第07讲 液晶态与织态结构

1、第第2章章 聚合物的凝聚态结构聚合物的凝聚态结构 液晶态液晶态 (liquid crystal) 高分子合金高分子合金 (polymer alloy) 2.4 液晶态结构液晶态结构 liquid crystal o液晶态是物质的一种存在形态液晶态是物质的一种存在形态, 它具有晶体的它具有晶体的 光学各向异性光学各向异性, 又具有液体的流动性质又具有液体的流动性质, 又称又称 之为介晶态之为介晶态 2.4.1 液晶聚合物的结构与性能液晶聚合物的结构与性能 o一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后，一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后， 表观上虽然变成了具有流动性的液体物质，但表观上虽然变成

2、了具有流动性的液体物质，但 结构上仍然保持着晶体结构特有的一维或二维结构上仍然保持着晶体结构特有的一维或二维 有序排列，有序排列，形成一种兼有部分晶体和液体性质形成一种兼有部分晶体和液体性质 的过渡状态的过渡状态，这种中间状态称为液晶态。其所，这种中间状态称为液晶态。其所 处状态的物质称为液晶。处状态的物质称为液晶。 o液晶有小分子液晶和高分子液晶液晶有小分子液晶和高分子液晶, 液晶高分子具液晶高分子具 有高强度、高模量、高流动性有高强度、高模量、高流动性 2.4.2 液晶的发展历史液晶的发展历史 o1888年年, 奥地利植物学家奥地利植物学家f. reinitzer观察到胆甾醇观察到胆甾醇

3、酯具有双熔点现象酯具有双熔点现象, 而且从升温和降温到这两个熔而且从升温和降温到这两个熔 点之间呈现出不同的光学各向异性点之间呈现出不同的光学各向异性 o德国物理学家德国物理学家o. lehmann对其进行深入研究对其进行深入研究, 并发并发 明了光学显微镜热台和偏光显微镜明了光学显微镜热台和偏光显微镜, 初步阐明了其初步阐明了其 结构变化结构变化. o1960s，美国杜邦公司，美国杜邦公司(du ponts)先后推出了先后推出了pba (聚苯甲酰胺聚苯甲酰胺)及及kevelar纤维纤维(ppta, 聚对苯二甲酰聚对苯二甲酰 对苯二胺对苯二胺)，标志了液晶研究的工业化发展的开始，标志了液晶研究

4、的工业化发展的开始 pierre-gilles de gennes (1932- the nobel prize in physics 1991 for discovering that methods developed for studying order phenomena in simple systems can be generalized to more complex forms of matter, in particular to liquid crystals and polymers france 2.4.3 液晶的化学结构与分类液晶的化学结构与分类 o不论高分子还是小

5、分子液晶，形成有序流体都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，称其为必须具备一定条件，从结构上讲，称其为液晶液晶 基元基元 o液晶基元包括棒状液晶基元包括棒状(条状条状)、盘状或双亲性分子、盘状或双亲性分子 n棒状棒状(或条状或条状) 长径比大于长径比大于4 n盘状盘状 轴比小于轴比小于1/4 n双亲性分子双亲性分子 有特殊的相互作用力有特殊的相互作用力 ch3ochnc4h9 mbba c22on47oi 2.5nm 0.5nm 5cb c18on36oi c5h11cn 2nm rr r r r r r = h2n+1cncoo h2n+1cno h2n+

6、1cnocoo h2n+1cncoo 描述液晶有序性描述液晶有序性序参数序参数s o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 2 1 3cos1 2 s 液晶的分类 o按液晶基元所在位置分：按液晶基元所在位置分： n主链液晶主链液晶 n侧链液晶侧链液晶 n主侧链液晶主侧链液晶 按液晶形成的条件分类按液晶形成的条件分类 o溶致液晶：溶致液晶： n液晶物质溶于溶剂所得到的液晶液晶物质溶于溶剂所得到的液晶 n核酸，蛋白质，芳族聚酰胺核酸，蛋白质，芳族聚酰胺pbt, ppta (kevlar) 和聚芳杂环和聚芳杂环pbzt, pbo o热致液晶：热致液晶： n液晶物质加热熔融形成的液晶

7、液晶物质加热熔融形成的液晶 n共聚酯，共聚酯， 聚芳酯聚芳酯xydar, vector, rodrum 按液晶核的排列分类按液晶核的排列分类 o棒状棒状 n向列相向列相n：只有方向序无位置序：只有方向序无位置序 n近晶近晶a相相sa：有位置序和方向序：有位置序和方向序 n近晶近晶c相相sc：有位置序和方向序且既有层：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面的法向方向又有晶核的共分方向 o盘状盘状 n向列相向列相 (discotic n) dn n柱相柱相 向列相向列相 (nematic) 只有方向序，没有位置序只有方向序，没有位置序 近晶近晶a相相 (smectic) 有位置

8、序和方向序，有位置序和方向序， 但在层内无序但在层内无序 近晶近晶c相相 有位置序和方向序，但方向矢与有位置序和方向序，但方向矢与 位置矢有夹角位置矢有夹角 盘状 2.4.4 液晶的应用液晶的应用 o液晶原位增强聚合液晶原位增强聚合 o液晶显示液晶显示 lcd- liquid crystal display o液晶纺丝：液晶纺丝： n在低牵伸倍数下获得高度取向、高性能纤维在低牵伸倍数下获得高度取向、高性能纤维 照相机快门板照相机快门板 接插件接插件耳机部件耳机部件 2.5 高分子合金的织态结构高分子合金的织态结构 o高分子合金又称多组分聚合物，在该体系中高分子合金又称多组分聚合物，在该体系中

9、存在两种或两种以上不同的聚合物，不论组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分是否以化学键相连接 n聚合物共混物聚合物共混物 (blend): ppvc+cpe, pp+sbs, pp+eppm etc. n嵌段共聚物嵌段共聚物 (block copolymer): sbs, san n接枝共聚物接枝共聚物 (graft copolymer): abs n互穿网络互穿网络ipn interpenetrating network 高分子合金的相容性高分子合金的相容性 ocompatibility and miscibility od dg d dh td ds o增容作用增容作用 o相容性的表征相容性的表征 n共溶剂法共溶剂法 n透明性透明性 n分散相形态分散相形态 (tem, sem) n玻璃化温度玻璃化温度tg 高分子合金的形态 高分子合金的结构与性能 o尼龙尼龙6/聚丙烯聚丙烯 n分散相尺寸几个甚至十几个分散相尺寸几个甚至十几个m mm o乙烯乙烯-丙烯丙烯-丁二烯三元共聚物丁二烯三元共聚物(epdm)弹性体弹性体/聚丙烯聚丙烯 n当分散相尺寸在当分散相尺寸在0.20.5m mm范围内时，可使范围内时，可使pp在在-20和和 -40的无缺口抗冲强度分别提高的无缺口抗冲强度分别提高13和和17倍倍 osbs n可发生相分离，球状微区的