液晶高分子材料

液晶高分子材料
液晶聚合物(LCP)是2O世纪70年代开发出的一类具有优异性能的高性能聚合物(主要用来制作特种合成纤维和特种工程塑料～其分子具有自发取向的特征(就其液晶行为通常可分为溶致LCP和热致LCP。

按其化学结构又可分为主链LCP和侧链LCP。

LCP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、
[1]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。

预计在电子电器、航空航天、光纤通讯、汽车工业、机械制造和化学工业等领域
[2] 具有广阔的应用前景。

一(国内外液晶高分子的研究概况
低分子液晶的发现可追溯至19世纪末～而高分子液晶的发现则始于2O世纪中叶。

1950年Elliott和Ambrose在聚氨基甲酸酯的氯仿溶液制膜过程中发现溶液为
[3]胆甾相液晶～从而在高分子领域中产生了液晶相的概念。

迄今为止～世界上已有十多家公司实现了工业化～年产量已超过10000 t。

主要生产国有美国和日本。

1(1 美国
1972年美国Du Pont公司研究成功的Kevlar系列溶致液晶纤维标志着合成高分子液晶开始走向市场。

井引起人们广泛的兴趣。

1984年Darto和Manufacturing 公司开发聚芳酯热致LCP并首次实现热致LCP的工业化(1 985年Hoechst Clanese 公司提出了一种易加工的热致LCP产品。

1986年East—maD。

公司开发丁另外两种成本较低的LCP产品XTG 和Ekono。

进入9O年代后LCP更是前所末有的惊人速度发展。

1994年Du Pont公司开发了新型的Zeinte LCP～其生产能力达3000 t,a～
[4]Dartc。

公司开发的新型Xydar将LCP的价格降到11$,kg以下。

AMOCO研
制成功了LCP中热变形温度高达(375?)的新品种。

Hoechst Clanese公司最近开发了一种满足特高性能电子部件要求的新品种vec—trae130～具有很高的流动性,而新
开发的电镀级LCP是世界上首次开发成功的可电镀LCP。

此外～美国Du Pont
公司新近还开发了无定形的LCP(其玻璃化温度为190?～没有一定的熔点(适合于作
[5]为薄膜或板材。

1(2 日本
1972年热致液晶聚合物由Nihon Ekonol公司引入日本市场～至90年代日本至少有10家公司参与市场开拓(其中聚合塑料公司～住友化学公司和石油化学公司三家公司处于领先地位～聚合塑料公司于1996年2月开始运转年产2 800 t的装臵～从而使该材料的生产能力翻了一番(与此同时～该公司还加强了对东南亚和中国市场的开拓(先后在新加坡、泰国、马来西亚、中国上海及香港开设了事务所～以确保其亚洲最大生产商的地位,住友化学公司以碳化硅技术为基础开发独有工艺～建立了800t,a的聚合装臵～并在爱媛县建立了生产能力为1 000t,a的生产装臵,日本石油化学公司进口美国阿莫可聚合物公司的产品在日本销售后不断开拓市场叫,东丽工业公司于1987年开发并工业化生产了LCP～已投资90万美元兴建了年产1000t的生产厂。

此外还有三菱化成～上野制药等公司在生产LCP(年生产能力约为l000t(
1 .3 其他国家
英国ICI公司的VICTRES,SRP LCP已经有4个品种投入生产～新一种拉仲强度高达2O0 MPa(悬臂缺口冲击强度为130 J,m 的新品种。

德国BASF公司的ULTRAX 已经研制出三种基本新品 (其中两种是耐高温的特种工程塑料。

另外～德国
Hoechst公司将新型Vectra LCP作为热塑性工程塑料在世界范围内推广～目前投放市场的有3O余种商品级及专用级产品。

1(4 国内
我国对LCP的研究工作在80年代起步～首先是中国科学院化学所和北京大学、中山大学、华东纺织大学、华东化工学院、复旦大学等开展了基础性研究_工=作～北京大学和北京市化工研究院合作完成了光纤包复级液晶聚酯的小试(正在进行中试(成为我国LCP向实用化过渡的新品种～但其它大部分研究工作仍停留在实验室(今后LCP发展的主要方向可以归纳为:(1)降低成本,(2)降低衬件的各向异性,(3)在改善加工性的同时取得耐热性和机械性能的综合平衡。

二(液晶高分子特性
液晶具有液体的流动性和固体结构的有序性～对外界刺激如光、声、机械压力、温度、电磁场及化学环境的变化等的反应灵敏。

液晶在光学上是各向异性～即能从各面透射各种速度的光波～并通过偏光显微镜观察～可看到鲜明的色带～胆淄型的色彩变化与温度或化学蒸气的变化有关。

LCP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。

三(液晶高分子材料的应用
[6]3(1 液晶高分子纤维
液晶高分子在适当的条件下～液晶分子有自动沿分子长轴取向的倾向～体系的粘度系数也表现为各向异性～沿分子长轴方向的粘度系数较其他方向小得多～因而很容易在纺丝过程中形成沿纤维轴高度取向的结构～从而获得优异的力学性能～芳纶(Kevlar)是最早开发成功并进行工业化生产的液晶高分子纤维～它的高强度、高棋t以及优良的耐热性使它在增强材料、防护服装、防燃、高温过渔等方面发挥着重要作用。

最近以PBZ和PBO为代表的具有杰出力学性能和耐热性的芳族杂环高分
子的研究和开发成功可以说是科学家挑战自我的胜利～是液晶高分子工程最成功的例子之一。

20世纪90年代后～Du pont化学公司与东洋纺合作～成功地生产出了液晶PBO纤维～并以Zylon的商品名推出。

Zylon具有十分优异的性能。

具有2倍于Kevlar的强度和模量～分别达5.8 GPa和300GPa左右～热分解温度达650?～也只有由液晶高分子制得的纤维才能获得如此接近理论极值的性能。

以及聚芳酯类等高性能液晶高分子纤维。

3(2 热致性高分子液晶—塑料
由于芳族酰胺和芳族杂环液晶高分子都是溶致性的～即不能采取熔融挤出的加工方法～因此在高性能工程塑料领城的应用受到限制。

以芳族聚酯液晶高分子为代表的热致性液晶离分子正好弥补了溶致性液晶高分子的不足。

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～因此特别适合于作为高性能工程材料。

与钢筋相比具有质轻、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大大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。

加人高分子液晶的涂料粘度下降～因此可以使用更少的溶剂～以减少污染～降低成本。

加人高分子液晶后～涂料成膜后的强度也有较大增加。

3(3 液晶高分子复合材料
液晶高分子复合材料是以热致性液晶聚合物为增强剂～将其通过适当的方法[7～8～9]分散于基体聚合物中～就地形成微纤结构～达到增强基体力学性能的目的。

近年来～关于液晶高分子通过互穿聚合物网络与基体聚合物分子复合的研究也有不少报导～而且近来越来越收到关注～可以说应用前景很好。

[10]3.4 液晶高分子信息材料
1,液晶高分子在电学方面的应用
聚合物液晶具有在电场作用下从无序透明态到有序非透明态的转变能力～因此也可以应用到显示器件的制作方面。

它是利用向列型液晶在电场作用下的快速相变反应和表现出的光学特点制成的。

把透明体放在透明电极之间～当施加电压时～受电场作用的液晶前体迅速发生相变～分子发生有序排列成为液晶态。

当有序排列部分失去透明性而产生与电极形态相同的图像。

根据这一原理可以制成数码显示器、电光学快门、广告牌及电视屏幕等显示器件。

2,液晶高分子在倍息储存介质及光学方面的应用
液晶高分子特别是侧链型液晶高分子是很有前途的非线性光学材料～因为这类高分子具有易在分子中引人具有高值超极化度和非线性光学活性的液晶单元～易在外电场的作用下实现一致取向～且易加工成形等鲜明特点。

四(展望
总之～液晶高分子由于其区别于其它高分子材料的流变性能、各向异性以及良好的热稳定性、优异的介电、光学和机械性能～以及它的抗化学试剂能力、低燃烧性和极好的尺寸稳定性～它在诸多领城日益受到重视。

随着科技的发展～不断有新的液晶高分子合成和功能化～高分子材料将获得了越来越广泛的应用。