液晶高分子材料科普论文

1、主题液晶高分子材料科学论文学院名化学工业学院导师胡清华大职业讲师等级的高分子材料和工序142等级学号20144580209学生的名字叫张明扬2018年1月目录1 .概要32 .高分子液晶材料的特性42.1取向方向的高拉伸强度和高弹性模量42.2突出的耐热性42.3低热膨胀系数42.4优异的阻燃性42.5优异的电气性能和成形加工性53 .高分子液晶的分类53.1主链型高分子液晶53.2侧链型高分子液晶64 .高分子液晶材料存在的主要问题74.1价格高74.2研究水平低74.3流程复杂84.4投资少85 .高分子液晶材料的研究现状95.1主链型液晶高分子的研究现状95.2侧链型高分子液晶的研究现状

2、106 .高分子液晶材料的研究进展和研究趋势116.1液晶高分子材料近年来的主要进展126.2高分子液晶材料的主要发展趋势127 .结语13摘要：本文总结了液晶高分子材料的研究现状，简要介绍了液晶高分子的发展历史、结构和性能，介绍了液晶高分子研究的新进展，简要阐述了液晶高分子在早期各领域的应用和潜在性能进展，并对液晶高分子存在的问题提出了建议。关键词：液晶高分子特性的研究倾向1 .概要液晶显示器(liquid crystal display )对很多人来说并不是新鲜的名词。 应用于很多领域，从电视到手机。 液晶现象是1888年奥地利植物学家f.reiser在研究胆固醇酸甲酯时最初发现的。 研究

3、表明，液晶是介于液体和结晶之间的特殊热力学稳定相状态，它具有结晶的各向异性和液体的流动性，液晶高分子是具有液晶性的高分子，多是小分子量的基结合而成，它是结晶状态，具有液体的流动性和结晶的各向异性特征。高分子液晶是指在熔融状态或溶液中具有液晶特性的高分子，这样的高分子在熔融状态或溶液中，另外一方面，分子在某种程度上显示出类似于结晶的规则排列. 能够形成液晶相的高分子通常由刚性部分和挠性部分构成，刚性部分多由芳香和脂肪的环状结构构成，在生物高分子中，含有手性基的螺旋结构也作为刚性体发挥作用，挠性部分多由通过旋转自如的d键连结的饱和链构成。 液晶高分子的制造是通过聚合反应连接包含刚性结构和柔软结构的

4、单体。 随着液晶相的形成，高分子的性能发生了变化，某种性能显着提高，出现了小分子液晶这样的特殊性能，它具有更有魅力的应用前景，成为研究的焦点。 高分子液晶是近十年来迅速兴起的新型高分子材料，具有高强度、高弹性模量、耐高温、低膨胀系数、低成形收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学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、薄膜和光纤被复层，作为电子设备、航空宇宙航空由于其优异的性能和广泛的应用前景，高分子液晶已成为目前高分子科学的魅力研究领域。二.高分子液晶材料的特性2.1取向方向的高拉伸强度和高弹性模量与柔性链高分子相比，在分子主链和侧链上具有介晶基的液晶高分子的特征

5、是在外力场上最容易发生分子链取向。 实验研究表明，液晶高分子处于液晶状态时，无论是熔液还是溶液都有一定的取向顺序。 液晶高分子液体在纺丝孔、模孔或流路中流动时，即使以低剪切速度得到的取向，在很多情况下，也不进行后拉伸，一般的柔软链高分子达到后拉伸的分子取向顺序。 因此，即使不添加增强材料，也能实现用十几%的玻璃纤维增强普通工程材料后的机械强度，显示出高强度、弹性模量高的特性。 例如Kevlar的比强度和比弹性率达到了钢的10倍。2.2突出的耐热性液晶高分子的介晶基多由芳香环构成，因此其耐热性相对突出。 例如Xydar的熔点为421，空气中的分解温度达到560，其热变形温度也达到350，比绝大多

6、数塑料高。 另外，液晶高分子具有高焊锡耐热性，例如Ekonol的焊锡耐热性为300340/60s .2.3低热膨胀系数由于液晶高分子具有高取向顺序，其流动方向的膨胀系数比普通的工程塑料低一位数，达到普通的金属水平，出现负值，例如Kevlar的热膨胀系数在-210-9K-1型的过程中不收缩或收缩2.4优异的阻燃性液晶高分子分子链由大量的芳香环构成，除了含有酰肼键的纤维外，难以燃烧，燃烧后碳化，显示聚合物的耐燃烧性的指标极限氧指数(LOI )相当高，例如Kevlar在火焰中尺寸稳定性优异，如果在其中添加少量的磷等，则液晶高分子的LOI2.5优异的电气性能和成形加工性液晶高分子具有高绝缘强度和低介电

7、常数，且两者都很少随温度变化，具有低导热和导电性能，体积电阻一般高至10138.m，耐电弧性也高。 另外，液晶高分子的熔融粘度随着剪切速度的增加而降低，流动性好，成形压力低，所以可以用普通的塑料加工设备注射或挤出成形，得到的产品的尺寸正确。3 .高分子液晶的分类3.1主链型高分子液晶主链型高分子液晶是指介晶基在主链中的高分子材料。 直到1970年代中期，多指天然高分子液晶材料。 杜邦公司首次获得聚芳香族酰胺溶液型主链型高分子液晶的性质以来，主链型高分子液晶材料的合成、结构和性能的关系和应用等有了很大的发展。根据液晶形成过程，主链型高分子液晶可分为溶液型主链高分子液晶和热熔型主链高分子液晶.3.

8、1.1溶液型主链高分子液晶研究最多的是聚芳香族酰胺类和聚芳香族杂环类的聚合物。 以酰胺为代表的一种溶液型高分子液晶通过非常强的溶剂，通常必须使用例如质量分数超过99%的浓硫酸等。除了多肽、聚芳香族酰胺、聚芳香族杂环系溶液的主链高分子液晶以外，纤维素及其衍生物也能形成溶液型液晶。主要用于超高强度、高弹性模量的纤维和薄膜的制造。 材料的高强度、高弹性模量在聚合物链的加工过程中，在几种特殊的溶剂中形成了各向异性向列液晶。3.1.2热熔型主链高分子液晶该高分子液晶材料与通常的高分子材料相比，有很大的性质差异。良好的热尺寸稳定性对通气性非常低的有机溶剂的耐性和强的水解耐性。基于热熔型主链液晶高分子的上述

9、性质，特别适合于综合上述各性质的情况. 可以在电子工业中制作高精度电路的多接点零件，另外，在制作容易流动和低翘曲也复杂的精密铸件的同时，还可以承受强溶剂。 除了在电子工业中的应用外，还可以用于化学工业中使用的阀门的制造等。3.2侧链型高分子液晶侧链型高分子液晶是指介晶基在聚合物侧链上的高分子液晶。与主链型高分子液晶相比，侧链高分子液晶的性质很大程度上依赖于介晶基，聚合物主链的性质的影响小。侧链型高分子液晶较好地将小分子液晶的性质和聚合物材料的性质一体化，是一种极有潜力的新材料。 例如，很多文献报道了侧链型高分子液晶在光信息存储、非线性光学、色谱等领域有应用价值。3.2.1溶液型侧链高分子液晶溶

10、液型侧链高分子液晶最重要的应用是制造：LB膜、SA膜、胶囊等特殊性能高分子膜材料。 该微胶囊可作为定点释放和缓释药使用。 另外，溶液型侧链高分子液晶也可以用于非线性光学元件和显示装置的制作。3.2.2热熔型侧链高分子液晶全息和光学透镜等方面有非常乐观的应用前景。即使使用侧链高分子液晶膜也能进行可逆的全息术。 全息术是记录被拍摄体反射(或透射)的光的所有信息(振幅、相位)的成像技术，通过参考光和被拍摄体反射的光的重叠和干涉来实现，该液晶膜与以往的卤化银感光液相比能够可逆地记录图像，效果也高4 .高分子液晶材料存在的主要问题虽然液晶高分子材料的研究领域广泛，应用广泛，但从多个文献和研究结果来分析，

11、整体上还存在普遍的问题。4.1价格高作为功能材料，液晶高分子有很多优点，目前，阻碍液晶高分子应用研究的主要原因是价格高，其主要原因是单体和溶剂成本高，因此，液晶高分子合成工业界今后寻找比较便宜的原料是最优先的事项。 随着低价格材料、低价格高分子材料和液晶高分子合金的研究，液晶高分子材料将取代现在使用的金属、非金属材料的一部分。 像天然高分子纤维素一样，找到适当的溶剂或制作适当的纤维素衍生物，就可以把这种天然高分子液晶挤出到各种应用领域。 另外，低价格聚合物和液晶高分子的合金可以大幅度降低材料价格，但对液晶性能的损失小。 随着研究的进展，生产规模的扩大和合成技术的改进有望逐渐得到解决。4.2研究

12、水平低海外： Flory等人利用晶格模型理论，Bosch等人利用分子理论法研究了高分子液晶的行为。 但是，因为其家族多是纵向的，所以想寻找能够说明所有液晶特性的理论模型的愿望至今还没有实现，理论和方法上有很多不完全的地方。 但工业上进入90年代，液晶高分子以前所未有的速度发展，美、日、欧洲等国家和地区致力于液晶高分子的开发和工业生产，新品种和应用领域正在扩大。国内：我国的液晶高分子研究始于1970年代初，但国外的说明很慢，至今在理论研究上取得了显着的成绩，某些方面的成果具有世界先进水平。 例如“刚性链侧链型液晶高分子”的概念的提案和关于其实证侧链型液晶高分子的WangW2arner理论的提案以

13、及黄勇等人进行了关于纤维素及其衍生物液晶的研究等。 但是，在液晶高分子的工业化过程中，由于各种原因国内水平与美、日、德等发达国家有很大差异。 到九十年代中期，国内没有一套液晶高分子工业化装置，只有很小的试验设备。 另外，中国的液晶高分子研究开发团队很分散，迄今为止令人满意的试制结果很少，在国内从事这一方面的科学家有望继续努力。4.3过程复杂液晶高分子的研究在技术上很复杂，这极大地限制了液晶高分子的研究和开发。吕程等2003年采用PHBHQ改性环氧树脂，材料韧性显着增加，环氧树脂的耐热性也显着提高。 突破以往的环氧树脂的强化以降低其他性能为代价是有限的，而且其分子水平的结构，可以参与固化反应的环

14、氧键也不需要考虑复合材料的界面适应性，是微观水平的复合改性。 但是，PHBHQ的制造工艺复杂，条件苛刻，如果能简化其制造工艺，环氧树脂就能应用于更广泛的领域。杜新宇等1993年研究的嵌段和接枝液晶高分子有助于有效改善原位复合材料界面的相互作用，提高产品性能。 但是，合成嵌段共聚物中，以液晶低聚物作为反应中间体的情况较多，因此，这种低聚物的反应性差，需要比较严格的反应条件和特殊的方法。4.4投资少由于缺乏经济实力，价格也很高，很难得到大量原料合成大量样品，很难开展测试和应用试验。随着我国经济实力的增强，液晶高分子国内市场需求量增加，国家主管部门和企业必须适应液晶高分子研究资金的投入，支持和重视液

15、晶高分子材料的开发。5 .高分子液晶材料的研究现状5.1主链型液晶高分子的研究现状主链型高分子液晶是指介晶基在主链中的高分子材料。 直到1970年代中期，多指天然高分子液晶材料。 杜邦公司首次获得聚芳香族酰胺溶液型主链型高分子液晶的性质以来，主链型高分子液晶材料的合成、结构和性能的关系和应用等有了很大的发展。 根据液晶形成过程，主链型高分子液晶可分为溶液型主链高分子液晶和热熔型主链高分子液晶.5.1.1溶液型主链高分子液晶研究最多的是聚芳香族酰胺类和聚芳香族杂环类的聚合物。 以酰胺为代表的一种溶液型高分子液晶通过非常强的溶剂，通常必须使用例如质量分数超过99%的浓硫酸等。 除了多肽、聚芳香族酰

16、胺、聚芳香族杂环系溶液的主链高分子液晶以外，纤维素及其衍生物也能形成溶液型液晶。 另外，最近的研究表明，2容易形成热熔型液晶的聚酯通过共聚，也得到溶液型主链型聚酯液晶，特别是非多肽类的合成聚合物，主要用于超高强度、高弹性模量的纤维和薄膜的制造。 材料的高强度、高弹性模量在聚合物链的加工过程中，在几种特殊的溶剂中形成了各向异性向列液晶。 这一应用不仅制造出超强的材料，还为高分子液晶研究提供了推动力。5.1.2热熔型主链高分子液晶该高分子液晶材料与通常的高分子材料相比，有很大的性质差异。(1)高分子液晶剪切粘度非常低，同时由于从各向同性向液晶状态的相变，粘度非常低(2)由于液晶高分子取向度变高，所以在取向方向上具有高机械强度(3)由于结晶度高，高分子液晶的吸湿率低，因此吸湿率引起的体积变化也非常小(4)主链高分子液晶的热尺寸稳定性也良好(5)热熔型主链高分子液晶的通气性非常低(6)还具有对有机溶剂的耐受性和较强的防水解能力。基于热熔型主链液晶高分子的上述性质，特别适合于综合上述各性质的情况. 例如，可以在