高分子液晶論文

1、精選文檔題 目 液晶高分子材料科普論文 學院名稱 化學化工學院 指導老師 胡清華 職 稱 講師 班 級 高分子材料與工程142班 學 號 20144580209 同學姓名 張明揚 2018年1月名目一.概述3二.高分子液晶材料的特性42.1 取向方向的高拉伸強度和高模量42.2突出的耐熱性42.3很低的熱膨脹系數(shù)42.4優(yōu)異的阻燃性42.5優(yōu)異的電性能和成型加工性5三. 高分子液晶的分類53.1主鏈型高分子液晶53.2側鏈型高分子液晶6四.高分子液晶材料存在的主要問題74.1價格高74.2爭辯水平低74.3工藝簡單84.4投資少8五.高分子液晶材料的爭辯現(xiàn)狀95.1主鏈型液晶高分子的爭辯現(xiàn)狀9

2、5.2側鏈型高分子液晶的爭辯現(xiàn)狀10六 .高分子液晶材料的爭辯進展和爭辯趨勢116.1液晶高分子材料幾年來的主要進展126.2高分子液晶材料的主要進展趨勢12七.結束語13摘要：本文綜述了液晶高分子材料的爭辯現(xiàn)狀，包括簡潔介紹了液晶高分子的進展歷史，結構及性能，介紹了液晶高分子爭辯的新進展，對液晶高分子早各個領域的應用和潛在的性能進展做了簡要的闡述，并針對液晶高分子存在的問題提出了相應的建議。關鍵詞：液晶高分子 特性 爭辯趨勢一.概述液晶 LCD（Liquid Crystal Display）對于很多人而言已經不是一個新穎的名詞。從電視到隨身聽的線控，它已經應用到了很多領域。液晶現(xiàn)象是1888

3、年奧地利植物學家F.Reintizer在爭辯膽甾醇苯甲酯時首先發(fā)覺的。爭辯表明，液晶是介于液體和晶體之間的一種特殊的熱力學穩(wěn)定相態(tài)，它既具有晶體的各相異性，又有液態(tài)的流淌性，液晶高分子就是具有液晶性的高分子，大多數(shù)由小分子量基元鍵結合而成，它是一種結晶態(tài)，既具有液體的流淌性又具有晶體的各向異性特征。高分子液晶是指在熔融狀態(tài)或溶液中具有液晶特性的高分子，即該類高分子在熔融狀態(tài)或溶液中，一方面，在肯定程度上分子呈類似于晶體的有序排列；另一方面，又具有各項同性液體的流淌性。能夠形成液晶相的高分子通常由剛性部分和柔性部分組成，剛性部分多由芳香和脂肪環(huán)狀結構構成，在生物高分子中，含有手性基團的螺旋結構也

4、具有剛性體的功能，柔性部分則多由可以自由旋轉的d鍵連接起來的飽和鏈構成。液晶高分子的制備是將含有剛性結構和柔性結構的單體通過聚合反應連接起來。由于液晶相的形成，使得高分子的性能發(fā)生變化，某些性能顯著提高，并消滅類似于小分子液晶的特殊性能，從而使其具有更為迷人的應用前景，成為一個爭辯熱點。高分子液晶是近十幾年快速興起的一類新型高分子材料, 它具有高強度、高模量、耐高溫、低膨脹系數(shù)、低成型收縮率、低密度、良好的介電性、阻燃性和耐化學腐蝕性等一系列優(yōu)異的綜合性能, 作為液晶自增加塑料、高性能纖維、板材、薄膜及光導纖維包覆層, 被廣泛應用于電子電器、航天航空、國防軍工、光通訊等高新技術領域以及汽車、機

5、械、化工等國民經濟各工業(yè)部門。正是由于其優(yōu)異的性能和寬敞的應用前景, 使得高分子液晶成為當前高分子科學中頗有吸引力的一個爭辯領域。二.高分子液晶材料的特性2.1 取向方向的高拉伸強度和高模量與柔性鏈高分子比較，分子主鏈或側鏈帶有介晶基元的液晶高分子，最突出的特點是在外力場中簡潔發(fā)生分子鏈取向。試驗爭辯表明，液晶高分子處于液晶態(tài)時，無論是熔體還是溶液，都具有肯定的取向序。當液晶高分子液體流經噴絲孔，?？诨蛄鞯?，即使在很低剪切速率下獲得的取向，在大多數(shù)狀況下，不再進行后拉伸就能達到一般柔性鏈高分子經過后拉伸的分子取向序。因而即使不添加增加材料，也能達到甚至超過一般工程材料用百分之十幾玻纖增加后的機

6、械強度，表現(xiàn)出高強度高模量的特性。如Kevlar的比強度和比模量均達到鋼的十倍。2.2突出的耐熱性由于液晶高分子的介晶基元大多由芳環(huán)構成，其耐熱性相對比較突出。如Xydar的熔點為421，空氣中的分解溫度達到560，其熱變形溫度也可達350，明顯高于絕大多數(shù)塑料。此外液晶高分子有很高的錫焊耐熱性，如Ekonol的錫焊耐熱性為30034060s。2.3很低的熱膨脹系數(shù)由于具有高的取向序，液晶高分子在其流淌方向的膨脹系數(shù)要比一般工程塑料低一個數(shù)量級，達到一般金屬的水平，甚至消滅負值，如Kevlar的熱膨脹系數(shù)為-2×10-9K-1型過程中不收縮或收縮很低，保證了制品尺寸的精確和穩(wěn)定。2.

7、4優(yōu)異的阻燃性液晶高分子分子鏈由大量芳環(huán)構成，除了含有酰肼鍵的纖維而外，都特殊難以燃燒，燃燒后產生炭化，表示聚合物耐燃燒性指標極限氧指數(shù)(LOI)相當高，如Kevlar在火焰中有很好的尺寸穩(wěn)定性，若在其中添加少量磷等，液晶高分子的LOI值可達40以上。2.5優(yōu)異的電性能和成型加工性液晶高分子具有高的絕緣強度和低的介電常數(shù)，而且兩者都很少隨溫度的變化而變化，并具有低的導熱和導電性能，其體積電阻一般可高達10138.m，抗電弧性也較高。另外液晶高分子的熔體粘度隨剪切速率的增加而下降，流淌性能好，成型壓力低，因此可用一般的塑料加工設備來注射或擠出成型，所得成品的尺寸很精確。3. 高分子液晶的分類3.

8、1主鏈型高分子液晶主鏈型高分子液晶是指介晶基元處于主鏈中的一類高分子材料。在20世紀 70 年月中期以前，它們多是指自然大分子液晶材料。自從Dupont 公司首次獲得聚芳香酰胺的溶液型主鏈型高分子液晶性質的應用以來，主鏈型高分子液晶材料的合成、結構與性能關系和應用等都得以很大進展。按液晶形成過程，主鏈型高分子液晶可以分為溶液型主鏈高分子液晶和熱熔型主鏈高分子液晶。3.1.1溶液型主鏈高分子液晶 其爭辯最多的則是聚芳香酰胺類和聚芳香雜環(huán)類聚合物。酰胺為代表的一類溶液型高分子液晶而言，就必需借助于極強的溶劑，例如，通常使用質量分數(shù)大于99%的濃硫酸等。除了聚肽、聚芳香酰胺和聚芳香雜環(huán)類溶液主鏈高分

9、子液晶以外，纖維素及其衍生物也能形成溶液型液晶。主要用于制備超高強度、高模量的纖維和薄膜。材料的高強度、高模量來源于聚合物鏈在加工過程中，在一些特殊的溶劑中形成了各向異性的向列態(tài)液晶。3.1.2熱熔型主鏈高分子液晶其高分子液晶材料與一般的高分子材料相比，有較大的性質差別。良好的熱尺寸穩(wěn)定性； 透氣性格外低； 對有機溶劑的良好耐受性和很強的抗水解力量?；跓崛坌椭麈溡壕Ц叻肿拥纳鲜鲂再|，它特殊適用于上述各性質綜合在一起的場合。在電子工業(yè)中制作高精度電路的多接點部件，另外，易流淌和低曲翹也使得它能制成較簡單的精密鑄件，同時能抗強溶劑。除了電子工業(yè)中的應用以外，它還可用于制備化學工業(yè)中使用的閥門等。

10、3.2側鏈型高分子液晶側鏈型高分子液晶是指介晶基元處于聚合物側鏈上的一類高分子液晶。與主鏈型高分子液晶相比，側鏈高分子液晶的性質在較大程度上取決于介晶基元，而受聚合物主鏈性質的影響較小。側鏈型高分子液晶比較好地將小分子液晶性質和聚合物的材料性質結為一體，是具有極大潛力的新型材料。例如，已有很多文獻報道側鏈型高分子液晶在光信息儲存、非線性光學和色譜等領域具有應用價值。3.2.1溶液型側鏈高分子液晶溶液型側鏈高分子液晶最重要的應用在于制備各種特殊性能高分子膜材料，如:LB 膜、SA膜和膠囊。這種微膠囊可作為定點釋放和緩釋藥物使用。另外，溶液型側鏈高分子液晶還可用于制作非線性光學器件和顯示裝置。3.

11、2.2熱熔型側鏈高分子液晶在全息照相和光學透鏡等方面有格外樂觀的應用前景。用側鏈高分子液晶膜也可以進行可逆式全息成像。全息成像是一種記錄被攝物體反射(或透射)光中全部信息(振幅、相位) 的成像技術，它是通過一束參考光和物體反射出來的光疊加和干涉實現(xiàn)的，此液晶膜同傳統(tǒng)的鹵化銀感光液相比，它能可逆式地記錄圖像，而且效果也更好。四.高分子液晶材料存在的主要問題雖然液晶高分子材料的爭辯領域廣泛，應用寬廣，但是從多篇文獻及爭辯結果來分析，整體上還存在一些普遍的問題。4.1價格高作為功能材料，液晶高分子 具有很多突出的優(yōu)點，目前阻礙液晶高分子應用爭辯的主要因素是價格較昂貴，其主要緣由是單體和溶劑成本高，所

12、以對液晶高分子合成工業(yè)界而言，今后查找相對較廉價的原料是頭等大事。隨著人們對一些低價格材料、低價格高分子材料與液晶高分子合金的爭辯，液晶高分子材料會代替目前使用的部分金屬、非金屬材料。如自然高分子纖維素， 若找到合適的溶劑或制成適當?shù)睦w維素衍生物， 可將這自然高分子液晶推向各個應用領域。此外，低價位聚合物與液晶高分子的合金可大大降低材料價格，而對液晶性能的損失較小。隨著爭辯的進展，生產規(guī)模的擴大及合成工藝的改進，可望逐步解決。4.2爭辯水平低國外：Flory等用格子模型理論，Bosch等用分子理論方法高分子液晶的行為進行了探討。但由于其門類縱多，欲找出一包羅萬象，能解釋一切液晶特性的理論模型的

13、愿望，至今仍未實現(xiàn)，在理論和方法上都有很多不夠完善的地方。但在工業(yè)上進入90年月，液晶高分子以前所未有的驚人速度進展，美、日、歐洲等國家和地區(qū)競相致力于液晶高分子的開發(fā)與工業(yè)生產，新的品種和應用領域不斷擴大。國內：我國的液晶高分子 爭辯始于七十年月初，相對于國外來說爭辯比較晚，至今在理論爭辯方面已取得顯著成果，某些方面的成就具有世界先進水平。如“剛性鏈側鏈型液晶高分子”概念的提出及其證明；有關側鏈型液晶高分子的WangW2arner 理論的提出；以及黃勇等人關于纖維素及其衍生物液晶的爭辯等。然而在液晶高分子 的工業(yè)化進程上，由于種種緣由國內水平與美、日、德等發(fā)達國家相比差距甚大。到九十年月中期

14、國內還沒有一套液晶高分子的工業(yè)扮裝置，只有一些小試設備。此外，我國液晶高分子爭辯開發(fā)隊伍分散，故到目前為止很少有滿足的中試結果，因而有待于國內從事這方面的科研工作者的連續(xù)努力。4.3工藝簡單液晶高分子爭辯在工藝上比較簡單，這很大程度上限制了液晶高分子的爭辯與開發(fā)。如呂程等在2003年接受 PHBHQ 改性環(huán)氧樹脂能顯著增加材料的韌性，并對環(huán)氧樹脂的耐溫性也有顯著的提高。突破傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂增韌就以降低其他性能為代價的局限性，且其分子級的結構，所含能參與固化反應的環(huán)氧鍵也不需要考慮復合材料的界面相容性問題，是一種微觀層次上的復合改性。但是 PHBHQ 的制備工藝簡單，條件苛刻，如能簡化其制備過程必將

15、能使環(huán)氧樹脂應用在更加廣泛的領域。杜新宇等在1993年爭辯的嵌段及接枝液晶高分子能夠有效地改進原位復合材料的界面的相互作用，對提高制品的性能有突出作用。但是，由于在合成嵌段共聚物時常以液晶齊聚物為反應中間體，而這種齊聚物的反應性較差，從而需要一些比較苛刻的反應條件和特殊的方法。4.4投資少由于缺乏經濟實力，價格又昂貴，故難于得到大量的原料去合成大批量樣品，很難開展測試和應用試驗。隨著我國經濟實力的增加，液晶高分子國內市場需求量的增加，國家主管部門及企業(yè)應對液晶高分子 爭辯資金投入的加大，要支持和重視液晶高分子材料的開發(fā)。五.高分子液晶材料的爭辯現(xiàn)狀5.1主鏈型液晶高分子的爭辯現(xiàn)狀主鏈型高分子液

16、晶是指介晶基元處于主鏈中的一類高分子材料。在20世紀 70 年月中期以前，它們多是指自然大分子液晶材料。自從Dupont 公司首次獲得聚芳香酰胺的溶液型主鏈型高分子液晶性質的應用以來，主鏈型高分子液晶材料的合成、結構與性能關系和應用等都得以很大進展。按液晶形成過程，主鏈型高分子液晶可以分為溶液型主鏈高分子液晶和熱熔型主鏈高分子液晶。5.1.1溶液型主鏈高分子液晶其爭辯最多的則是聚芳香酰胺類和聚芳香雜環(huán)類聚合物。酰胺為代表的一類溶液型高分子液晶而言，就必需借助于極強的溶劑，例如，通常使用質量分數(shù)大于99%的濃硫酸等。除了聚肽、聚芳香酰胺和聚芳香雜環(huán)類溶液主鏈高分子液晶以外，纖維素及其衍生物也能形

17、成溶液型液晶。另外，近期的爭辯工作表明2，簡潔形成熱熔型液晶的聚酯通過共聚，也能獲得一些溶液型主鏈型聚酯液晶，特殊是非聚肽類的合成聚合物，主要用于制備超高強度、高模量的纖維和薄膜。材料的高強度、高模量來源于聚合物鏈在加工過程中，在一些特殊的溶劑中形成了各向異性的向列態(tài)液晶。這一應用不僅可用于制備超強材料，也給高分子液晶爭辯供應了推動力。5.1.2熱熔型主鏈高分子液晶其高分子液晶材料與一般的高分子材料相比，有較大的性質差別。(1)高分子液晶具有低得多的剪切粘度，同時在由各向同性至液晶態(tài)的相轉變處，其粘度會有一個格外明顯的降低；(2)由于液晶高分子的取向度增加，使得它沿取向方向具有很高的機械強度；

18、(3)由于結晶程度高，高分子液晶的吸潮率很低，因此由于吸潮率引起的體積變化也格外??；(4)主鏈高分子液晶還具有良好的熱尺寸穩(wěn)定性；(5)熱熔型主鏈高分子液晶的透氣性格外低；(6)它還具有對有機溶劑的良好耐受性和很強的抗水解力量?；跓崛坌椭麈溡壕Ц叻肿拥纳鲜鲂再|，它特殊適用于上述各性質綜合在一起的場合。例如，在電子工業(yè)中制作高精度電路的多接點部件，另外，易流淌和低曲翹也使得它能制成較簡單的精密鑄件，同時能抗強溶劑。除了電子工業(yè)中的應用以外，它還可用于制備化學工業(yè)中使用的閥門等。5.2側鏈型高分子液晶的爭辯現(xiàn)狀側鏈型高分子液晶是指介晶基元處于聚合物側鏈上的一類高分子液晶。與主鏈型高分子液晶相比，

19、側鏈高分子液晶的性質在較大程度上取決于介晶基元，而受聚合物主鏈性質的影響較小。由于它的介晶基元多是通過柔性鏈與聚合物主鏈相接，其平動和轉動度的限制變?yōu)榭煽氐?，因此達到與相應小分子液晶具有同樣液晶行為是側鏈型高分子液晶爭辯的目標之一。側鏈型高分子液晶比較好地將小分子液晶性質和聚合物的材料性質結為一體，是具有極大潛力的新型材料。例如，已有很多文獻報道側鏈型高分子液晶在光信息儲存、非線性光學和色譜等領域具有應用價值。5.2.1溶液型側鏈高分子液晶為了有利于液晶相在溶液中形成，在溶液型液晶分子中一般都含有雙親活性結構。在溶液中當液晶分子達到肯定濃度時，這些兩親分子可以在溶液中聚集成膠囊，構成油包水，或

20、水包油結構；當液晶高分子濃度進一步增大時，分子進一步聚集，形成排列有序的液晶結構。作為溶液型側鏈高分子液晶，就是把雙親介晶基元接到聚合物鏈上，它在溶液中的性質與小分子液晶基本相同。溶液型側鏈高分子液晶最重要的應用在于制備各種特殊性能高分子膜材料，如:LB 膜、SA膜和膠囊。這種微膠囊可作為定點釋放和緩釋藥物使用。另外，溶液型側鏈高分子液晶還可用于制作非線性光學器件和顯示裝置。5.2.2熱熔型側鏈高分子液晶同溶液型側鏈高分子液晶一樣，熱熔型側鏈高分子液晶的介晶基元通過共價鍵與聚合物主鏈相連。由于這里聚合物主鏈只起到連接的作用而不參與液晶相的形成，因此使其能較完全地呈現(xiàn)小分子液晶的性質。側鏈高分子

21、液晶的非線性光學性質已經在某些領域中嶄露頭角，特殊是信息儲存，由于側鏈高分子玻璃化轉變的特點，信息可以長期地儲存，也可以隨時消退。此外，在全息照相和光學透鏡等方面也有格外樂觀的應用前景。同樣，用側鏈高分子液晶膜也可以進行可逆式全息成像。全息成像是一種記錄被攝物體反射(或透射)光中全部信息(振幅、相位) 的成像技術，它是通過一束參考光和物體反射出來的光疊加和干涉實現(xiàn)的，此液晶膜同傳統(tǒng)的鹵化銀感光液相比，它能可逆式地記錄圖像，而且效果也更好。除以上應用以外，側鏈型高分子液晶在色譜中也有重要的應用。它在形成高分子液晶相中的行為供應了合理設計低揮發(fā)、好熱穩(wěn)定性和高選擇液晶固定相的途徑。已有結果證明的聚

22、合物包括聚硅氧烷和聚丙烯酸酯類組成的側鏈型高分子液晶在分別順、反式脂肪酸甲基酯、雜環(huán)芳香化合物和多環(huán)芳烴等方面具有較一般固定相高的效率。六 .高分子液晶材料的爭辯進展和爭辯趨勢我國液晶高分子爭辯始于20世紀70年月初，1987年在上海召開的第一屆全國高分子液晶學術會議標志著我國高分子液晶的爭辯上了一個新的臺階。此后，全國高分子液晶態(tài)學術會議每兩年召開一次，共召開了8次。1994年在北京召開IUPAL國際液晶高分子會議，20世紀80年月周其鳳等提出了新的甲殼型液晶高分子的概念并從化學合成和物理性質等角度給出了明確的結論，得到了國內學者的關注。而北京高校在該爭辯始終處于領先地位，已成功合成了上百個

23、具有不同化學結構的甲殼型液晶高分子，并從不同的視角對其結構和性質開展了爭辯。6.1液晶高分子材料幾年來的主要進展1.合成出一系列含有各種新型介晶基元的液晶高分子，如柱狀(或碟狀)液晶分子、復合型液晶高分子以及剛性鏈側鏈型液晶高分子.2.部分液晶高分子品種已實現(xiàn)了工業(yè)化生產.基礎爭辯和應用基礎爭辯取得了顯著進展，如液晶高分子結構與性能關系；液晶高分子相變動力學和熱力學；液晶高分子的固態(tài)結構和結晶行為；溶致液晶高分子相圖；熱致液晶高分子加工流變學及其共混改性理論等，都取得了顯著進展.在此基礎上開發(fā)了復合材料和原位復合材料.3.新型功能液晶高分子的合成以及液晶高分子在外場作用下的液晶行為爭辯也取得發(fā)

24、顯著進展.液晶高分子雖然近年來有了快速的進展，但總體上還只是處于進展的初期.估計今后將會更蓬勃的進展.6.2高分子液晶材料的主要進展趨勢1.努力降低液晶高分子產品成本.主要途徑是擴大生產規(guī)模、查找和選用更廉價的單體、改進合成工藝和接受共混方法等.2.爭辯解決制品的各向異性如“焊縫”等問題.主要途徑有:改進模具設計和成型條件、玻纖增加和填料填充以及共混技術.3.大力進展分子復合材料和原位復合材料.4.進展功能液晶高分子，這主要是側鏈型液晶高分子，主要集中于聚硅氧烷類、聚丙烯酸酷類以及含有手性基團的液高分子，以及鐵電液晶高分子.其應用領域主要是光記錄和存儲材料、顯示材料、鐵電和壓電材料非線性光學材料以及具有分別功能的材料和光致變色材料.5.開發(fā)新的成型加工技術和新品種.七.結束語任何一種材料的開發(fā)都必需有完善的理論作基礎，都必需以滿足社會的進展需要為根本目的，同樣，高分子液晶也不例外。從已報道的大量文獻看,合成、表征及其性能測試方面的報道占主要地位，而理論方面探討性文章較少，因此有必要加強