[工学]高分子液晶及复合材料.ppt

 第八章 高分子液晶及新型复合材料 超高强度功能高分子材料 聚合物结构与力学性能的关系 高强度纤维： 高分子链沿纤维轴向高度取向，或控制微晶大小及结晶度。 超拉伸工艺： 1）开始快速拉伸，中期缓慢拉伸 2）高压下通过狭长模具拉伸 3）局部拉伸及热处理法 4）取向，高结晶度 5）凝胶纺丝技术 6）液晶纺丝 7）碳纤维 8）工程塑料 超高弹性功能材料 纤维橡胶及粘合剂 主要品种：聚氨酯、环氧树脂、有机硅、聚硫橡胶、解聚橡胶、聚丁烯类等。 硬弹性纤维 液晶高分子 液晶的发现 奥地利植物学家莱尼茨尔测定有机物的熔点时，发现某些有机物（胆甾醇的苯甲酸脂和醋酸脂）熔化后会经历一个不透明的白色浑浊液体状态，并发出多彩的珍珠光泽，只有继续加热到某一温度才会变成透明清亮的液体。 德国物理学家莱曼使用附有加热装置的偏光显微镜对这些脂类化合物进行了观察。他发现，这类白而浑浊的液体外观上虽然属于液体，但却显示出各向异性晶体特有的双折射性。于是莱曼将其命名为“液态晶体”，这就是“液晶”名称的由来。? 液晶分子的结构 小分子液晶化合物一般可用下式表示： 式中长方框表示分子中的刚性环状结构，如1，4—苯基、2，6—茶环、1，4—环已基等；X和Y为刚性基团上的取代基，可为烷基、烷氧基、硝基、卤素等；L为两环之间的连接基，可以为酯基、酰胺基、偶氮基、氧化偶氮基、反式乙烯基等；环与环之间还可直接相连，如联苯、三联苯等。 液晶高分子是在一定条件下能以液晶相态存在的高分子。 形成液晶相结构的棒状小分子作为高分子结构单元的一部分同其它分子链段共同组成高分子链，那这种高分子就有可能呈现液晶状态。在高分子液晶中把这种具有一定长径比的结构单元称为“液晶基元”。液晶基元可以位于在高分子链的不同位置。 与小分子液晶相比，液晶高分子具有下列特性： 1）热稳定性大幅度提高； 2）热致性高分子液晶有较大的相区间温度； 3）粘度大，流动行为与一般溶液显著不同 构成：液晶基元 + 高分子链 液晶基元(mesogens) (rod-like , disk-like elements) must be incorporated into polymer chains 液晶高分子分类 液晶高分子分类 根据液晶基元在高分子中的位置，可以将液晶高分子分为两类： 主链为柔性分子链，侧链带有液晶基元的高分子称为侧链型液晶高分子 液晶基元位于聚合物主链上时称为主链型液晶高分子 根据液晶的生成条件，也可把它分为两类，把物质溶解在溶剂中所形成的液晶叫做溶致液晶，而把加热到其熔点或玻璃化温度以上形成的液晶称为热致液晶。 液晶高分子的结构类型 液晶有三种不同的结构类型：近晶型、向列型和胆甾型 液晶高分子的近晶型结构 液晶高分子的向列型结构 液晶高分子的胆甾型结构 根据高分子链中致晶单元的排列形式和有序性的不同，高分 子液晶可分为：近晶型、向列型和胆甾型。至今为止大部分高分子液晶属于向列型液晶。 主链型液晶大多数为高强度、高模量材料。 侧链型液晶大多数为功能性材料。 溶致性液晶和热致性液晶 热致性液晶（Thermotropic LC） 对于溶致性液晶，溶剂与高分子液晶分子之间 的作用起非常重要的作用。溶剂的结构和极性决定 了与液晶分子间的亲和力的大小，进而影响液晶分 子在溶液中的构象，能直接影响液晶的形态和稳定 性。控制高分子液晶溶液的浓度是控制溶液型高分 子液晶相结构的主要手段。 热致性高分子液晶 主链型热致性高分子液晶中，最典型最重要的 代表是聚酯液晶。 1963年，卡布伦敦公司（Carborundum Co） 首先成功地制备了对羟基甲酸的均聚物（PHB）。 但由于PHB的熔融温度很高（＞450℃），在熔融 之前，分子链已开始降解。所以并没有什么实用价 值。 由高分子液晶制备的高性能纤维 1．溶致性液晶高分子 A．芳香族聚酰胺  其中： 聚对苯酰胺（PPB或PBA） 早期在实验阶段曾以B纤维（Fiber B）商品名用于轮胎帘子线。 聚对苯二甲酰对苯二胺（PPD-T或PPTA） 1972年 美国杜邦公司以“kevlar”纤维的商品名问世。 Kevlar纤维强度:20g/d; 模量:～1000g/d 1978年 帝人公司推出一种共聚芳香聚酰胺，纤维的商品名为HM-50，现更名为“Tec