高分子液晶材料

1、高分子液晶材料高分子1101 田原 3110705027摘要：液晶高分子是在一定条件下能以液晶相态存在的高分子，高分子 化合物的功能特性和液晶相序的有机结合赋予了液晶高分子以 鲜明的个性和特色，以高强度、高模量、低热膨胀率、耐辐射和 化学药品腐蚀等优异性能开辟了特种高分子材料的新领域。在机 械、电子、航空航天等领域的应用已崭露头角，目前正向生命科 学、信息科学、环境科学蔓延渗透,并将波及其它科技领域。关键词：高分子液晶材料历史与发展 结构与性能一、概述液晶LCD ( Liqui d Crysta l Display )对于许多人而言已经不是 一个新鲜的名词。从电视到随身听的线控，它已经应用到了

2、许多 领域。液晶现象是18 88年奥地利植物学家F.Reintizer 在研究 胆甾醇苯甲酯时首先发现的。研究表明，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结合而成，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。二、液晶高分子材料的分类及其特性目前，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

3、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。1、主链型液晶高分子主链型高分子液晶是指介晶基元处于主链中的一类高分子材料。 在20世纪70年代中期以前，它们多是指天然大分子液晶材料。 自从Dupont公司首次获得聚芳香酰胺的溶液型主链型高分子液 晶性质的应用以来，主链型高分子液晶材料的合成、结构与性能 关系和应用等都得以很大发展。按液晶形成过程，主链型高分子 液晶可以分为溶液型主链高分子液晶和热熔型主链高分子液晶。a:溶液型主链高分子液晶其研究最多的则是聚芳香酰胺类和聚芳香杂环类聚合物。酰胺为 代表的一类溶液型高分子液晶而言，

4、就必须借助于极强的溶剂，例如，通常使用质量分数大于99%的浓硫酸等。除了聚肽、聚芳 香酰胺和聚芳香杂环类溶液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。主要用于制备超高强度、高模量的纤 维和薄膜。材料的高强度、高模量来源于聚合物链在加工过程中， 在一些特殊的溶剂中形成了各向异性的向列态液晶。b:热熔型主链高分子液晶其高分子液晶材料与普通的高分子材料相比，有较大的性质差 别。良好的热尺寸稳定性；透气性非常低；对有机溶剂的良好耐 受性和很强的抗水解能力。基于热熔型主链液晶高分子的上述性 质，它特别适用于上述各性质综合在一起的场合。在电子工业中 制作高精度电路的多接点部件，另外，易流动

5、和低曲翘也使得它 能制成较复杂的精密铸件，同时能抗强溶剂。除了电子工业中的 应用以外，它还可用于制备化学工业中使用的阀门等。2、侧链型高分子液晶侧链型高分子液晶是指介晶基元处于聚合物侧链上的一类高分 子液晶。与主链型高分子液晶相比，侧链高分子液晶的性质在较 大程度上取决于介晶基元，而受聚合物主链性质的影响较小。侧链型高分子液晶比较好地将小分子液晶性质和聚合物的材料 性质结为一体，是具有极大潜力的新型材料。例如，已有许多文 献报道侧链型高分子液晶在光信息储存、非线性光学和色谱等领 域具有应用价值。a:溶液型侧链高分子液晶溶液型侧链高分子液晶最重要的应用在于制备各种特殊性能高 分子膜材料，如:LB

6、膜、SA膜和胶囊。这种微胶囊可作为定点释 放和缓释药物使用。另外，溶液型侧链高分子液晶还可用于制作 非线性光学器件和显示装置。b:热熔型侧链高分子液晶在全息照相和光学透镜等方面有十分乐观的应用前景。用侧链高 分子液晶膜也可以进行可逆式全息成像。全息成像是一种记录被 摄物体反射（或透射）光中全部信息（振幅、相位）的成像技术，它 是通过一束参考光和物体反射出来的光叠加和干涉实现的，此液 晶膜同传统的卤化银感光液相比，它能可逆式地记录图像，而且 效果也更好。三、优异性a、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

7、分子，最突出 的特点是在外力场中容易发生分子链取向。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。如Kevlar 的比强度 和比模量均达到钢的十倍。b、突出的耐热性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。如Xy dar的熔点为421 C,空气中的分解温度达到560 C， 其热变形温度也可达350 C,明显高于绝大多数塑料。c、很低的热膨胀系数由于具有高的取向序，液晶高分子在其流动方向的膨胀系数要比 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。d、优异的阻燃性液晶高分子分子链由大量芳环

8、构成，除了含有酰肼键的纤维而 外，都特别难以燃烧，燃烧后产生炭化，表示聚合物耐燃烧性指 标一一极限氧指数(LOI)相当高。e、液晶高分子材料电性能和成型加工性优异LCP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,抗电弧性也较高。另外LCP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。历史现状发展追溯历史,人类关于液晶现象的研究已有上百年的记载。19 37年 Bawden和Pir ie在研究烟草花叶病病毒时，发现其悬浮液具有液 晶的特性，这是人们第一次发现生物高分子的液晶特性。

9、其后 1950年，El li ot t与Ambrose第一次合成了高分子液晶，溶致型 液晶的研究工作至此展开。195 6年Flory卿从理论上说明了高分 子液晶相的存在。50年代到70年代，美国Dupo nnt公司投入大 量人力才力进行高分子液晶发面的研究，取得了极大成就：19 59 年推出芳香酰胺液晶，但分子量较低；19 63年，用低温溶液缩聚 法合成全芳香聚酰胺，并制成阻燃纤维Nomex ； 1972年研制出强 度优于玻璃纤维的超高强、高模量的Kevlar纤维，并付注实用； 此后，高分子液晶的研究则从溶致型转向为热致型，在这一方面 Jackso n等作出了较大贡献，他们合成了对苯二甲酸已二

10、醇酯与 对羟基苯甲酸的共聚物，可注塑成型，这是一种模量极高的自增 强液晶材料。技术合成溶致性主链型液晶高分子又可分为天然 的(如多肽、核酸、蛋白质、病毒和纤维素衍生物等)和人工合 成的两类。前者的溶剂一般是水或极性溶剂；后者的主要代表是 芳族聚酰胺和聚芳杂环，其溶剂是强质子酸或对质子惰性的酰胺 类溶剂，并且添加少量氯化锂或氯化钙。这类溶液出现液晶态态 条件是：聚合物的浓度高于临界值；聚合物的分子量高于临 界值；溶液的温度低于临界值。小结：从应用领域分析，液晶高分子材料在电子电气行业中需求量最大 且发展迅速，主要用于接插件、开关、继电器、模塑印刷电路板、 光缆结构件、复合材料、机械手、泵/阀门组

11、件、功能件等，极 大地推动了液晶高分子技术及其它高新技术的发展。总而言之， 高分子液晶材料作为一种较新的材料，我们对它认识不够充分， 但可以相信的是，随着高分子液晶的理论日臻完善，其应用日益 广泛，人们不仅开发了大量的高强、高模以及具有显示和信息存 储功能的高分子液晶材料，同时还在不断探索在其他领域的应 用。其也将走入我们的生活，作为一种交叉学科的材料，其高性 能结构，信息记录，动能膜及非线性光学应用，值得我们去研究 和重视。参考文献郭玉国，张亚利，赵文元，孙典亭.高分子液晶材料的研究现 状及开发前景赵文元，王亦军.功能高分子材料化学M.北京:化学工业出 版社，1 99 6, 10王国建功能高

12、分子材料专著，华东理工大学出版社， 2006，08， 01王瑾菲，蒲永平，杨公安，杨文虎.高分子液晶材料硇应用及 发展趋势J，陶瓷.200 9 ( 03 )，16-18，50马会茹，段华军，唐红.液晶高分子分子复合材料的新进展.复合材料，2008，10 :18李岳株.高分子液晶材料及应用.科技论坛，2004，5:15韩式方.超级工程塑料一一新型高性能液晶高分子材料.化工设备设计，1999，34( 8):37Shenoy D K ， Thomsen D ， Amritha Srinivasan ， et a1 Car boncoated l iquid crystal elaslomer film for artifici al mu sc le appl icat ions Sensors and Actuators AJ: Physical ，2002，96( 2):l 84188YuYan lei.M akut oNak ano.T omik i Ike da.Ph t oind uce d ben ding and unbendi ng beharior of liquid cryst allin e gels and ela