高分子液晶材料

1、高分子液晶材料高分子1101 田原 3110705027摘要：液晶高分子是在一定條件下能以液晶相態(tài)存在的高分子，高分子 化合物的功能特性和液晶相序的有機(jī)結(jié)合賦予了液晶高分子以 鮮明的個(gè)性和特色，以高強(qiáng)度、高模量、低熱膨脹率、耐輻射和 化學(xué)藥品腐蝕等優(yōu)異性能開辟了特種高分子材料的新領(lǐng)域。在機(jī) 械、電子、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用已嶄露頭角，目前正向生命科 學(xué)、信息科學(xué)、環(huán)境科學(xué)蔓延滲透,并將波及其它科技領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：高分子液晶材料歷史與發(fā)展 結(jié)構(gòu)與性能一、概述液晶LCD ( Liqui d Crysta l Display )對(duì)于許多人而言已經(jīng)不是 一個(gè)新鮮的名詞。從電視到隨身聽的線控，它已經(jīng)應(yīng)用到了

2、許多 領(lǐng)域。液晶現(xiàn)象是18 88年奧地利植物學(xué)家F.Reintizer 在研究 膽甾醇苯甲酯時(shí)首先發(fā)現(xiàn)的。研究表明，液晶是介于液體和晶體 之間的一種特殊的熱力學(xué)穩(wěn)定相態(tài)，它既具有晶體的各相異性， 又有液態(tài)的流動(dòng)性，液晶高分子就是具有液晶性的高分子，大多 數(shù)由小分子量基元鍵結(jié)合而成，它是一種結(jié)晶態(tài)，既具有液體的 流動(dòng)性又具有晶體的各向異性特征。二、液晶高分子材料的分類及其特性目前，液晶高分子分類方法有三種。從液晶基元在分子中所處的 位置可分為主鏈型和側(cè)鏈型兩類。從應(yīng)用的角度可分為熱致型和 溶致型兩類，這兩種分類方法是相互交叉的，即主鏈型液晶高分 子同樣具有熱致型和溶致型，而熱致型液晶高分子又同樣

3、存在主 鏈型和側(cè)鏈型。從液晶高分子在空間排列的有序性不同，液晶高 分又有近晶型、向列型、膽甾型三種不同的結(jié)構(gòu)類型。1、主鏈型液晶高分子主鏈型高分子液晶是指介晶基元處于主鏈中的一類高分子材料。 在20世紀(jì)70年代中期以前，它們多是指天然大分子液晶材料。 自從Dupont公司首次獲得聚芳香酰胺的溶液型主鏈型高分子液 晶性質(zhì)的應(yīng)用以來，主鏈型高分子液晶材料的合成、結(jié)構(gòu)與性能 關(guān)系和應(yīng)用等都得以很大發(fā)展。按液晶形成過程，主鏈型高分子 液晶可以分為溶液型主鏈高分子液晶和熱熔型主鏈高分子液晶。a:溶液型主鏈高分子液晶其研究最多的則是聚芳香酰胺類和聚芳香雜環(huán)類聚合物。酰胺為 代表的一類溶液型高分子液晶而言，

4、就必須借助于極強(qiáng)的溶劑，例如，通常使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99%的濃硫酸等。除了聚肽、聚芳 香酰胺和聚芳香雜環(huán)類溶液主鏈高分子液晶以外，纖維素及其衍 生物也能形成溶液型液晶。主要用于制備超高強(qiáng)度、高模量的纖 維和薄膜。材料的高強(qiáng)度、高模量來源于聚合物鏈在加工過程中， 在一些特殊的溶劑中形成了各向異性的向列態(tài)液晶。b:熱熔型主鏈高分子液晶其高分子液晶材料與普通的高分子材料相比，有較大的性質(zhì)差 別。良好的熱尺寸穩(wěn)定性；透氣性非常低；對(duì)有機(jī)溶劑的良好耐 受性和很強(qiáng)的抗水解能力?；跓崛坌椭麈溡壕Ц叻肿拥纳鲜鲂?質(zhì)，它特別適用于上述各性質(zhì)綜合在一起的場(chǎng)合。在電子工業(yè)中 制作高精度電路的多接點(diǎn)部件，另外，易流動(dòng)

5、和低曲翹也使得它 能制成較復(fù)雜的精密鑄件，同時(shí)能抗強(qiáng)溶劑。除了電子工業(yè)中的 應(yīng)用以外，它還可用于制備化學(xué)工業(yè)中使用的閥門等。2、側(cè)鏈型高分子液晶側(cè)鏈型高分子液晶是指介晶基元處于聚合物側(cè)鏈上的一類高分 子液晶。與主鏈型高分子液晶相比，側(cè)鏈高分子液晶的性質(zhì)在較 大程度上取決于介晶基元，而受聚合物主鏈性質(zhì)的影響較小。側(cè)鏈型高分子液晶比較好地將小分子液晶性質(zhì)和聚合物的材料 性質(zhì)結(jié)為一體，是具有極大潛力的新型材料。例如，已有許多文 獻(xiàn)報(bào)道側(cè)鏈型高分子液晶在光信息儲(chǔ)存、非線性光學(xué)和色譜等領(lǐng) 域具有應(yīng)用價(jià)值。a:溶液型側(cè)鏈高分子液晶溶液型側(cè)鏈高分子液晶最重要的應(yīng)用在于制備各種特殊性能高 分子膜材料，如:LB

6、膜、SA膜和膠囊。這種微膠囊可作為定點(diǎn)釋 放和緩釋藥物使用。另外，溶液型側(cè)鏈高分子液晶還可用于制作 非線性光學(xué)器件和顯示裝置。b:熱熔型側(cè)鏈高分子液晶在全息照相和光學(xué)透鏡等方面有十分樂觀的應(yīng)用前景。用側(cè)鏈高 分子液晶膜也可以進(jìn)行可逆式全息成像。全息成像是一種記錄被 攝物體反射（或透射）光中全部信息（振幅、相位）的成像技術(shù)，它 是通過一束參考光和物體反射出來的光疊加和干涉實(shí)現(xiàn)的，此液 晶膜同傳統(tǒng)的鹵化銀感光液相比，它能可逆式地記錄圖像，而且 效果也更好。三、優(yōu)異性a、取向方向的高拉伸強(qiáng)度和高模量絕大多數(shù)商業(yè)化液晶高分子產(chǎn)品都具有這一特性。與柔性鏈高分 子比 較，分子主鏈或側(cè)鏈帶有介晶基元的液晶高

7、分子，最突出 的特點(diǎn)是在外力場(chǎng)中容易發(fā)生分子鏈取向。因而即使不添加增強(qiáng) 材料，也能達(dá)到甚至超過普通工程材料用百分之十幾玻纖增強(qiáng)后 的機(jī)械強(qiáng)度，表現(xiàn)出高強(qiáng)度高模量的特性。如Kevlar 的比強(qiáng)度 和比模量均達(dá)到鋼的十倍。b、突出的耐熱性由于液晶高分子的介晶基元大多由芳環(huán)構(gòu)成，其耐熱性相對(duì)比較 突出。如Xy dar的熔點(diǎn)為421 C,空氣中的分解溫度達(dá)到560 C， 其熱變形溫度也可達(dá)350 C,明顯高于絕大多數(shù)塑料。c、很低的熱膨脹系數(shù)由于具有高的取向序，液晶高分子在其流動(dòng)方向的膨脹系數(shù)要比 普通工程塑料低一個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到一般金屬的水平，甚至出現(xiàn)負(fù) 值。d、優(yōu)異的阻燃性液晶高分子分子鏈由大量芳環(huán)

8、構(gòu)成，除了含有酰肼鍵的纖維而 外，都特別難以燃燒，燃燒后產(chǎn)生炭化，表示聚合物耐燃燒性指 標(biāo)一一極限氧指數(shù)(LOI)相當(dāng)高。e、液晶高分子材料電性能和成型加工性優(yōu)異LCP絕緣強(qiáng)度高和介電常數(shù)低，而且兩者都很少隨溫度的變化而 變化,并導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能低,抗電弧性也較高。另外LCP的熔體粘 度隨剪切速率的增加而下降,流動(dòng)性能好,成型壓力低，因此可用 普通的塑料加工設(shè)備來注射或擠出成型，所得成品的尺寸很精 確。歷史現(xiàn)狀發(fā)展追溯歷史,人類關(guān)于液晶現(xiàn)象的研究已有上百年的記載。19 37年 Bawden和Pir ie在研究煙草花葉病病毒時(shí)，發(fā)現(xiàn)其懸浮液具有液 晶的特性，這是人們第一次發(fā)現(xiàn)生物高分子的液晶特性。

9、其后 1950年，El li ot t與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開。195 6年Flory卿從理論上說明了高分 子液晶相的存在。50年代到70年代，美國(guó)Dupo nnt公司投入大 量人力才力進(jìn)行高分子液晶發(fā)面的研究，取得了極大成就：19 59 年推出芳香酰胺液晶，但分子量較低；19 63年，用低溫溶液縮聚 法合成全芳香聚酰胺，并制成阻燃纖維Nomex ； 1972年研制出強(qiáng) 度優(yōu)于玻璃纖維的超高強(qiáng)、高模量的Kevlar纖維，并付注實(shí)用； 此后，高分子液晶的研究則從溶致型轉(zhuǎn)向?yàn)闊嶂滦停谶@一方面 Jackso n等作出了較大貢獻(xiàn)，他們合成了對(duì)苯二甲酸已二

10、醇酯與 對(duì)羥基苯甲酸的共聚物，可注塑成型，這是一種模量極高的自增 強(qiáng)液晶材料。技術(shù)合成溶致性主鏈型液晶高分子又可分為天然 的(如多肽、核酸、蛋白質(zhì)、病毒和纖維素衍生物等)和人工合 成的兩類。前者的溶劑一般是水或極性溶劑；后者的主要代表是 芳族聚酰胺和聚芳雜環(huán)，其溶劑是強(qiáng)質(zhì)子酸或?qū)|(zhì)子惰性的酰胺 類溶劑，并且添加少量氯化鋰或氯化鈣。這類溶液出現(xiàn)液晶態(tài)態(tài) 條件是：聚合物的濃度高于臨界值；聚合物的分子量高于臨 界值；溶液的溫度低于臨界值。小結(jié)：從應(yīng)用領(lǐng)域分析，液晶高分子材料在電子電氣行業(yè)中需求量最大 且發(fā)展迅速，主要用于接插件、開關(guān)、繼電器、模塑印刷電路板、 光纜結(jié)構(gòu)件、復(fù)合材料、機(jī)械手、泵/閥門組

11、件、功能件等，極 大地推動(dòng)了液晶高分子技術(shù)及其它高新技術(shù)的發(fā)展?？偠灾?， 高分子液晶材料作為一種較新的材料，我們對(duì)它認(rèn)識(shí)不夠充分， 但可以相信的是，隨著高分子液晶的理論日臻完善，其應(yīng)用日益 廣泛，人們不僅開發(fā)了大量的高強(qiáng)、高模以及具有顯示和信息存 儲(chǔ)功能的高分子液晶材料，同時(shí)還在不斷探索在其他領(lǐng)域的應(yīng) 用。其也將走入我們的生活，作為一種交叉學(xué)科的材料，其高性 能結(jié)構(gòu)，信息記錄，動(dòng)能膜及非線性光學(xué)應(yīng)用，值得我們?nèi)パ芯?和重視。參考文獻(xiàn)郭玉國(guó)，張亞利，趙文元，孫典亭.高分子液晶材料的研究現(xiàn) 狀及開發(fā)前景趙文元，王亦軍.功能高分子材料化學(xué)M.北京:化學(xué)工業(yè)出 版社，1 99 6, 10王國(guó)建功能高

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