高分子液晶材料课件

高分子液晶材料1888年，奥地利植物学家Reinitzer在显微镜中观察到胆甾醇苯甲酸酯(俗称胆固醇)在145.5℃时，熔化成一种雾浊液体，在178.5℃时，突然全部变成清亮的液体．当冷却时，先出现紫蓝色，而后自行消失，物质再呈混浊状液体。1950年Flory曾预言会有高分子液晶，但当时并没有引起人们的注意，直到1960年代后期，液晶研究才扩展到高分子领域。

例如：胆甾醇苯甲酸酯在178.5-145.5℃之间出现液晶态。液晶材料的历史某些结晶熔化时，要经过一种兼有液体和晶体的部分性质的流体的过渡状态。这种既有液体的流动性，又有晶体的分子排列整齐、各向异性的状态，叫做物质的液晶态。液晶材料的定义（1）几何因素：长径比≧6.4（2）分子间作用力：有特定基团（3）链结构：刚、柔结合。（与小分子液晶区别）

高分子液晶的结构根据结构，可分两类：a主链型：分子结构模型X为

、，刚性部分Y为－C＝C－、－C≡C－、－N＝N－、－N＝N0－、－C＝N－，是扩大刚性尺寸的基团，使刚性单元的几何形状呈扁、平、长的形状。Z为－C00-、－COOR-和其它柔性链结构等刚性部分（介晶单元）柔性部分（柔性间隔）介晶单元有相互作用，聚集排列呈一定方向，柔性间隔提供排列运动所需空间。b.侧链型液晶----又称梳型

主链为柔性分子链，侧链含有介晶单元（似大串鞭炮）a.有一定的Tc，Tm～Tc区间为液晶态。b.各向异性：电、光、磁各向异性c.粘度

高分子液晶的性质

高分子液晶的粘度特性很特别它具有独特的流动性，使液晶高分子加工过程中自动取向，决定了液晶高分子材料（如纤维）具有高强度、耐高温、耐化性等优良性能。a.热台偏光显微镜可观察液晶色彩变化，透射和折射现象，各向异性、各向同性的转变b.DSC差示扫描量热仪c.X-射线衍射器d.激光小角散射仪e.粘度、密度变化、有关仪器。液晶研究和结构表征手段1、聚芳族酰胺类其代表是Kevlar和Kevlar49，1972年2月投入工业化生产。Kevlar是聚对苯二甲酰对苯二胺，是溶致性液晶。高分子液晶的分类及合成路线溶剂：六甲基磷酰胺二甲基乙酰胺Kevlar纤维

将单体在上述溶剂中进行溶液缩聚，脱除缩聚溶剂后，将Polymer溶解在浓硫酸中配成纺丝液，该液在室温时为固体，在一定浓度下（20%wt），80℃以上成光学各向异性溶液，为液晶溶液，粘度低，用于湿法纺丝，在低温凝固浴中成型，即得Kevlar的液晶纤维，是高强度、高模量纤维。物质理论强度实际强度尼纶－66150～200GPa3～5GPaKevlar200GPa130GPa

液晶纤维的实际强度可达到理论强度的90％，普通纤维只为10％。

Kevlar的抗张强度是同等重量钢材的5倍，是铝的10倍，被称为“梦的纤维”。波音767使用了3吨Kevlar49与石墨纤维混杂的复合材料，机身减重1吨，比波音727耗油节省30%。导弹壳体材料、防弹材料。2、全芳族聚酯：Xydar（赛达）84年工业化（达特柯公司），Xydar是热致性液晶高分子，已商品化，是唯一工业化的热致性高分子液晶，具有耐高温、耐酸、耐溶剂、耐紫外线、不脱气，高强度、高模量、热塑性、易加工等特点。（试分析其结构）Xydar+或+（Cl)或3、聚酯型：Xydar是全芳族聚酯，它和Kevlar问世后，引起世界各国高分子专家和材料工作者的极大兴起，纷纷参与高分子液晶的研究工作，而且集中在聚酯型：变换这一部分的东西较多4、西夫碱型：++液晶发现于1888年，此后一直有人从事这方面的研究，到30年代人们对液晶现象曾进行了广泛地研究，取得许多成果，但由于当时的生产力水平低，未能得到应用。（这一阶段的研究属于基础理论研究，其有战略意义）1960年代中期：液晶（小分子的）开始用于

（属应用研究）电子工业、航空、激光、微波、超声波、全息、照相、核磁共振、气液色谱。1967年R.Williams发表了液晶的电光效应后，液晶受到广泛地重视，大大扩展其应用范围，如液晶显示技术等。高分子液晶的应用概况1960年代后期，液晶研究才扩展到高分子领域。1972年：Kevlar、Kevlar49工业化，开辟高分子液晶研究和应用的新时期。1984年Xydar被公布于世，是美国Dact（达特）公司等开发的，1984年建成年产2000万磅∕年的工厂并投产。目前得到广泛应用的液晶高分子，仅有Kevlar和Xydar等少数品种，属高技术产品，用于飞机、导弹结构材料，轮胎帘子线、船壳、军事构件、防弹服、电器、汽车、医疗设备等。Xydar可制成粒状物，用通常的槽模注模成型，即用常规设备加工成型，可代替金属、陶瓷。ⅰ：跟踪国外的Kevlar高技术，ⅱ创新、基础、研究、自从1972年Kevlar纤维问世，我国在高分子液晶研制上也倾注了不少的力量。在溶致性液晶方面1973年中科院化学所开始研制芳纶1414（就是Kevlar）高分子液晶的研究概况和前景1980年实验室成功，进行了成果鉴定。1975年清华大学高分子教研室开始研制芳纶14（即Kevlar-49）1984年清华用新工艺成功的研制出超高分子量的芳纶树脂，有些性能超过了美国的Kevlar1973年上海合成纤维研究所开始研制芳纶1414，并进行了湿法纺长丝小试验。1977年6月，该所和上海合成树脂研究所协作研制芳纶14，1978年10月制出少量纤维。在热致性液晶方面：1981年下半年，中科院化学所开始研究热致性液晶共聚芳酯（Xydar）1983年5月国家科委与该所签订了“新型芳族共聚酯的研究”。同年华东化工学院、华东纺织学院、上海纺织科研所都在研究，以上研究取得了不少成绩，但至1986年工业化还未成功。这一情况，反映了我国的工业开发能力较弱，应该扭转这一局面，搞好科研成果转让。1988年1月6日《光明日报》报道：“我国一直依赖进口，每年花近200万美元外汇的液晶材料已由清华大学与石家庄京华特种材料研究所共同研制成功，并已形成批量生产力，通过电子部鉴定”。《化工新型材料》1999年4月“制备高粘度芳纶亚型聚合物的新技术”

液晶显示器（LiquidCrystalDisplay；简称LCD）有体积小、质量轻、厚度薄、耗电低、不闪烁、无辐射等众多优点。[1]杜新宇,张慧卿,周其痒.高分子通报[J],1997,(3):162～165.

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