液晶高分子.

液晶高分子的应用
8.生物性液晶高分子
细胞膜中的磷脂可形成溶致液晶；构成生命的基础物质 DNA 和RNA 属于生物性胆甾液晶，它们的螺旋结构表现为生 物分子构造中的共同特征，植物中起光合作用的叶绿素也表 现液晶的特性。英国著名生物学家指出：“生命系统实际上 就是液晶，更精确的说，液晶态在活的细胞中无疑是存在 的”。
等。
小分子液晶的结构

分子的中间部分（又称介晶单元）
分子尾端含有较柔性的或可极化的基团 例酯基、氰基、硝基、氨基、卤素等。 除刚棒状分子外，近来发现， 盘状或碟状分子也可能呈液晶 态，如苯-六正烷基羟酸酯

液晶高分子的性能

LCP 的迅速发展与其一系列优异性能密切相关。 其特性如下: 1. 取向方向的高拉伸强度和高模量
[ NH
CO ] n + (n-1) H2O
DMA, LiCl
其中，二甲基乙酰胺（DMA）为溶剂，LiCl为增溶剂。这条路线合 成的产品不能直接用于纺丝，必须经过沉淀、分离、洗涤、干燥后，再 用甲酰胺配成纺丝液。 PBA属于向列型液晶。用它纺成的纤维称为B纤 维，具有很高的强度，可用作轮胎帘子线等。
液晶高分子的应用
3.电子电器领域 LCP 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Vectra、Xydar类LCP 可满足这些要求。目前发达国家 电子工业中将LCP 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。
液晶高分子的合成

聚对苯二甲酰氯对苯二胺（PPTA）
合成原料：4,4’-二氨基二苯醚（ODA）为第三单体 对苯二甲酰氯（TPC） 对苯二胺（PPD) 合成方法：三元共缩聚改性
液晶高分子的合成
二、芳香族聚酰胺酰肼
芳香族聚酰胺酰肼是由美国孟山(Monsanto)公司于上一 世纪70年代初开发成功的。典型代表PABH(对氨基苯甲酰肼 与对苯二甲酰氯的缩聚物)，可用于制备高强度高模量的纤 维。
液晶高分子的合成
一、芳香族聚酰胺
这类高分子液晶是最早开发成功并付诸于应用的一类高分子液晶材 料，有较多品种，其中最重要的是聚对苯酰胺（PBA）和聚对苯二

甲酰对苯二胺（PPTA）。 聚对苯酰胺（PBA）
由对氨基苯甲酸在磷酸三苯酯和吡啶催化下直接缩聚。
P(OC6H5)3, C6H5N
n H2N
COOH
绝大多数商业化LCP 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LCP, 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,LCP 处于液晶态时, 无论是熔体还是溶液, 都具有一 定的取向序。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。如Kevlar的比强度和比模量均 能达到钢的十倍。
小分子液晶的结构
大多数液晶物质是由棒状分子构成的。其分子结构 常常具有两个显著的特征。 一是分子的几何形状具有不对称性, 即有大的长径 比(L / D )，一般L / D 都大于4。 二是分子间具有各向异性的相互作用。

小分子液晶的结构

科学家指出, 多数液晶物质具有如下的分子结构:

即此类分子由三部分构成: 由两个或多个芳 香组成的核, 最常见的是苯环, 有时为杂环 或脂环；核之间有一个桥键X，例如：
液晶高分子的分类
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
主链型液晶高分子是刚性液晶基元位于主链之中的液晶高分子。

从应用的角度可分为溶致型和热致型2 类
对溶致型液晶, 一个重要的物理量是形成液晶的临界浓度, 即 在此浓度以上液晶相才能形成。 热致液晶是指各相态间的转变是由温度变化引起的。相变点温 度是表征液晶态的重要物理量。从晶体到液晶态的转变温度称 为熔点或转变点, 由液晶态转变为各向同性液体的温度称为澄 清点或清亮点。
液晶高分子（LCP）的定义
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 异性的特征。 液晶高分子则是在一定条件下能以液晶形态 存在的高分子。 液晶高分子英文名：Liquid Crystalline Polymers
液晶高分子
组长： 拉银库 副组长：吉怀顺 组员： 胡永刚 树一男 江文波
液晶的发现

1888 年奥地利植物学家F. Reinitzer 发现胆甾醇（又名胆 固醇）苯甲酸酯在145.6 ℃熔化时,先变成不透明的浑浊液 体,继续加热至178.5 ℃变为清亮的各向同性液体。在145.5 ℃至178.5 ℃之间胆甾醇苯甲酸酯呈现了一种新的物质形态, 即液晶。从此开始了液晶领域的研究。
液晶高分子的应用
5.光纤通讯领域 光纤通讯中, 目前采用石英玻璃丝作为光导纤维。这种外 径仅为100～150um的细玻璃丝，只需100g 左右的拉力就被 拉断。因此为了保护光纤表面，提高抗拉强度、抗弯强度, 需给光纤涂以高分子树脂造成被复层。LCP就适用于光纤二 次被复材料，以及抗拉构件和连接器等。如由于其模量、强 度均高，而膨胀系数小，从而降低了由光纤本身温度变形而 引起的畸形，以及使光纤不易出现不规则弯曲，减少了光信 号传输中的损耗。
液晶高分子的应用
4.汽车和机械工业领域 LCP 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。LCP 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Kevlar 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 PTEE/Ekonol 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。
液晶高分子的应用
2.显示及记忆材料 液晶高分子在电场作用下从 无序透明态到有序不透明态的性 质，使其可用于显示器件。用于 显示的液晶高分子主要为侧链型， 它既具有小分子液晶的阀值（临 界值）、回复特性和光电敏感性， 又具有低于小分子液晶的取向松 弛速率，同时具有良好的加工性 能和机械强度。液晶高分子可用 于液晶电视和电脑显示器。 另外，LCP 因为易固定性可被 用来作为热记录材料，即LCP 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，起到储存的作用。若将这些 记录材料再次在热条件下施以电 场，则材料回复原来的变形状态， 可重新记录和摹写。
液晶高分子的发展史
1937~1970—LCP的发现与发明时期 人们发现最早和研究较多的是天然或生物高分子 液晶。 1971~1980—LCP的飞速发展时期 对合成LCP 的研究可能始于1960年，最引人注目 的是的合成LCP是芳香族聚酰胺，特别是它的液晶 纺丝技术的发明及高性能纤维的问世，大大刺激了 LCP的发展及工业化。 高性能的热致LCP的大量涌现与广泛研究是七十 年代LCP飞速发展的标志，在此LCP飞速发展的时 期，人们进一步丰富和发展了LCP的内容，奠定了 LCP的理论与工业化基础，致使近年来的LCP研究 与开发更加蒸蒸日上。

液晶高分子是类全新的功能材料，在高科技领域具 有广阔的应用前景，随着研究的深入和应用的拓展， 我们期待更高更强功能液晶材料的问世。
液晶高分子的合成
这里以主链型溶致性高分子液晶的合成为例

主链型溶致性高分子液晶主要应用在高强度、高模量纤维和 薄膜的制备方面（侧链型液晶大多数为功能性材料）。

主链型溶致性高分子液晶主要有以下几类： （1）芳香族聚酰胺 （2）聚酰胺酰阱 （3）聚苯并噻唑 （4）纤维素类
液晶高分子的分类
以上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
晶高分子又有向列型、近晶型、胆甾型和碟 型4 种不同的结构类型。
液晶高分子的分类
1.
2.
3.
4.
向列型 此种液晶中分子排列只 有取向有序, 无分子质心的远程 有序, 分子排列是一维有序的。 近晶型 除取向有序外还有由分 子质心组成的层状结构, 分子呈 二维有序排列。 胆甾型 具有扭转分子层结构, 在每一层分子平面上分子以向列 型方式排列, 而各分子层又按周 期扭转或螺旋方式上下叠在一起, 使相邻各层分子取向方向间形成 一定的夹角。 碟型 1977年发现。

液晶高分子的发展史
1981~现在—LCP的工业化与深入研究时期 80年代以来，LCP进入蓬勃发展时期。 1972年，Du Pont公司实现了Kevlar工业化生产 1981年，Carbide公司实现了液晶沥青碳纤维的工业化生产 1984年，Dartco公司投产量热Xydar自增强塑料 1985年，Celanese公司推出了易加工的Vectra系列产品 1986年，Eastman和住友化学公司等相继开发了低成本的 X7G和Ekonol LCP LCP在复合材料、功能材料和电光材料的开发，疾病 诊断与治疗及生命科学的研究方面也取得了重大进展。LCP 材料的工业化与广泛应用正在引起传统材料工业的革命。
LCP 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, 抗 电弧性也较高。另外LCP 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。
液晶高分子的性能
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。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Kevlar纤维，比强度和比模 量为钢丝或玻纤的8-10倍，而比 重只有钢丝的五分之一。此纤维 可在-45℃—200℃使用，阿波罗 登月飞船软着陆降落伞带就是用 Kevlar-29制备的。Kevlar纤维还 可用于防弹背心，飞机、火箭外 壳材料和雷达天线罩等。
液晶高分子的性能
4. 优异的阻燃性
LCP 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,LCP的LOI值可达40以上。
5. 优异的电性能和成型加工性
液晶高分子的性能
2. 突出的耐热性
由于LCP 的介晶基元大多由芳环构成, 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℃, 明显高于绝大多数塑 料。
3. 很低的热膨胀系数
由于具有高的取向序, LCP 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。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。
液晶高ห้องสมุดไป่ตู้子的应用
6.分子复合材料
把刚性棒状聚合物以分子水平分散到柔性链聚合物中， 形成分子复合材料。与宏观增强体系相比，纤维与基质材料 之间相容性好，不存在基质相与增强相热膨胀系数的差异。
7.功能液晶高分子膜
由液晶高分子制成的膜材料 较强的选择渗透性，可用于气、 液相体系组分的分离分析。
右图为索尼公司制造的液晶高分子震膜
6. 此外，LCP 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。 7. 当然，LCP 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。
液晶高分子的应用
1.高强度高模量材料