液晶高分子材料的現(xiàn)狀及研究進(jìn)展

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1、液晶高分子材料研究進(jìn)展肖桂真,紡織學(xué)院,1030011063摘要:高分子液晶是近年來(lái)迅速興起的一類新型高分子材料,它具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、低膨脹率、低收縮率、耐化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)。本文綜述了液晶高分子材料的發(fā)展歷史,結(jié)構(gòu)及性能,詳細(xì)介紹了液晶高分子材料的種類以及在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用,和液晶高分子材料的潛在發(fā)展前景。關(guān)鍵詞:功能高分子材料;液晶高分子材料;研究;應(yīng)用0前言功能高分子材料是高分子學(xué)科中的一個(gè)重要分支,它是研究各種功能性高分子材料的分子設(shè)計(jì)和合成、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系以及作為新材料的應(yīng)用技術(shù),它的重要性在于所包含的每一類高分子都具有特殊的功能。功能高分子材料之所以具有特定的功能,在合

2、成或天然高分子原有力學(xué)性能的基礎(chǔ)上,再賦予傳統(tǒng)使用性能以外的各種特定功能(如化學(xué)活性、光敏性、導(dǎo)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(tuán),其功能性的顯示往往十分復(fù)雜,不僅決定于高分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)單元的序列分布、分子量及其分布、支化、立體結(jié)構(gòu)等一級(jí)結(jié)構(gòu),還決定于高分子鏈的構(gòu)象、高分子鏈在聚集時(shí)的高級(jí)結(jié)構(gòu)等,后者對(duì)生物活性功能的顯示更為重要。高分子液晶材料是近年來(lái)研究較多的一種功能高分子材料,它是介于液體和晶體之間的一種中介態(tài),具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)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

3、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。液晶的發(fā)現(xiàn)可以追溯到1888年,奧地利植物學(xué)家F.Reinitzer發(fā)現(xiàn),把膽甾醇苯酸脂(Ch01.esterylBenzoate,C6H5C02C27H45.簡(jiǎn)稱CB)晶體加熱到145.5℃會(huì)熔融成為混濁的液體,145.5℃就是該物質(zhì)的熔點(diǎn),繼續(xù)加熱到178.5℃,混濁的液體會(huì)突然變成清亮的液體,而且這種由混濁到清亮的過(guò)程是可逆的。O.Lehnmnn經(jīng)過(guò)系統(tǒng)地研究指出,在一定的溫度范圍

4、內(nèi),有些物質(zhì)的機(jī)械性能與各向同性液體相似;但是它們的光學(xué)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(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。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(kāi)。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Nome

5、x;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?,在這一方面Jackson等作出了較大貢獻(xiàn),他們合成了對(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(kāi)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

6、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。2液晶高分子結(jié)構(gòu)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(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。2.1.1近晶型結(jié)構(gòu)近晶型結(jié)構(gòu)是所有液晶中具有最接近結(jié)晶結(jié)構(gòu)的一類。這類液晶中,棒狀分子依靠所含官能團(tuán)提供的垂直于分子的長(zhǎng)軸方向的強(qiáng)有力的相互作用,互相平行排列成層狀結(jié)構(gòu)

7、,分子的長(zhǎng)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(yán)格剛性的,分子可以在本層內(nèi)活動(dòng),但不能來(lái)往于各層之間,結(jié)果這類柔性的二維分子薄片之間可以相互滑動(dòng),而垂直于層片方向的流動(dòng)則要困難。因此,近晶型液晶一般在各個(gè)方向都是非常粘滯的。2.1.2向列型結(jié)構(gòu)此類液晶有相當(dāng)大的流動(dòng)性。因?yàn)檫@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(wú)序的,在外力作用下發(fā)生流動(dòng),很容易沿流動(dòng)發(fā)祥取向,并且互相穿越。向列

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