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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划热致液晶材料的合成及其应用热致液晶高分子结构性能与应用热致液晶高分子结构性能与应用摘要：热致液晶高分子(TCLP)是一类重要的特种工程塑料，在航空航天军事和电子电气等领域有着广泛的应用。本文简要对热致液晶高分子的性能、合成方法以及应用作了重点阐述，总结其缺点并对其发展提出展望。关键词：热致性，液晶高分子，特种工程塑料，各向异性1引言液晶是一些化合物所具有的介于固态晶体的三维有序和无规液态之间的一种中间相态，又称介晶相，是一种取向有序流体，既具有液体的易流动性，又有晶体的双折射等各向异
2、性。1液晶高分子(LiquidCrystalPolymer，LCP)是具有液晶性的高分子，它们一般是由小分子液晶基元键合而成的。根据液晶相的形成条件，可分为溶致液晶高分子(lyotropicLCP，LLCP)和热致液晶高分子(tropicLCP，TLCP)。2热致液晶高分子20世纪70年代，DuPont公司著名的纤维Kevlar的问世及其商品化，开创了LCP研究的新纪元。然而由于Kevlar是在溶液中形成，需要特定的溶剂，并且在成形方面受到限制，人们便把注意力集中到那些不需要溶剂、在熔体状态下具有液晶性、可方便地注射成高强度工程结构型材及高技术制品的TLCP上。1975年Roviello首次报
3、道了他的研究成果。次年Jackson合成了第一个具有实用性的热致性芳香族共聚酯液晶1。TCLP属于特种工程塑料，拥有优秀的力学性能，较低的熔体粘度热膨胀系数和成型收缩率，出色的耐溶剂性和较低的吸水率，优良的阻隔性能以及能在高温下长期使用等的优秀性能。由于在熔融加工过程中容易发生分子链取向而产生部分微纤结构，从而赋予材料以类似纤维增强复合材料的形态和性质，因此被称为自增强塑料(self-reinforcingplastics)2。适于制造精度铸件，广泛应用于电子工业等领域。3热致液晶高分子的性能TCLP的分子结构与传统无规线团或者交联网络结构不同，是由长刚棒状的分子链组成当其从液晶态冷却至固态时
4、，分子链的高度取向排列会被保留了下来，形成特有的高度取向结构，并使性能具有各向异性3。力学性能熔融加工时，长刚棒状的分子链在剪切力的作用下将沿流动方向取向而产生部分微纤结构，从而赋予材料以类似纤维增强复合材料的形态和性质由于长刚棒状分子的松弛时间较长。这种高度取向的排列在冷却之后被保留了下来，TCLP也因此具有明显的自增强效应，表现出高强度高模量所以即使不添加增强材料，其强度和模量也能达到甚至超过某些玻纤增强材料的强度和模量。耐热性和阻燃性TCLP的长刚棒状分子链由大量芳环构成，分子链高度取向且相互作用力大，运动变得困难，致使耐热性突出。可以承受包括无铅焊接等的表面安装焊的高温，用于普通高分子
5、不适用的高温环境中。未填充的TLCP是V-O级(立即自动灭火)的阻燃剂，不需要添加其他会渗透出来的添加剂；燃烧时防出的烟和有毒气体非常的少4。成型加工性TCLP的分子链高度取向排列，分子链间无缠绕。在熔融加工时，熔体粘度低流动性好，十分有利于成型加工。因此一般可用普通的塑料加工设备来挤出或注射成型，特别适合制造薄壁和精密制品。此外，由于液晶态和固态之间的比容变化很小，在其流动方向上的热膨胀系数和成型收缩率都比一般塑料要低。1）突出的尺寸稳定性TCLP有着与玻璃和金属相近的低模缩和低膨胀系数，可以精确的模制元件和制造TLCP与玻璃或金属的接触件。另外，低的吸湿性也不会在尺寸上产生明显的变化。，在
6、加工成型过程中保证了制品尺寸的精确性和稳定性。2)低熔融粘度即使用于很薄的区域或结构复杂的元件，TLCP的加工性能也十分优良，并且可以用作普通热塑性高分子的加工助剂或填充量非常高原材料。3）填充容隙由于TLCP的低粘度，即使填料很多也可以保持宜加工性能，并且可以改善热性能和机械性能，改变各向异性，生产出一大批具有特殊用途、性能广泛的产品，开创了一个研究新领域。其他TCLP具有良好的绝缘性和低介电常数，而且两者基本都不会随温度而变化此外的抗电弧性也较高的分子链高度取向且相互作用力大致使结构致密，化学药品和气体难以渗透，从而显示出良好的耐化学药品性和气密性。1)抗化学药品性能即使在高温下TLCP也
7、不大受大多数溶剂、酸、碱的影响。即使经过30天的处理之后，其机械性能、质量和尺寸方面也没有明显的变化，水解稳定特别好，120下在水气中处理250小时性质也不会受到影响。2）低渗透性具有可以与其他任何可熔融加工的高分子阻隔材料相比拟的阻隔性能。3）优良的电性能TLCP的介电常数、介电强度、体电阻和电弧电阻在一个很宽的温度和频率范围内都可以与那些耐热性能好的聚合物相比甚至超过它们。4TLCP制品的结构与缺陷在TLCP材料的成型加工中,流动诱导取向影响着制品内部的结构和制品的性能5。1微纤结构大量理论研究指出,普通高分子材料的强度和模量远远低于高分子的理论强度和模量。与柔性链高分子比较,液晶高分子最
8、主要的特点是在力场中容易发生分子链取向,使高分子链呈伸直的刚性链构象,并形成高度有序的微纤结构,且分子间存在较强的相互作用,从而赋予了液晶高分子材料很高的拉伸强度和模量。皮芯结构TLCP制品有一个共同的特点就是流动取向造成制品的皮芯结构。图1为一个已被普遍证实了的注塑片材多层皮芯结构模型示意图。尽管注射流道的入口为平面结构的线浇口，但片材内的组织结构仍然呈三维的不均匀分布.在三个坐标方向上，可以观察到三层或四层结构的明显区别，其表面为极薄的皮层，由高度取向的微纤组织构成,微纤的直径约为1m；内部为芯层，其取向非常弱，甚至无取向，在皮层与芯层之间，根据制品厚度的不同，根据制品厚度的不同，既可以观
9、察到仅仅单一结构的中间层的薄壁制品结构分布，也可以观察到两个甚至三个中间层的厚壁制品结构分布。皮芯结构的最大缺点是各层之间脆弱的结合力,在大弯曲变形时,会导致片材迅速发生分层破坏。图1TCLP注塑制品内的多层三维皮芯结构模型各向异性由于TLCP具有分子链沿流动力场高度取向的特性，TLCP的成型制品的性能总是各向异性的，这是TLCP制品区别于大多数传统热塑性高聚物的一个非常显著的特征。用牌号为KU9221的TLCP挤出片材进行动态粘弹谱研究，发现这种片材的复数贮能剪切模量于室温条件下在平行()和垂直()于熔体流动方向上相差近三个数量级，其损耗因子tg相差近三倍。并从片材上的中心区(M)、边缘区(
10、R)和垂直于挤出方向截取哑铃型拉伸样条，发现它们之间的拉伸应力应变曲线相差很大，见图2。其中沿流动方向的片材边缘区的试样表现出最高的弹性模量、最大的拉伸强度和最小的拉伸断裂伸长率。.图2不同部位不同方向试样的拉伸应力-应变曲线热致液晶的应用研究进展摘要：热致液晶是一种通过加热纯的化合物形成的液晶。由于其具有的高强度、低粘度、介电各向异性等特点，在机械工业、电子工业等多个领域应用广泛。本文介绍了其在通用工程塑料、“原位复合”材料、碳纳米管方面的应用。关键词：热致液晶；通用工程材料；原位复合材料；碳纳米管ResearchDevelopmentofThermotropicLiquidCrystals
11、Abstract：Thermotropicliquidcrystalsareformedbyheatingthecrystalofapureofhighstrength,lowviscosity,dielectricanisotropy,thermotropicliquidcrystalsarewidelyusedinmanyfieldssuchasengineeringindustryandelectronicsarticledescribestheapplicationofgeneralengineeringplastics,In-situcomposites,carbonnanotube
12、s.Keywords：Thermotropicliquidcrystals；generalengineeringplastics；In-situcomposites；carbonnanotubes.1引言从高有序的晶体通过融化或溶解过渡到各向同性的液体可以经过多级中间态，这些过渡状态是热力学上的稳定态，被称为“液晶相”或者“介晶相”。液晶态既可以通过加热纯的化合物获得，也可以通过改变双亲性分子在水溶液中的浓度和温度得到；前者被称为热致液晶，后者被称为溶质液晶。在热致液晶中，分子形状的各向异性及分子内不同化学结构单元之间的微相分离作用是形成液晶态的主要驱动力。形状各向异性的分子倾向于平行地排列起
13、来，从而最有效地占据空间，这样既获得了长程的取向序，如向列相，分子仅表现出取向序，而又不具有长程的位置序。进一步，当分子内化学结构不同的各部分之间的微相分离作用使得分子内性质不同的结构单元彼此分离地聚集起来，便形成了具有一维、二维乃至三维位置序的复杂液晶态结构，如各种近晶相及结构更为复杂的立方相等。如今，热致液晶研究涉及化学、物理、工程等多个领域。由篇幅所限，本文仅简要介绍热致液晶在通用工程塑料、“原位复合”材料、碳纳米管三个方面的应用情况。2热致液晶的应用热致液晶高分子增加通用工程塑料强度的应用工程塑料是工程上应用的塑料或可做工程材料的塑料。一般将长期使用温度在100-150范围内的称“通用
14、工程塑料”，主要有聚酞胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚和热塑性聚酯。这些材料产量大，历史悠久，使用起来具有一定的特殊性能，但不能满足一些特殊场合的强度、硬度、耐热性等要求。热致液晶高分子在熔融加工过程中，刚性棒状分子容易沿受力方向取向形成足够长径比的微纤，这些微纤的直径小，比表面积大，可均匀地包络在基体中，形成增强骨架，这些骨架类似于混凝土中的钢筋，玻璃钢中的玻璃纤维，能像钢筋、玻璃纤维一样起承受应力和分散应力的作用。另一方面，微纤可以作为结晶聚合物的成核剂，诱发基体聚合物在微纤表面成核、生长，最后形成横穿晶横穿晶的存在既有利于界面应力的分散、传递，又有利于共混体系整体强度的提高。在加工过程中，由
15、于热致液晶高分子特殊的结构及其液晶性质，TLCP可自发地沿流动方向取向，在原位形成增强纤维，产生明显的剪切变稀行为和自增强效果，从而使复合材料的力学性能和加工性能同时得到改善。利用TLCP增强通用工程塑料的高强度、耐热、耐腐蚀、耐候及良好的加工性能，可应用于汽车工业、电子电气工业、机械工业、电动工具行业以及骨架材料和高强度元件等。热致液晶高分子/热塑性树脂在原位复合材料中的应用“原位复合”材料是继高性能热致液晶聚合物之后在材料科学领域内出现的又一类新型材料。原位复合材料是以热塑性树脂为基体，热致液晶高分子为增强剂，利用热致液晶聚合物易于自发取向成纤维或带状结构的特点，在共混熔融后拉伸或注射成型时，体系中的分散相TLCP在合适的应力作用下取向形成微纤结构，由于刚性分子链有较长的松弛时间，在熔体冷却时能被有效地冻结或保存在TP基体中，从而形成一种自增强的微观复合材料，即热致液晶原位复合材料。与传统的纤维增强复合材料相比，原位复合材料具有以下特点：增强相TLCP微纤是在加工过程中就地形成的，避免了加入纤维引起的熔体强度增加和对设备的严重磨损；微纤直径处于亚微米与纳米之间，远小于宏观纤维的直径，而且对理想的原位复合材料而言，其长
