液晶高分子材料的現(xiàn)狀及研究進展

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1、液晶高分子材料研究進展肖桂真,紡織學院,1030011063摘要:高分子液晶是近年來迅速興起的一類新型高分子材料,它具有高強度、高模量、耐高溫、低膨脹率、低收縮率、耐化學腐蝕的特點。本文綜述了液晶高分子材料的發(fā)展歷史,結構及性能,詳細介紹了液晶高分子材料的種類以及在各個領域的應用,和液晶高分子材料的潛在發(fā)展前景。關鍵詞:功能高分子材料;液晶高分子材料;研究;應用0前言功能高分子材料是高分子學科中的一個重要分支,它是研究各種功能性高分子材料的分子設計和合成、結構和性能關系以及作為新材料的應用技術,它的重要性在于所包含的每一類高分子

2、都具有特殊的功能。功能高分子材料之所以具有特定的功能,在合成或天然高分子原有力學性能的基礎上,再賦予傳統(tǒng)使用性能以外的各種特定功能(如化學活性、光敏性、導電性、催化活性、生物相容性、藥理性能、選擇分類性能等)而制得的一類高分子。一般在功能高分子的主鏈或側(cè)鏈上具有顯示某種功能的基團,其功能性的顯示往往十分復雜,不僅決定于高分子鏈的化學結構、結構單元的序列分布、分子量及其分布、支化、立體結構等一級結構,還決定于高分子鏈的構象、高分子鏈在聚集時的高級結構等,后者對生物活性功能的顯示更為重要。高分子液晶材料是近年來研究較多的一種功能高分

3、子材料,它是介于液體和晶體之間的一種中介態(tài),具有獨特的結構與性能。1高分子液晶的發(fā)展1.1液晶的發(fā)現(xiàn)液晶是介于液體和晶體之間的一種特殊的熱力學穩(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)由小分子量基元鍵合而成,它是一種結晶態(tài),既具有液體的流動性又具有晶體的各向異性特征。液晶的發(fā)現(xiàn)可以追溯到1888年,奧地利植物學家F.Reinitzer發(fā)現(xiàn),把膽甾醇苯酸脂(Ch01.esterylBenzoate,C6H5C02C27H45.簡稱CB)晶體加熱到145.5℃會熔融成為混濁的液體,1

4、45.5℃就是該物質(zhì)的熔點,繼續(xù)加熱到178.5℃,混濁的液體會突然變成清亮的液體,而且這種由混濁到清亮的過程是可逆的。O.Lehnmnn經(jīng)過系統(tǒng)地研究指出,在一定的溫度范圍內(nèi),有些物質(zhì)的機械性能與各向同性液體相似;但是它們的光學性質(zhì)卻和晶體相似,是各向異性的。因此,這些介于液體和晶體之間的相被稱為液晶相。1.2液晶高分子的發(fā)展1937年Bawden和Pirie在研究煙草花葉病病毒時,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。其后1950年,Elliott與Ambrose第一次合成了高分子液晶,溶致型液

5、晶的研究工作至此展開。50年代到70年代,美國Duponnt公司投入大量人力才力進行高分子液晶發(fā)面的研究,取得了極大成就:1959年推出芳香酰胺液晶,但分子量較低;1963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年研制出強度優(yōu)于玻璃纖維的超高強、高模量的Kevlar纖維,并付注實用;此后,高分子液晶的研究則從溶致型轉(zhuǎn)向為熱致型,在這一方面Jackson等作出了較大貢獻,他們合成了對苯二甲酸已二醇酯與對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液晶材料。從應用領域分析,液晶高分子材料在

6、電子電氣行業(yè)中需求量最大且發(fā)展迅速,1998年可達3600噸,平均年增長23.1%;其次是通訊業(yè),需求量約1540噸,增長21.1%;工業(yè)界及運輸業(yè)總需求量不到1700噸,平均年增長率約為I1%,主要用于接插件、開關、繼電器、模塑印刷電路板、光纜結構件、復合材料、機械手、泵/閥門組件、功能件等,極大地推動了液晶高分子技術及其它高新技術的發(fā)展。2液晶高分子結構分類和特性2.1液晶高分子分類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

7、,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構類型。2.1.1近晶型結構近晶型結構是所有液晶中具有最接近結晶結構的一類。這類液晶中,棒狀分子依靠所含官能團提供的垂直于分子的長軸方向的強有力的相互作用,互相平行排列成層狀結構,分子的長軸垂直于層片平面。在層內(nèi),分子排列保持著大量二維固體有序性,但是這些層片又不是嚴格剛性的,分子可以在本層內(nèi)活動,但不能來往于各層之間,結果這類柔性的二維分子薄片之間可以相互滑動

8、,而垂直于層片方向的流動則要困難。因此,近晶型液晶一般在各個方向都是非常粘滯的。2.1.2向列型結構此類液晶有相當大的流動性。因為這類液晶,棒狀分子之間只是互相平行排列。但是他們的重心排列則是無序的,在外力作用下發(fā)生流動,很容易沿流動發(fā)祥取向,并且互相穿越。向列

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