高分子液晶材料課件

高分子液晶材料1888年，奧地利植物學(xué)家Reinitzer在顯微鏡中觀察到膽甾醇苯甲酸酯(俗稱膽固醇)在145.5℃時(shí)，熔化成一種霧濁液體，在178.5℃時(shí)，突然全部變成清亮的液體．當(dāng)冷卻時(shí)，先出現(xiàn)紫藍(lán)色，而后自行消失，物質(zhì)再呈混濁狀液體。1950年Flory曾預(yù)言會(huì)有高分子液晶，但當(dāng)時(shí)并沒有引起人們的注意，直到1960年代后期，液晶研究才擴(kuò)展到高分子領(lǐng)域。

例如：膽甾醇苯甲酸酯在178.5-145.5℃之間出現(xiàn)液晶態(tài)。液晶材料的歷史某些結(jié)晶熔化時(shí)，要經(jīng)過一種兼有液體和晶體的部分性質(zhì)的流體的過渡狀態(tài)。這種既有液體的流動(dòng)性，又有晶體的分子排列整齊、各向異性的狀態(tài)，叫做物質(zhì)的液晶態(tài)。液晶材料的定義（1）幾何因素：長(zhǎng)徑比≧6.4（2）分子間作用力：有特定基團(tuán)（3）鏈結(jié)構(gòu)：剛、柔結(jié)合。（與小分子液晶區(qū)別）

高分子液晶的結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)，可分兩類：a主鏈型：分子結(jié)構(gòu)模型X為

、，剛性部分Y為－C＝C－、－C≡C－、－N＝N－、－N＝N0－、－C＝N－，是擴(kuò)大剛性尺寸的基團(tuán)，使剛性單元的幾何形狀呈扁、平、長(zhǎng)的形狀。Z為－C00-、－COOR-和其它柔性鏈結(jié)構(gòu)等剛性部分（介晶單元）柔性部分（柔性間隔）介晶單元有相互作用，聚集排列呈一定方向，柔性間隔提供排列運(yùn)動(dòng)所需空間。b.側(cè)鏈型液晶----又稱梳型

主鏈為柔性分子鏈，側(cè)鏈含有介晶單元（似大串鞭炮）a.有一定的Tc，Tm～Tc區(qū)間為液晶態(tài)。b.各向異性：電、光、磁各向異性c.粘度

高分子液晶的性質(zhì)

高分子液晶的粘度特性很特別它具有獨(dú)特的流動(dòng)性，使液晶高分子加工過程中自動(dòng)取向，決定了液晶高分子材料（如纖維）具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐化性等優(yōu)良性能。a.熱臺(tái)偏光顯微鏡可觀察液晶色彩變化，透射和折射現(xiàn)象，各向異性、各向同性的轉(zhuǎn)變b.DSC差示掃描量熱儀c.X-射線衍射器d.激光小角散射儀e.粘度、密度變化、有關(guān)儀器。液晶研究和結(jié)構(gòu)表征手段1、聚芳族酰胺類其代表是Kevlar和Kevlar49，1972年2月投入工業(yè)化生產(chǎn)。Kevlar是聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺，是溶致性液晶。高分子液晶的分類及合成路線溶劑：六甲基磷酰胺二甲基乙酰胺Kevlar纖維

將單體在上述溶劑中進(jìn)行溶液縮聚，脫除縮聚溶劑后，將Polymer溶解在濃硫酸中配成紡絲液，該液在室溫時(shí)為固體，在一定濃度下（20%wt），80℃以上成光學(xué)各向異性溶液，為液晶溶液，粘度低，用于濕法紡絲，在低溫凝固浴中成型，即得Kevlar的液晶纖維，是高強(qiáng)度、高模量纖維。物質(zhì)理論強(qiáng)度實(shí)際強(qiáng)度尼綸－66150～200GPa3～5GPaKevlar200GPa130GPa

液晶纖維的實(shí)際強(qiáng)度可達(dá)到理論強(qiáng)度的90％，普通纖維只為10％。

Kevlar的抗張強(qiáng)度是同等重量鋼材的5倍，是鋁的10倍，被稱為“夢(mèng)的纖維”。波音767使用了3噸Kevlar49與石墨纖維混雜的復(fù)合材料，機(jī)身減重1噸，比波音727耗油節(jié)省30%。導(dǎo)彈殼體材料、防彈材料。2、全芳族聚酯：Xydar（賽達(dá)）84年工業(yè)化（達(dá)特柯公司），Xydar是熱致性液晶高分子，已商品化，是唯一工業(yè)化的熱致性高分子液晶，具有耐高溫、耐酸、耐溶劑、耐紫外線、不脫氣，高強(qiáng)度、高模量、熱塑性、易加工等特點(diǎn)。（試分析其結(jié)構(gòu)）Xydar+或+（Cl)或3、聚酯型：Xydar是全芳族聚酯，它和Kevlar問世后，引起世界各國(guó)高分子專家和材料工作者的極大興起，紛紛參與高分子液晶的研究工作，而且集中在聚酯型：變換這一部分的東西較多4、西夫堿型：++液晶發(fā)現(xiàn)于1888年，此后一直有人從事這方面的研究，到30年代人們對(duì)液晶現(xiàn)象曾進(jìn)行了廣泛地研究，取得許多成果，但由于當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)力水平低，未能得到應(yīng)用。（這一階段的研究屬于基礎(chǔ)理論研究，其有戰(zhàn)略意義）1960年代中期：液晶（小分子的）開始用于

（屬應(yīng)用研究）電子工業(yè)、航空、激光、微波、超聲波、全息、照相、核磁共振、氣液色譜。1967年R.Williams發(fā)表了液晶的電光效應(yīng)后，液晶受到廣泛地重視，大大擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，如液晶顯示技術(shù)等。高分子液晶的應(yīng)用概況1960年代后期，液晶研究才擴(kuò)展到高分子領(lǐng)域。1972年：Kevlar、Kevlar49工業(yè)化，開辟高分子液晶研究和應(yīng)用的新時(shí)期。1984年Xydar被公布于世，是美國(guó)Dact（達(dá)特）公司等開發(fā)的，1984年建成年產(chǎn)2000萬磅∕年的工廠并投產(chǎn)。目前得到廣泛應(yīng)用的液晶高分子，僅有Kevlar和Xydar等少數(shù)品種，屬高技術(shù)產(chǎn)品，用于飛機(jī)、導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)材料，輪胎簾子線、船殼、軍事構(gòu)件、防彈服、電器、汽車、醫(yī)療設(shè)備等。Xydar可制成粒狀物，用通常的槽模注模成型，即用常規(guī)設(shè)備加工成型，可代替金屬、陶瓷。?。焊檱?guó)外的Kevlar高技術(shù)，ⅱ創(chuàng)新、基礎(chǔ)、研究、自從1972年Kevlar纖維問世，我國(guó)在高分子液晶研制上也傾注了不少的力量。在溶致性液晶方面1973年中科院化學(xué)所開始研制芳綸1414（就是Kevlar）高分子液晶的研究概況和前景1980年實(shí)驗(yàn)室成功，進(jìn)行了成果鑒定。1975年清華大學(xué)高分子教研室開始研制芳綸14（即Kevlar-49）1984年清華用新工藝成功的研制出超高分子量的芳綸樹脂，有些性能超過了美國(guó)的Kevlar1973年上海合成纖維研究所開始研制芳綸1414，并進(jìn)行了濕法紡長(zhǎng)絲小試驗(yàn)。1977年6月，該所和上海合成樹脂研究所協(xié)作研制芳綸14，1978年10月制出少量纖維。在熱致性液晶方面：1981年下半年，中科院化學(xué)所開始研究熱致性液晶共聚芳酯（Xydar）1983年5月國(guó)家科委與該所簽訂了“新型芳族共聚酯的研究”。同年華東化工學(xué)院、華東紡織學(xué)院、上海紡織科研所都在研究，以上研究取得了不少成績(jī)，但至1986年工業(yè)化還未成功。這一情況，反映了我國(guó)的工業(yè)開發(fā)能力較弱，應(yīng)該扭轉(zhuǎn)這一局面，搞好科研成果轉(zhuǎn)讓。1988年1月6日《光明日?qǐng)?bào)》報(bào)道：“我國(guó)一直依賴進(jìn)口，每年花近200萬美元外匯的液晶材料已由清華大學(xué)與石家莊京華特種材料研究所共同研制成功，并已形成批量生產(chǎn)力，通過電子部鑒定”?！痘ば滦筒牧稀?999年4月“制備高粘度芳綸亞型聚合物的新技術(shù)”

液晶顯示器（LiquidCrystalDisplay；簡(jiǎn)稱LCD）有體積小、質(zhì)量輕、厚度薄、耗電低、不閃爍、無輻射等眾多優(yōu)點(diǎn)。[1]杜新宇,張慧卿,周其癢.高分子通報(bào)[J],1997,(3):162～165.

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