液晶态与织态结构.ppt

第2章 聚合物的凝聚态结构,液晶态 (Liquid Crystal) 高分子合金 (Polymer Alloy),液晶现象是1888年奥地利植物学家莱尼茨尔（F. Reinitzer）在研究胆甾醇苯甲酯时首先观察到的现象。他发现，当该化合物被加热时，在145 和179时有两个敏锐的“熔点”。在145时，晶体转变为混浊的各向异性的液体，继续加热至179时，体系又进一步转变为透明的各向同性的液体。,液晶的发现,研究发现，处于145和179之间的液体部分 保留了晶体物质分子的有序排列，因此被称为“流 动的晶体”、“结晶的液体”。1889年，德国科学家将处于这种状态的物质命名为“液晶”（liquid crystals，LC）。 研究表明，液晶是介于晶态和液态之间的一种热力学稳定的相态，它既具有晶态的各向异性，又具有液态的流动性。,液晶有小分子液晶和高分子液晶, 液晶高分子具有高强度、高模量、高流动性,2.4 液晶态结构 Liquid Crystal,液晶态是物质的一种存在形态, 它具有晶体的光学各向异性, 又具有液体的流动性质, 又称之为介晶态,液晶的化学结构与分类,不论高分子还是小分子液晶，形成有序流体都必须具备一定条件，从结构上讲，称其为液晶基元 液晶基元包括棒状(条状)、盘状或双亲性分子 棒状(或条状) 长径比大于4 盘状 轴比小于1/4 双亲性分子 有特殊的相互作用力,MBBA C22oN47oI,5CB C18oN36oI,O,N=N,CH3 -(CH2)2 - O,CN,Tail Core Tail,Core Tail,棒状液晶核,O-(CH2)2 CH3,CH3 -(CH2)2 - O,CH3 -(CH2)2 - O,O-(CH2)2 CH3,O-(CH2)2 CH3,Core,Tail,盘状液晶核,描述液晶有序性序参数S,液晶分子具有沿某一方向的取向，这个方向一般称为指向矢n,取向序(方向序) 平动序(位置序),Orientational Translational,有序(性)的类型：,两种有序状态：取向序与位置序,None Orientational Translational,Orientational,+,液晶的分类,按液晶基元所在位置分： 主链液晶 侧链液晶 主侧链液晶,按液晶形成的条件分类,溶致液晶： 液晶物质溶于溶剂所得到的液晶 核酸，蛋白质，芳族聚酰胺PBT, PPTA (Kevlar) 和聚芳杂环PBZT, PBO 热致液晶： 液晶物质加热熔融形成的液晶 共聚酯， 聚芳酯Xydar, Vector, Rodrum,按液晶核的排列分类,棒状 向列相N：只有方向序无位置序 近晶A相SA：有位置序和方向序 近晶C相SC：有位置序和方向序且既有层面的法向方向又有晶核的共分方向 盘状 向列相 (Discotic N) DN 柱相,向列相 (nematic),只有方向序，没有位置序,近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶结构的一类，棒状分子互相平行排列成层状结构。分子的长轴垂直于层状结构平面。层内分子排列具有二维有序性。但这些层状结构并不是严格刚性的，分子可在本层内运动，但不能来往于各层之间。层状结构之间可以相互滑移，而垂直于层片方向的流动却很困难。,近晶型液晶（smectic liquid crystals，S）,这种结构决定了近晶型液晶的粘度具有各向异 性。但在通常情况下，层片的取向是无规的，因 此，宏观上表现为在各个方向上都非常粘滞。 根据晶型的细微差别，近晶型液晶还可以再分 成9个小类。按发现年代的先后依次计为SA、 SB 、 SI。,近晶A相 (smectic),有位置序和方向序，但在层内无序,近晶C相,有位置序和方向序，但方向矢与位置矢有夹角,盘状,除了刚性部分均呈长棒型结构的液晶分子外，还有一类液晶是由刚性部分呈盘型的分子形成。在形成的液晶中多个盘型结构叠在一起，形成柱状结构。这些柱状结构再进行一定有序排列形成类似于近晶型液晶。这一类液晶通常记为D。,胆甾型：分子是长而扁平的。它们依靠端基的作用，平行排列成层状结构，长轴与层片平面平行。 层内分子排列与向列型类似，棒状分子分层平行排列，在每个单层内分子排列与向列型相似，相邻两层中分子长轴依次有规则地扭转一定角度，分子长轴在旋转3600后复原。 两个取向相同的分子层之间的距离称为胆甾型液晶的螺距。,胆甾型,胆甾型液晶(Cholesteric liquid crystals，Ch),2.4.4 液晶的应用,液晶原位增强聚合 液晶显示 LCD- Liquid crystal display 液晶纺丝： 在低牵伸倍数下获得高度取向、高性能纤维,1975年，Meyer等人从理论和实践上证明了手 性近晶型液晶（Sc*型）具有铁电性。这一发现的 现实意义是将高分子液晶的响应速度一下子由毫秒 级提高到微秒级，基本上解决了高分子液晶作为图 像显示材料的显示速度问题。液晶显示材料的发展 有了一个突破性的进展。,铁电性. ferroelectricity. 某些非导电晶体或电介质自发产生电极化的性质，极化方向随外加电场的方向而改变。,铁电性高分子液晶,高分子液晶信息贮存示意图,向列型晶体,完全透过,没有信息记录,局部温度升高,各向同性,不透光的固体,信号被记录,失去有序度,信息贮存介质,照相机快门板,接插件,耳机部件,在无外场(电、磁、剪切)作用情况下，液晶存在多个局部取向场。两个局部取向场的结合部称为旋错,液晶在偏光显微镜下呈现Schlieren Texture，可观察到许多黑刷子，相当于球晶的Maltese十字。黑刷子的交汇点为液晶不同取向场的交汇处即旋错,旋错,Bis(heptyloxyphenyl 2,5-thiophenedicarboxylate,2.5 高分子合金的织态结构,高分子合金又称多组分聚合物，在该体系中存在两种或两种以上不同的聚合物，不论组分是否以化学键相连接 聚合物共混物 (blend): PVC+CPE, PP+SBS, PP+EPPM etc. 嵌段共聚物 (block copolymer): SBS, SAN 接枝共聚物 (graft copolymer): ABS 互穿网络IPN Interpenetrating network,高分子合金的相容性,Compatibility and Miscibility DG = DH TDS 增容作用 相容性的表征 共溶剂法 透明性 分散相形态 (TEM, SEM) 玻璃化温度Tg,高分子合金的形态,高分子合金的结构与性能,尼龙6/聚丙烯 分散相尺寸几个甚至十几个mm 乙烯-丙烯-降冰片烯三元共聚物(EPDM)弹性体/