特性进行纺丝，制取了超高模量、高强度的高聚物纤维。 一、高分子液晶的分子结构 （1）、分子链必须是相当刚性或者是半刚性的，在溶液中分子链近乎呈棒状； （2）、分子链大多有苯环，而且要是对位相连，同时分子中要含有极性基团具有可极化性，以形成永久偶极； （3）、对于形成胆甾型的液晶，除了上述两点外，还必须具有光学活性因素。 二、高分子液晶的结构类型 高分子液晶态按其液晶原所处的位置不同，可以分为两大类：一类是主链由液晶原和柔性的链节相间组成，称为主链液晶；另一类分子主链是柔性的，刚性的液晶原连接在侧链上，称为侧链液晶。 根据分子排列的形式和有序性的不同，液晶有三种不同的结构类型： 1、近晶型(Semectic)
液晶高分子综述
课程论文 论文题目: 液晶高分子合成设计综述 学院 : 理工学院 专业 : 材料科学与工程专业 指导老师 : 姓名： 学号 : 2012年1月2日
液晶高分子材料合成设计综述 题目：液晶高分子合成设计综述 单位：理工学院材料系 作者; 摘要简单介绍了高分子液晶材料的发展历史，性能及应用，对其制备方法及分子设计进行了叙述。 Abstract We briefly introduces the history of the development of liquid crystal polymer materials, performance and application. Its preparation method and molecular design are described in detail. 关键词液晶高分子合成分子设计研究进展综述 １引言 液晶高分子是近十几年迅速兴起的一类新型高分子材料]1[。它具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、电致变色性、阻燃性和耐化学腐蚀性等一系列优异的综合性能,作为液晶自增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层,LED显示材料，被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。正是由于其优异的性能和广阔的应用前景,使得高分子液晶成为当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域。本文将对其制备合成方法的研究现状做出叙述和评价。
2 液晶高分子材料 从高分子科学本身来讲,其历史短于液晶研究的历史,早在1888年奥地利植物学家F.Reinitzer就发现了液晶,但直到1941年Kargin提出液晶态是聚合物体系的一种普遍存在状态,人们才开始了对高分子液晶的研究。1966年,杜邦公司首次使用各向异性的向列态聚合物溶液制备出了高强度、高模量的商品纤维——Fibre B,使高分子液晶研究走出了实验室。20世纪70年代,杜邦公司的Kevlar 纤维的问世和商品化开创了高分子液晶的新纪元。接着,美国人Economy和前苏联的Plate和Shibaev分别合成了热熔型主链聚酯液晶和侧链型液晶聚合物。20世纪80年代后期,德国的Rings-dorf合成了盘状主侧链型液晶聚合物。到目前为止,高分子液晶的研究已成为高分子学科发展的一个重要方向。目前,高分子液晶的分类方法主要有两种。一种从液晶的形成过程考虑,将其分为热熔型和溶液型两类;另一种是从高分子的分子结构入手,将其分为主链型和侧链型两类]2[。 图1 液晶高分子的分类示意图 3 液晶高分子材料合成设计方法
简述液晶高分子材料的结构特点
简述液晶高分子材料的结构特点 分子液晶的行为进行了探讨。但由于其门类纵多，欲找出一包罗万象，能解释一切液晶特性的理论模型的愿望，至今仍未实现，高分子液晶仍是功能高分子材料研究的一个热点。高分子液晶是介于液体和晶体之间的一种中介态，具有独特的性能。高分子液晶一般都具有高模量高强度，并且在其相区间温度时的粘度较低，且高度取向，利用这一特性进行纺丝，不仅可以节省能耗而且可以获得高模量高强度的纤维，用于做消防用的耐火防护服或各种规格的高强缆绳；另外，经过改性后的高分子液晶还可用于显示材料或信息记录材料；小分子胆甾型液晶已成功用于测定精密温度和痕量药品的检测，高分子胆甾型液晶材料在这方面的应用也正在开发之中。从高分子液晶诞生到现在只有不到60年的历史，是一门很年轻的学科。它的应用仍处于不停的开发之中。虽然高分子液晶已取巨大成就，但目前对它的研究仍处于较低的水平。Flory等用格子模型理论，Bosch等用分子理论方法高。 高分子液晶是近十几年迅速兴起的一类新型高分子材料,它具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学腐蚀性等一系列优异的综合性能,作为液晶自增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层,被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。正是由于其优异的性能和广阔的应用前景,使得高分子液晶成为当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域。 液晶是一类具有特殊性质的液体,既有液体的流动性又有晶体的各向异性特征。现在研究及应用的液晶主要为有机高分子材料。一般聚合物晶体中原子或分子的取向和平移都有序,将晶体加热,它可沿着2个途径转变为各向异性液体。一是先失去取向有序而成为塑晶,只有球状分子才可能有此表现,另一途径是先失去平移有序而保留取向有序,成为液晶[2]。近年来,高分子液晶的开发已成为当今高分子科学中的一个热门课题。研究表明,形成液晶的物质通常具有刚性的分子结构,同时还具有在液态下维持分子的某种有序排列所必需的结构因素,这种结构特征常常与分子中含有对位次苯基、强极性基团和高度可极化基团或氢键相联系。液晶高分子分类方法有3种。从液晶基元在分子中所处的位置可分为主链型和侧链型2类。从应用的角度可分为热致型和溶致型2类,这2种分类方法是相互交叉的,即主链型液晶高分子同样具有热致型和溶致型,而热致型液晶高分子又同样存在主链型和侧链型。从液晶高分子在空间排列的有序性不同,液晶高分子又有近晶型、向列型、胆甾型和碟型4种不同的结构类型。 与普通物质三态不同，并非所有的物质都可以形成液晶态。通常只有那些分子形状是长形的，长径比（L／D）为（4～８）：1，分子量在200--500，道尔顿或者更高（如高分子）的材料才容易形成液晶。按照液晶物质的分子量大小不同，可分为低分子液晶和高分子液晶两大类；按照液晶态形成的条件不同，又可分为即热致液晶和溶致液晶。热致液晶呈现液晶相是由温度引起的，并且只能在一定温度范围内存在，一般是单一组分；而溶致液晶是由符合一定结构要求的化合物与溶剂组成的液晶体系，由两种或两种以上的化合物组成。最常见的溶致液晶是由水双亲性分子（分子结构中既含有亲水的极性基团，也含有不溶于水的非极性基团即疏水基团）所组成。 能在溶液或熔体中显示液晶性的聚合物，是由称之为“液晶基元”的具有一
液晶高分子及其高分子塑料的应用研究
液晶高分子及其高分子塑料的应用研究 发表时间：2019-08-05T16:14:29.093Z 来源：《基层建设》2019年第15期作者：陈正宇[导读] 摘要：液晶高分子主要是因为自身有着一系列的优异性能，并且与信息技术、新材料、生命科学相互促进作用，是当前高分子材料研究的热点之一。 扬州市祥华新材料科技有限公司江苏扬州 225600摘要：液晶高分子主要是因为自身有着一系列的优异性能，并且与信息技术、新材料、生命科学相互促进作用，是当前高分子材料研究的热点之一。本文主要对液晶高分子及其应用进行分析，探讨高分子塑料，以供借鉴。 关键词：液晶高分子；高分子塑料；应用前言 物质在晶态和液态之间还可能存在某种中间状态，此中间状态称为介晶态，液晶是一种主要的介晶态。液晶即液态晶体，既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性。1975年Roviello首次报道了他的液晶高分子（以下简称LCP）研究成果。次年Jackson以聚酯为主要原料合成了第一个具有实用性的热致性芳香族共聚酯液晶，并取得了专利。而今由于LCP本身具有高强度、高模量、耐高温等一系列优异的综合性能及与信息技术、新材料和生命科学相互促进作用，已成为材料研究的热点之一。 1 液晶高分子的分类 1.1 第一种分类法主要是按照液晶形成的条件，分为热致型液晶和熔致型液晶。 第一，热致型液晶：通过加热而呈现液晶态的物质称为热致型液晶。 第二，熔致型液晶：因加入溶剂（在一定温度范围内）而呈现液晶态的物质其称为熔致型液晶。 1.2第二种分类法则是根据液晶基元在高分子键中键合的方式不同，分为主链型、侧链型和复合性液晶高第一，主链型液晶高分子：液晶基元位于高分子主链之内。 第二，侧链型液晶高分子：液晶基元作为支链悬于主链上。 第三，复合性（组合性）液晶高分子：主链和支链上均含有液晶基元。 1.3 第三种分类法是向列相、近晶相、胆甾型相和碟状液晶相 第一，向列相：此种液晶高分子排列只有取向有序无平移有序，无分子质心的远程有序，分子排列是一维有序的，其有序度最低，黏度最小。 第二，近晶相：近晶相除了取向有序外还有分子质心组成的层状结构，分子呈二维有序排列。在各种液晶相中，近晶相结构最接近晶体结构，故称为“近晶相”。 第三，胆甾相：胆甾相液晶具有扭转的分子层结构，在每一层分子平面上分子以向列型方式排列，而各层分子又按周期扭转或螺旋的方式上下排列在一起，使相邻各层分子取向之间形成一定的夹角。 第四，碟状（柱状）相：组成这类液晶相的分子通常具有碟子或盘子般的形状，这些“碟子”可一个一个地重叠起来形成“圆柱状”的分子聚集体，组成一类新的液晶相称为柱状相。 2 液晶高分子的特性 2.1取向方向的高拉伸强度和高模量及其它优良的力学性能 LCP处于液晶态时，无论是熔体还是溶液，都具有一定的取向度。当LCP熔体或溶液流经喷丝孔、模口、流道，在剪切应力场中很容易发生大分子链的取向，即使在很低剪切速率下也可获得很高的取向度。因而即使不添加增强材料也能达到甚至超过普通工程材料用百分之十几玻纤增强后的机械强度。此外，LCP具有高抗冲性和抗弯模量，LCP致密的结构使其在很宽的温度范围内不溶于一般的有机溶剂和酸碱，具有突出的耐化学腐蚀性。 2.2耐热性突出 液晶高分子一般熔点很高，由于其分子链取向，通常在200℃也不会被破坏，所以其耐热性相对比较突出。如Xydar的熔点为421℃，空气中的分解温度达到560℃，其热变形温度也可达350℃。 2.3 热膨胀因数很低，制品尺寸精确和稳定 由于取向度高，LCP在成型加工制品时，其流动方向的膨胀因数要比普通工程塑料低一个数量级，达到一般金属的水平，甚至出现负值，这样LCP在加工成型过程中不收缩或收缩很低，保证了制品尺寸的精确和稳定。 3 液晶高分子材料的应用 3.1 高强度高模量材料 分子主链或侧链带有介晶基元的液晶高分子，在外力场容易发生分子链取向。利用这一特性可制得高强度高模量材料，可用于雷达天线罩、飞机、防弹背心、火箭外壳材料、软着陆降落伞绳带和海底电视电缆等。例如聚对苯二甲酸对苯二胺（PPTA）在用浓硫酸溶液纺丝后，可得到著名的kelvar纤维，比强度为钢丝的6～7倍，比模量为钢丝或玻纤的2～3倍，而密度只有钢丝的1/5。 3.2 在图形显示方面的应用 在外电场作用下，液晶高分子的排列会发生变化，从而改变液晶对光的反射和透射等光学性质。液晶显示成像正是运用液晶分子排列状态随外部电压的变化而变化的性质，控制通过液晶的光线光程，利用光的偏振、干涉实现光的透射、半透射或全暗，从而显示出图像来。液晶显示器具有低压、微功耗、平板型结构、被动型显示、显示的消息量大，易于彩色化、长寿命、无辐射、无污染等优点。所以液晶电视、液晶电脑、液晶投影仪已经应用于我们的生活。 3.3 在军事方面的应用 现代战争要求每一个作战体必须有对外联络机动性和自身行动主动性和快速性，要做到这一点必须将方位、距离等消息进行显示，使作战体能随时随地地对这些情况有直观的了解，目前世界上大多数军队的军车上都采用了车载定位系统，显示器一般都选用薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器。北京大学、联想集团与光电工业有关厂合作于2000年研制出LCD图像瞄准显示系统，达到较高水准。 3.4 在信息储存方面的应用