液晶zhujunwei高分子材料的现状及研究进展.doc

学科论文 应用化学学科前言液晶高分子材料研究进展应化08-3班 朱俊伟 2008302073摘要：高分子液晶是近年来迅速兴起的一类新型高分子材料，它具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀率、低收缩率、耐化学腐蚀的特点。本文综述了液晶高分子材料的发展历史，结构及性能，详细介绍了液晶高分子材料的种类以及在各个领域的应用，和液晶高分子材料的潜在发展前景。关键词：功能高分子材料；液晶高分子材料；研究；应用0前 言功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类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，在合成或天然高分子原有力学性能的基础上，再赋予传统使用性能以外的各种特定功能（如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分类性能等）而制得的一类高分子。一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团，其功能性的显示往往十分复杂，不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构，还决定于高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等，后者对生物活性功能的显示更为重要。高分子液晶材料是近年来研究较多的一种功能高分子材料，它是介于液体和晶体之间的一种中介态，具有独特的结构与性能。1高分子液晶液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态，它既具有晶体的各相异性，又有液态的流动性，液晶高分子就是具有液晶性的高分子，大多数由小分子量基元键合而成，它是一种结晶态，既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性特征。在一定的温度范围内，有些物质的机械性能与各向同性液体相似；但是它们的光学性质却和晶体相似，是各向异性的。因此，这些介于液体和晶体之间的相被称为液晶相。2液晶高分子结构分类和特性2.1液晶高分子分类液晶高分子分类方法有三种。从液晶基元在分子中所处的位置可分为主链型和侧链型两类。从应用的角度可分为热致型和溶致型两类，这两种分类方法是相互交叉的，即主链型液晶高分子同样具有热致型和溶致型，而热致型液晶高分子又同样存在主链型和侧链型。从液晶高分子在空间排列的有序性不同，液晶高分又有近晶型、向列型、胆甾型三种不同的结构类型。2.1.1近晶型结构近晶型结构是所有液晶中具有最接近结晶结构的一类。这类液晶中，棒状分子依靠所含官能团提供的垂直于分子的长轴方向的强有力的相互作用，互相平行排列成层状结构，分子的长轴垂直于层片平面。在层内，分子排列保持着大量二维固体有序性，但是这些层片又不是严格刚性的，分子可以在本层内活动，但不能来往于各层之间，结果这类柔性的二维分子薄片之间可以相互滑动，而垂直于层片方向的流动则要困难。因此，近晶型液晶一般在各个方向都是非常粘滞的。2.1.2向列型结构此类液晶有相当大的流动性。因为这类液晶，棒状分子之间只是互相平行排列。但是他们的重心排列则是无序的，在外力作用下发生流动，很容易沿流动发祥取向，并且互相穿越。向列型液晶的棒状分子也仍然保持着与分子轴方向平行的排列状态，但没有近晶型液晶中那种层状结构。此种液晶仍然显示正的双折射性。此外与近晶型液晶相比，向列型液晶的粘度小，富于流动性。产生这种流动性的原因主要是由于向列型液晶各个分子容易顺着长轴方向自由移动。2.1.3胆甾型结构胆甾型液晶和近晶型液晶一样具有层状结构但层内的分子排列却与向列型液晶类似，分子长轴在层内是相互平行的。这类液晶比较突出的特点是各层的分子轴方向与邻接层的分子轴方向都略有偏移，液晶整体形成螺旋结构，螺距的长度与可见光波长数量级相同。胆甾型液晶的旋光性、选择性光散射和圆偏振光二色性等光学性质，就是由这种特殊的螺旋结构引起的。胆甾型液晶的光学性质与近晶型和向列型液晶有所不同，具有负的双折射性质。2.2液晶高分子的特性2.2.1取向方向的高拉伸强度和高模量绝大多数商业化液晶高分子产品都具有这一特性。与柔性链高分子比较，分子主链或侧链带有介晶基元的液晶高分子，最突出的特点是在外力场中容易发生分子链取向。实验研究表明，液晶高分子处于液晶态时，无论是熔体还是溶液，都具有一定的取向度。液晶高分子液体流经喷丝孔、模口、流道的时候，即使在很低剪切速率下获得的取向，在大多数情况下，不再进行后拉伸，就能达到一般柔性链高分子经过后拉伸的分子取向度。因而即使不添加增强材料也能达到甚至超过普通工程材料用百分之十几玻纤增强后的机械强度，表现出高强度高模量的特性。2.2.2耐热性突出由于液晶高分子的介晶基元大多由芳环构成，其耐热性相对比较突出。此外液晶高分子还有很高的锡焊耐热性。2.2.3热膨胀因数很低由于取向度高，液晶高分子在其流动方向的膨胀因数要比普通工程塑料低一个数量级，达到一般金属的水平，甚至出现负值，这样液晶高分子在加工成型过程中不收缩或收缩很低，保证了制品尺寸的精确和稳定。2.2.4阻燃性优异液晶高分子分子链由大量芳香环所构成，除了含有酰肼键的纤维外，都特别难以燃烧，燃烧后炭化，表示聚合物耐燃烧性指标极限氧指数(L0I)相当高，如Kevlar在火焰中有很好的尺寸稳定性，若在其中添加少量磷等，液晶高分子的L0I值可达40以上。2.2.5电性能和成型加工性优异液晶高分子绝缘强度高和介电常数低，而且两者都很少随温度的变化而变化，并导热和导电性能低，其体积电阻一般可高达101312in，抗电弧性也较高。另外液晶高分子的熔体粘度随剪切速率的增加而下降，流动性能好，成型压力低，因此可用普通的塑料加工设备来注射或挤出成型，所得成品的尺寸很精确。此外，液晶高分子具有高抗冲性和抗弯模量，蠕变性能很低，其致密的结构使其在很宽的温度范围内不溶于一般的有机溶剂和酸碱，具有突出的耐化学腐蚀性。当然，液晶高分子尚存在制品的机械性能各向异性、接缝强度低、价格相对较高等缺点，这些都有待于进一步的改进。3液晶高分子材料的种类和应用高分子液晶材料在制备超强高分子纤维和非线性高分子材料中也得到了应用。例如液晶显示器，高分子液晶LB膜。还可以运用到电子电器领域，汽车和机械工业领域以及光纤通讯领域。4液晶高分子材料的前景展望及结语从高分子液晶诞生到现在只有50多年的历史，是一门很年轻的学科。虽然高分子液晶是具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学腐蚀性等一系列优异的综合性能，作为液晶自增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层，被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。但目前对它的研究仍处于较低的水平，理论研究较狭隘，液晶高分子尚存在制品的机械性能各向异性、接缝强度低、价格相对较高等缺点，这些都有待于进一步的改进，所以高分子液晶仍是高分子科学研究的一个热点。但是，液晶高分子分子复合材料也有它的不足例如它的压缩强度远远低于碳纤维复合材料。这限制了它在高性能复合材料某些领域的应用。于是兼用两类纤维制造的复合材料以克服各自的缺点和发挥其优点已成为工业界的共识和实践。总而言之，液晶高分子作为一种较新的材料，人们对它的认识还不足，但随着液晶高分子的理论日臻完善，其应用也日益广。可以肯定，作为一门交叉学科，液晶高分子材料科学在高性能结构材料、信息记录材料、功能膜及非线性光学材料等方面的开发中必将发挥越来越重要的作用。相信，随着液晶高分子科学在我国的深人发展及现代化建设对新型材料的需求，以及随着我国高技术产业的成长壮大，液晶高分子的开发将会日益得到国家主管部门及企业的支持和重视，从而在不太长的时间内，在液晶高分子的合成、加工、应用的商业化方面必将赶上美日欧的先进水平。参考文献1 郭玉国,张亚利,赵文元.液晶高分子材料的研究现状及开发前景.青岛大学学.20002罗廷龄.液晶高分子材料的