高分子液晶材料課件

高分子液晶材料1888年，奧地利植物學家Reinitzer在顯微鏡中觀察到膽甾醇苯甲酸酯(俗稱膽固醇)在145.5℃時，熔化成一種霧濁液體，在178.5℃時，突然全部變成清亮的液體．當冷卻時，先出現(xiàn)紫藍色，而后自行消失，物質(zhì)再呈混濁狀液體。1950年Flory曾預言會有高分子液晶，但當時并沒有引起人們的注意，直到1960年代后期，液晶研究才擴展到高分子領域。

例如：膽甾醇苯甲酸酯在178.5-145.5℃之間出現(xiàn)液晶態(tài)。液晶材料的歷史某些結(jié)晶熔化時，要經(jīng)過一種兼有液體和晶體的部分性質(zhì)的流體的過渡狀態(tài)。這種既有液體的流動性，又有晶體的分子排列整齊、各向異性的狀態(tài)，叫做物質(zhì)的液晶態(tài)。液晶材料的定義（1）幾何因素：長徑比≧6.4（2）分子間作用力：有特定基團（3）鏈結(jié)構：剛、柔結(jié)合。（與小分子液晶區(qū)別）

高分子液晶的結(jié)構根據(jù)結(jié)構，可分兩類：a主鏈型：分子結(jié)構模型X為

、，剛性部分Y為－C＝C－、－C≡C－、－N＝N－、－N＝N0－、－C＝N－，是擴大剛性尺寸的基團，使剛性單元的幾何形狀呈扁、平、長的形狀。Z為－C00-、－COOR-和其它柔性鏈結(jié)構等剛性部分（介晶單元）柔性部分（柔性間隔）介晶單元有相互作用，聚集排列呈一定方向，柔性間隔提供排列運動所需空間。b.側(cè)鏈型液晶----又稱梳型

主鏈為柔性分子鏈，側(cè)鏈含有介晶單元（似大串鞭炮）a.有一定的Tc，Tm～Tc區(qū)間為液晶態(tài)。b.各向異性：電、光、磁各向異性c.粘度

高分子液晶的性質(zhì)

高分子液晶的粘度特性很特別它具有獨特的流動性，使液晶高分子加工過程中自動取向，決定了液晶高分子材料（如纖維）具有高強度、耐高溫、耐化性等優(yōu)良性能。a.熱臺偏光顯微鏡可觀察液晶色彩變化，透射和折射現(xiàn)象，各向異性、各向同性的轉(zhuǎn)變b.DSC差示掃描量熱儀c.X-射線衍射器d.激光小角散射儀e.粘度、密度變化、有關儀器。液晶研究和結(jié)構表征手段1、聚芳族酰胺類其代表是Kevlar和Kevlar49，1972年2月投入工業(yè)化生產(chǎn)。Kevlar是聚對苯二甲酰對苯二胺，是溶致性液晶。高分子液晶的分類及合成路線溶劑：六甲基磷酰胺二甲基乙酰胺Kevlar纖維

將單體在上述溶劑中進行溶液縮聚，脫除縮聚溶劑后，將Polymer溶解在濃硫酸中配成紡絲液，該液在室溫時為固體，在一定濃度下（20%wt），80℃以上成光學各向異性溶液，為液晶溶液，粘度低，用于濕法紡絲，在低溫凝固浴中成型，即得Kevlar的液晶纖維，是高強度、高模量纖維。物質(zhì)理論強度實際強度尼綸－66150～200GPa3～5GPaKevlar200GPa130GPa

液晶纖維的實際強度可達到理論強度的90％，普通纖維只為10％。

Kevlar的抗張強度是同等重量鋼材的5倍，是鋁的10倍，被稱為“夢的纖維”。波音767使用了3噸Kevlar49與石墨纖維混雜的復合材料，機身減重1噸，比波音727耗油節(jié)省30%。導彈殼體材料、防彈材料。2、全芳族聚酯：Xydar（賽達）84年工業(yè)化（達特柯公司），Xydar是熱致性液晶高分子，已商品化，是唯一工業(yè)化的熱致性高分子液晶，具有耐高溫、耐酸、耐溶劑、耐紫外線、不脫氣，高強度、高模量、熱塑性、易加工等特點。（試分析其結(jié)構）Xydar+或+（Cl)或3、聚酯型：Xydar是全芳族聚酯，它和Kevlar問世后，引起世界各國高分子專家和材料工作者的極大興起，紛紛參與高分子液晶的研究工作，而且集中在聚酯型：變換這一部分的東西較多4、西夫堿型：++液晶發(fā)現(xiàn)于1888年，此后一直有人從事這方面的研究，到30年代人們對液晶現(xiàn)象曾進行了廣泛地研究，取得許多成果，但由于當時的生產(chǎn)力水平低，未能得到應用。（這一階段的研究屬于基礎理論研究，其有戰(zhàn)略意義）1960年代中期：液晶（小分子的）開始用于

（屬應用研究）電子工業(yè)、航空、激光、微波、超聲波、全息、照相、核磁共振、氣液色譜。1967年R.Williams發(fā)表了液晶的電光效應后，液晶受到廣泛地重視，大大擴展其應用范圍，如液晶顯示技術等。高分子液晶的應用概況1960年代后期，液晶研究才擴展到高分子領域。1972年：Kevlar、Kevlar49工業(yè)化，開辟高分子液晶研究和應用的新時期。1984年Xydar被公布于世，是美國Dact（達特）公司等開發(fā)的，1984年建成年產(chǎn)2000萬磅∕年的工廠并投產(chǎn)。目前得到廣泛應用的液晶高分子，僅有Kevlar和Xydar等少數(shù)品種，屬高技術產(chǎn)品，用于飛機、導彈結(jié)構材料，輪胎簾子線、船殼、軍事構件、防彈服、電器、汽車、醫(yī)療設備等。Xydar可制成粒狀物，用通常的槽模注模成型，即用常規(guī)設備加工成型，可代替金屬、陶瓷。?。焊檱獾腒evlar高技術，ⅱ創(chuàng)新、基礎、研究、自從1972年Kevlar纖維問世，我國在高分子液晶研制上也傾注了不少的力量。在溶致性液晶方面1973年中科院化學所開始研制芳綸1414（就是Kevlar）高分子液晶的研究概況和前景1980年實驗室成功，進行了成果鑒定。1975年清華大學高分子教研室開始研制芳綸14（即Kevlar-49）1984年清華用新工藝成功的研制出超高分子量的芳綸樹脂，有些性能超過了美國的Kevlar1973年上海合成纖維研究所開始研制芳綸1414，并進行了濕法紡長絲小試驗。1977年6月，該所和上海合成樹脂研究所協(xié)作研制芳綸14，1978年10月制出少量纖維。在熱致性液晶方面：1981年下半年，中科院化學所開始研究熱致性液晶共聚芳酯（Xydar）1983年5月國家科委與該所簽訂了“新型芳族共聚酯的研究”。同年華東化工學院、華東紡織學院、上海紡織科研所都在研究，以上研究取得了不少成績，但至1986年工業(yè)化還未成功。這一情況，反映了我國的工業(yè)開發(fā)能力較弱，應該扭轉(zhuǎn)這一局面，搞好科研成果轉(zhuǎn)讓。1988年1月6日《光明日報》報道：“我國一直依賴進口，每年花近200萬美元外匯的液晶材料已由清華大學與石家莊京華特種材料研究所共同研制成功，并已形成批量生產(chǎn)力，通過電子部鑒定”?！痘ば滦筒牧稀?999年4月“制備高粘度芳綸亞型聚合物的新技術”

液晶顯示器（LiquidCrystalDisplay；簡稱LCD）有體積小、質(zhì)量輕、厚度薄、耗電低、不閃爍、無輻射等眾多優(yōu)點。[1]杜新宇,張慧卿,周其癢.高分子通報[J],1997,(3):162～165.

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