液晶高分子材料的現(xiàn)狀及研究進(jìn)展

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1、液晶高分子材料的現(xiàn)狀及研究進(jìn)展摘要:本文綜述了液晶高分子材料的研究現(xiàn)狀,包括簡(jiǎn)單介紹了液晶高分子的發(fā)展歷史,結(jié)構(gòu)及性能,介紹了液晶高分子研究的新進(jìn)展,對(duì)液晶高分子早各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和潛在的性能進(jìn)展做了簡(jiǎn)要的闡述,并針對(duì)液晶高分子存在的問題提出了相應(yīng)的建議。關(guān)鍵詞:液晶高分子研究應(yīng)用前言高分子科學(xué),以30年代H.staidinger建立高分子學(xué)說為開展.此后高分子化學(xué)有了飛躍的發(fā)展.與此同時(shí),高分子物理化學(xué)也有相應(yīng)的發(fā)展。高分子化學(xué)注重對(duì)高聚物合成以及性質(zhì)的研究,而高分子物理則重點(diǎn)研究高聚物的結(jié)構(gòu)與性能,二者相輔相成,

2、近年來研究較多的高分子液晶材料就是兩者結(jié)合的典范。液晶現(xiàn)象是1888年奧地利植物學(xué)家F.Reintizer[1]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。這樣人們自然會(huì)聯(lián)想到具有這種結(jié)構(gòu)的高分子材料。1937年Bawden和Pirie[1]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

3、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,溶致型液晶的研究工作至此展開。50年代到70年代,美國(guó)Duponnt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,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(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,以后,高分子液晶的研究則從溶致型轉(zhuǎn)向?yàn)闊嶂滦?。在這一方面Jackson等作出了較大貢獻(xiàn),他們合成

4、了對(duì)苯二甲酸已二醇酯與對(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。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,1998年可達(dá)3600噸,平均年增長(zhǎng)23.1%;其次是通訊業(yè),需求量約1540噸,增長(zhǎng)21.1%;工業(yè)界及運(yùn)輸業(yè)總需求量不到1700噸,平均年增長(zhǎng)率約為I1%。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。從高分子液晶誕生到現(xiàn)在只有50多年的歷史,是一門很年輕

5、的學(xué)科。雖然高分子液晶[2]是具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、低膨脹系數(shù)、低成型收縮率、低密度、良好的介電性、阻燃性和耐化學(xué)腐蝕性等一系列優(yōu)異的綜合性能,作為液晶自增強(qiáng)塑料、高性能纖維、板材、薄膜及光導(dǎo)纖維包覆層,被廣泛應(yīng)用于電子電器、航天航空、國(guó)防軍工、光通訊等高新技術(shù)領(lǐng)域以及汽車、機(jī)械、化工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各工業(yè)部門。但目前對(duì)它的研究仍處于較低的水平,理論研究較狹隘,液晶高分子尚存在制品的機(jī)械性能各向異性、接縫強(qiáng)度低、價(jià)格相對(duì)較高等缺點(diǎn),這些都有待于進(jìn)一步的改進(jìn),所以高分子液晶仍是高分子科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。1液晶高分子材

6、料的特性[3]1.1 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。實(shí)驗(yàn)研究表明,液晶高分子處于液晶態(tài)時(shí),無論是熔體還是溶液,都具有一定的取向序。當(dāng)液晶高分子液體流經(jīng)噴絲孔,??诨蛄鞯?,即使在很低剪切速率下獲得的取向,在大多數(shù)情況下,不再進(jìn)行后拉伸就能達(dá)到一般柔性鏈高分子經(jīng)過后拉伸的分子取向序。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)

7、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。1.2 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Xydar的熔點(diǎn)為421℃,空氣中的分解溫度達(dá)到560℃,其熱變形溫度也可達(dá)350℃,明顯高于絕大多數(shù)塑料。此外液晶高分子有很高的錫焊耐熱性,如Ekonol的錫焊耐熱性為300~340℃/60s。1.3 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,如Kevlar的熱膨脹系數(shù)為-2

8、×10-9K-1型過程中不收縮或收縮很低,保證了制品尺寸的精確和穩(wěn)定。1.4 優(yōu)異的阻燃性液晶高分子分子鏈由大量芳環(huán)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)——極限氧指數(shù)(LOI)相當(dāng)高,如Kevlar在火焰中有很好的尺寸穩(wěn)定性,若在其中添加少量磷等,液晶高分子的LOI值可達(dá)40以上。1.5 優(yōu)異的電性能和成型加

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