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。

2.1.5 优异的电性能和成型加工性

液晶高分子具有高的绝缘强度和低的介电常数, 而且两者都很少随温度的变化而变化, 并具有低的导热和导电性能, 其体积电阻一般可高达1013 . m, 抗电弧性也较高。另外液晶高分子的熔体粘度随剪切速率的增加而下降, 流动性能好, 成型压力低, 因此可用普通的塑料加工设备来注射或挤出成型, 所得成品的尺寸很精确。

此外, 液晶高分子具有高抗冲性和抗弯模量以及很低的蠕变性能, 其致密的结构使其在很宽的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。当然, 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。4

3 液晶高分子的应用

3.1 电子电器领域

液晶高分子优异的电绝缘性、低热膨胀系数、高耐热性和耐锡焊性等优点, 使其在电子工业中的应用日益扩大。以表面装配技术和红外回流焊接装配技术为代表的高密度循环加工工艺, 要求树脂能够经受260℃以上的高温, 还要求制品薄壁和小型化, 故要求树脂能精密注射、不翅曲和耐焊接, 这是一般工程塑料难以达到的,而Vectr a、Xydar 类液晶高分子可满足这些要求。目前发达国家电子工业中将液晶高分子用来制作接线板、线圈骨架、印刷电路板、集成电路封装和连接器, 此外还用作磁带录象机部件、传感器护套和制动器材等。

3.2 汽车和机械工业领域

液晶高分子广泛用于制造汽车发动机内各种零部件( 如燃油输送系统的泵和浆叶、调速传感器等) , 以及特殊的耐热、隔热部件和精密机械、仪器零件。液晶高分子可以用于巡航控制系统的驱动发动机中作为旋转磁铁的密封元件。Du Pont 公司采用Kev lar 119 作为高级轿车轮胎补强纤维, 使轮胎的各种性能提高50%; 日本住友化学公司开发的PT EE/ Ekono l E101 系列合金可用于200℃以上使用的无油润滑轴承以及耐溶剂轴承等。

3.3 显示及记忆材料

尽管高分子液晶其响应时间较长, 但因其结构特征带来的易固定性, 若对高分子液晶从结构条件和实验条件两方面进行强化, 也可得到响应值与低分子液晶相当的液晶高分子, 从而用于显示。另外液晶高分子因为易固定可被用来作为热记录材料, 即液晶高分子在热条件下将外力场的刺激固定下来, 从而能保留外界所给予的信息,储存的作用。若将这些记录材料再次在热条件下施以电