高分子液晶

液晶分子在空間的排列的物理結(jié)構(gòu)，在空間排列有序性的不同，可分為向列型、近晶型膽甾型、和碟型液晶四類。

①向列型結(jié)構(gòu)。在向列型結(jié)構(gòu)中分子相互間沿長軸方向保持平行，分子只有取向有序，但其重心位置是無序的，不能構(gòu)成層片。向列型液晶分子是一維有序排列，因而這種液晶有更大的運動性，其分子能上下、左右、前后滑動，有序參數(shù)值S值在0.3~0.8之間。

②近晶型液晶。分子排列成層，層內(nèi)分子長軸互相平行，分子重心在層內(nèi)無序，分子呈二維有序排列，分子長軸與層面垂直或傾斜。分子可在層內(nèi)前后、左右滑動，但不能在上下層之間移動。由于分子運動相當緩慢，因而近晶型中間相非常粘滯。近晶型液品的規(guī)整性近似晶體，是二維有序排列，其有序參數(shù)值S高達0.9。

③膽甾型液晶。是向列型液晶的一種特殊形式，其分子本身平行排列，但它們的長軸是在平行面上，在每一個平面層內(nèi)分子長軸平行排列，層與層之間分子長鈾逐漸偏轉(zhuǎn)，形成螺旋狀結(jié)構(gòu)。其螺距大小取決于分子結(jié)構(gòu)及溫度壓力、磁場或電場等外部條件。

④碟型液晶。碟狀分子一個個地重疊起來形成圓柱狀的分子聚集體，故又稱為柱狀相，在與圓柱平行的方向上容易發(fā)生剪切流動。

(1)結(jié)構(gòu)材料

高分子液晶的重要應(yīng)用方向就是制作高強度高模量纖維、液晶自增強塑料及原位復(fù)合材料，在航空、航天、體育用品、汽車工業(yè)、海洋工程及石油工業(yè)及其他部門得到廣泛應(yīng)用。例如Kevlar49纖維具有低密度、高強度高模量、低蠕變性的特點，且在靜電荷及高溫條件下仍有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定，特別適合于作復(fù)合材料的增強纖維。Kevlar29的伸長度高，耐沖擊性優(yōu)于kev-lar49，已用于制造防彈衣和各種規(guī)格的高強纜繩等。它仍是溶致性高分子液晶中規(guī)模最大的工業(yè)化產(chǎn)品。

(2)功能性高分子液晶的應(yīng)用

小分子液晶，其分子因外界的微弱的電場、磁場和極微弱的熱刺微而改變排列方向或分子運動發(fā)生紊亂，因而它的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，由于對外界刺激靈敏已被廣泛用作信息顯示和檢測材料。向列型液晶由于其顯示液晶的溫度范圍低及具有電光效應(yīng)而在電子工業(yè)中用作顯示器件，膽甾型液晶具有熱光效應(yīng)而被制作熱敏元件、溫度計及彩色薄膜液晶顯示器。高分子液晶由于粘性高、松池時間長、響應(yīng)時間長，應(yīng)用方面受到限制，但高分子液晶也因其由結(jié)構(gòu)特征帶來的易固定性、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)多樣性等特點而具有一定的功能性。除用作結(jié)構(gòu)材料外，由于高分子液晶同小分子液晶一樣也具有特殊的光學(xué)性質(zhì)、電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)等，也可以用作信息顯示材料、光學(xué)記錄材料、儲存材料、非線性光學(xué)材料等。 2100433B

物質(zhì)有固、液、氣三種相態(tài)，固態(tài)又可分為晶態(tài)和非晶態(tài)。在外界條件發(fā)生變化時，物質(zhì)可在三種相態(tài)間轉(zhuǎn)換，即發(fā)生相變。一般情況下，物質(zhì)發(fā)生相變是從一種相態(tài)直接轉(zhuǎn)變成另一種相態(tài)，不存在中間過渡階段，如液態(tài)無序狀態(tài)的水受冷在0℃時轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚺帕械墓虘B(tài)晶體冰。然而某些物質(zhì)在受熱熔融或溶解后，外觀呈現(xiàn)液態(tài)的流動性，卻仍然保留著晶態(tài)物質(zhì)的分子有序排列，在物理性質(zhì)上呈現(xiàn)出各向異性，這種兼有晶體和液體部分性質(zhì)的中間過渡相態(tài)稱為液晶態(tài)，處于這種狀態(tài)下的物質(zhì)稱為液晶。液晶就是液態(tài)晶體，它具有與晶體一樣的各向異性，同時又具有液體的流動性。在分子序列中，液晶分子往往具有一維或二維遠程有序性，介于理想的液體與晶體之間，這種中間相也稱為有序流體相。液晶在分子排列形式上類似晶體呈有序排列，同時液晶又具有一定的流動性類似于各向同性的液體。將這類液晶分子連接成大分子或?qū)⒁壕Х肿舆B接到大分子的骨架之上，使其繼續(xù)保持液晶特性，這樣就形成了高分子液晶。

根據(jù)液晶的生成條件也可把它分為溶致液晶、熱致液晶、兼具溶致與熱致液晶、壓致液晶和流致液晶五類。

①溶致液晶。就是由容劑破壞固態(tài)結(jié)晶晶格而形成的液晶，或者說聚合物溶液達到一定濃度時，形成有序排列、產(chǎn)生各向異性形成的液晶。這種液晶體系含有兩種或兩種以上組分，其中一種是溶劑，并且這種液晶體系僅在一定濃度范圍內(nèi)才出現(xiàn)液晶相。

②熱致液晶。由加熱破壞固態(tài)結(jié)晶晶格、但保留一定取向有序性而形成的液晶，即單組分物質(zhì)在一定溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)液晶相的物質(zhì)。

③兼具溶致與熱致液晶。既能在溶劑作用下形成液晶相，又能在無溶劑存在下僅在一定的溫度范圍內(nèi)顯示液晶相的聚合物，稱為兼具溶致與熱致液晶高分子，典型代表是纖維索衍生物。如芳香族聚酰胺、芳香族聚酯、纖維素衍生物等。

④壓致液晶。是指壓力升高到某-一值后才能形成液晶態(tài)的某些聚合物。這類聚合物在常壓下可以不顯示液晶行為。它們的分子鏈剛性及軸比都不很大，有的甚至是柔性鏈，如聚乙烯通常不顯示液晶相，但在300MPa的壓力下也可顯示液晶相。

⑤流致液晶。是指流動場作用于聚合物溶液所形成的液晶。與溶致液晶相比，流致液晶的鏈剛性與軸比均較小。流致液晶在靜態(tài)時一般為各向同性相，但流場可迫使其分子鏈采取全伸展構(gòu)象，進而轉(zhuǎn)變成液晶流體。

液晶高分子聚合物(LCP)特性

液晶高分子聚合物樹脂一般為米黃色，也有呈白色的不透明的固體粉末。密度為1.4～1.7g/cm3。液晶聚合物具有高強度，高模量的力學(xué)性能，由于其結(jié)構(gòu)特點而具有增強型，因而不增強的液晶塑料即可達到甚至超過普通工程塑料用百分之幾十玻璃纖維增強后的機械強度及其模量的水平；如果用玻璃纖維，碳纖維等增強，更遠遠超過其他工程塑料。

液晶聚合物還具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、耐熱性及耐化學(xué)藥品性，對大多數(shù)塑料存在的蠕變?nèi)秉c，液晶材料可忽略不計，而且耐磨、減磨性均優(yōu)異。

LCP的耐氣候性、耐輻射性良好，具有優(yōu)異的阻燃性，能熄滅火焰而不再繼續(xù)進行燃燒。其燃燒等級達到UL94V-0級水平。LCP是防火安全性最好的特種塑料之一。

LCP具有優(yōu)良的電絕緣性能。其介電強度比一般工程塑料高，耐電弧性良好。作為電器應(yīng)用制件，有連續(xù)使用溫度200～300℃時，其電性能不受影響。而間斷使用溫度可達316℃左右。

LCP具有突出的耐腐蝕性能，LCP制品在濃度為90%的酸及濃度為50%的堿存在下不會受到侵蝕，對于工業(yè)溶劑、燃料油、洗滌劑及熱水，接觸后不會被溶解，也不會引起應(yīng)力開裂。

液晶高分子聚合物(LCP)應(yīng)用

LCP已經(jīng)用于微波爐容器，可以耐高低溫。LCP還可以做印刷電路板、人造衛(wèi)星電子部件、噴氣發(fā)動機零件：用于電子電氣和汽車機械零件或部件；還可以用于醫(yī)療方面。

LCP可以加入高填充劑作為集成電路封裝材料，以代替環(huán)氧樹脂作線圈骨架的封裝材料，以代替環(huán)氧樹脂作線圈骨架的封裝材料；作光纖電纜接頭護頭套和高強度元件；代替陶瓷作化工用分離塔中的填充材料等。

LCP還可以與聚砜、PBT、聚酰胺等塑料共混制成合金，制件成型后機械強度高，用以代替玻璃纖維增強的聚砜等塑料，既可提高機械強度性能，又可提高使用強度及化學(xué)穩(wěn)定性等。正在研究將LCP用于宇航器外部的面板、汽車外裝的制動系統(tǒng)等。