《高分子液晶[共78頁]》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高分子液晶[共78頁]（78頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、1高分子液晶高分子液晶 (Liquid Crystal Polymer, LCP) 2用途廣泛的液晶高分子對位芳香族聚酰胺對位芳香族聚酰胺Kevlar3用途廣泛的液晶高分子Wine Thermometer Collar4用途廣泛的液晶高分子顯示材料顯示材料5液晶的基本概念 物質(zhì)在自然界中通常以物質(zhì)在自然界中通常以固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)形式形式存在，即常說的三相態(tài)。在外界條件發(fā)生變化時(shí)存在，即常說的三相態(tài)。在外界條件發(fā)生變化時(shí)（如壓力或溫度發(fā)生變化），物質(zhì)可以在三種相態(tài)（如壓力或溫度發(fā)生變化），物質(zhì)可以在三種相態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即發(fā)生所謂的相變。大多數(shù)物質(zhì)發(fā)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即發(fā)生所謂的相變

2、。大多數(shù)物質(zhì)發(fā)生相變時(shí)直接從一種相態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相態(tài)，中間生相變時(shí)直接從一種相態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相態(tài)，中間沒有過渡態(tài)生成。例如冰受熱后從有序的固態(tài)晶體沒有過渡態(tài)生成。例如冰受熱后從有序的固態(tài)晶體直接轉(zhuǎn)變成分子呈無序狀態(tài)的液態(tài)。直接轉(zhuǎn)變成分子呈無序狀態(tài)的液態(tài)。 6 某些物質(zhì)的受熱某些物質(zhì)的受熱熔融熔融或被或被溶解溶解后，雖然失去了固態(tài)后，雖然失去了固態(tài)物質(zhì)的大部分特性，外觀呈液態(tài)物質(zhì)的流動(dòng)性，但可能物質(zhì)的大部分特性，外觀呈液態(tài)物質(zhì)的流動(dòng)性，但可能仍然保留著晶態(tài)物質(zhì)分子的有序排列，從而在物理性質(zhì)仍然保留著晶態(tài)物質(zhì)分子的有序排列，從而在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向異性，形成一種兼有晶體和液體部分性質(zhì)上表現(xiàn)為各向

3、異性，形成一種兼有晶體和液體部分性質(zhì)的過渡中間相態(tài)，這種中間相態(tài)被稱為液晶態(tài)，處于這的過渡中間相態(tài)，這種中間相態(tài)被稱為液晶態(tài)，處于這種狀態(tài)下的物質(zhì)稱為種狀態(tài)下的物質(zhì)稱為液晶（液晶（liquid crystals）。）。其主要特其主要特征是其聚集狀態(tài)在一定程度上既類似于征是其聚集狀態(tài)在一定程度上既類似于晶體晶體，分子呈有，分子呈有序排列；又類似于序排列；又類似于液體液體，有一定的流動(dòng)性。，有一定的流動(dòng)性。液晶的基本概念7 液晶現(xiàn)象是液晶現(xiàn)象是1888年奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾年奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾（F. Reinitzer）在研究）在研究膽甾醇苯甲酯膽甾醇苯甲酯時(shí)首先觀察到時(shí)首先觀察到的現(xiàn)象。他

4、發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該化合物被加熱時(shí)，在的現(xiàn)象。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該化合物被加熱時(shí)，在145和和179時(shí)有兩個(gè)敏銳的時(shí)有兩個(gè)敏銳的“熔點(diǎn)熔點(diǎn)”。在。在145時(shí)，晶體時(shí)，晶體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鞚岬母飨虍愋缘囊后w，繼續(xù)加熱至轉(zhuǎn)變?yōu)榛鞚岬母飨虍愋缘囊后w，繼續(xù)加熱至179時(shí)，體系又進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鞯母飨蛲缘囊后w。時(shí)，體系又進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鞯母飨蛲缘囊后w。 液晶的基本概念8 研究發(fā)現(xiàn)，處于研究發(fā)現(xiàn)，處于145和和179之間的液體部分之間的液體部分保留了晶體物質(zhì)分子的有序排列，因此被稱為保留了晶體物質(zhì)分子的有序排列，因此被稱為“流流動(dòng)的晶體動(dòng)的晶體”、“結(jié)晶的液體結(jié)晶的液體”。1889年，德國科學(xué)家年，德國科學(xué)家將處于這種狀態(tài)的物

5、質(zhì)命名為將處于這種狀態(tài)的物質(zhì)命名為“液晶液晶”（liquid crystals，LC）。研究表明，液晶是介于晶態(tài)和液）。研究表明，液晶是介于晶態(tài)和液態(tài)之間的一種熱力學(xué)穩(wěn)定的相態(tài)，它既具有晶態(tài)的態(tài)之間的一種熱力學(xué)穩(wěn)定的相態(tài)，它既具有晶態(tài)的各向異性，又具有液態(tài)的流動(dòng)性。各向異性，又具有液態(tài)的流動(dòng)性。液晶的基本概念9 小分子液晶的這種神奇狀態(tài)，引起了人們的濃厚興趣。小分子液晶的這種神奇狀態(tài)，引起了人們的濃厚興趣?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)許多物質(zhì)具有液晶特性（主要是一些有機(jī)化合物）?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)許多物質(zhì)具有液晶特性（主要是一些有機(jī)化合物）。形成液晶的物質(zhì)通常具有剛性的分子結(jié)構(gòu)。導(dǎo)致液晶形成的形成液晶的物質(zhì)通常具有剛性的分

6、子結(jié)構(gòu)。導(dǎo)致液晶形成的剛性結(jié)構(gòu)部分稱為剛性結(jié)構(gòu)部分稱為致晶單元致晶單元。分子的。分子的長度和寬度的比例長度和寬度的比例Rl，呈棒狀或近似棒狀的構(gòu)象。同時(shí)，還須具有在液態(tài)下維持分呈棒狀或近似棒狀的構(gòu)象。同時(shí)，還須具有在液態(tài)下維持分子的某種有序排列所必需的子的某種有序排列所必需的凝聚力凝聚力。這種凝聚力通常是與結(jié)。這種凝聚力通常是與結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)極性基團(tuán)、高度可極化基團(tuán)、氫鍵等相聯(lián)系的。構(gòu)中的強(qiáng)極性基團(tuán)、高度可極化基團(tuán)、氫鍵等相聯(lián)系的。液晶的基本概念13 按照液晶的形成條件不同，可將其主要分為按照液晶的形成條件不同，可將其主要分為熱致熱致性性和和溶致性溶致性兩大類。兩大類。 熱致性熱致性液晶是依靠溫度

7、的變化，在某一溫度范圍液晶是依靠溫度的變化，在某一溫度范圍形成的液晶態(tài)物質(zhì)。液晶態(tài)物質(zhì)從渾濁的各向異性的形成的液晶態(tài)物質(zhì)。液晶態(tài)物質(zhì)從渾濁的各向異性的液體轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鞯母飨蛲缘囊后w的過程是熱力學(xué)一液體轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鞯母飨蛲缘囊后w的過程是熱力學(xué)一級轉(zhuǎn)變過程，相應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度稱為清亮點(diǎn)，記為級轉(zhuǎn)變過程，相應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度稱為清亮點(diǎn)，記為Tcl。不同的物質(zhì)，其清亮點(diǎn)的高低和熔點(diǎn)至清亮點(diǎn)之間的不同的物質(zhì)，其清亮點(diǎn)的高低和熔點(diǎn)至清亮點(diǎn)之間的溫度范圍是不同的。溫度范圍是不同的。 溶致性溶致性液晶則是依靠溶劑的溶解分散，在一定液晶則是依靠溶劑的溶解分散，在一定濃度范圍形成的液晶態(tài)物質(zhì)。濃度范圍形成的液晶態(tài)物質(zhì)。液晶

8、的分類14 除了這兩類液晶物質(zhì)外，人們還發(fā)現(xiàn)了在外力除了這兩類液晶物質(zhì)外，人們還發(fā)現(xiàn)了在外力場（壓力、流動(dòng)場、電場、磁場和光場等）作用下場（壓力、流動(dòng)場、電場、磁場和光場等）作用下形成的液晶。例如聚乙烯在某一壓力下可出現(xiàn)液晶形成的液晶。例如聚乙烯在某一壓力下可出現(xiàn)液晶態(tài)，是一種態(tài)，是一種壓致型壓致型液晶。聚對苯二甲酰對氨基苯甲液晶。聚對苯二甲酰對氨基苯甲酰肼在施加流動(dòng)場后可呈現(xiàn)液晶態(tài)，因此屬于酰肼在施加流動(dòng)場后可呈現(xiàn)液晶態(tài)，因此屬于流致流致型型液晶。液晶。液晶的分類15 根據(jù)分子排列的形式和有序性的不同，液晶有根據(jù)分子排列的形式和有序性的不同，液晶有三種結(jié)構(gòu)類型：三種結(jié)構(gòu)類型：近晶型、向列型和

9、膽甾型近晶型、向列型和膽甾型。液晶的分類16（1）近晶型液晶（）近晶型液晶（smectic liquid crystals，S） 近晶型液晶是所有液晶中近晶型液晶是所有液晶中最接近結(jié)晶最接近結(jié)晶結(jié)構(gòu)的一類，因此得結(jié)構(gòu)的一類，因此得名。在這類液晶中，棒狀分子互相平行排列成層狀結(jié)構(gòu)。分子名。在這類液晶中，棒狀分子互相平行排列成層狀結(jié)構(gòu)。分子的長軸垂直于層狀結(jié)構(gòu)平面。層內(nèi)分子排列具有的長軸垂直于層狀結(jié)構(gòu)平面。層內(nèi)分子排列具有二維有序二維有序性。性。但這些層狀結(jié)構(gòu)并不是嚴(yán)格剛性的，分子可在本層內(nèi)運(yùn)動(dòng)，但但這些層狀結(jié)構(gòu)并不是嚴(yán)格剛性的，分子可在本層內(nèi)運(yùn)動(dòng)，但不能來往于各層之間。因此，層狀結(jié)構(gòu)之間可以相互

10、滑移，而不能來往于各層之間。因此，層狀結(jié)構(gòu)之間可以相互滑移，而垂直于層片方向的流動(dòng)卻很困難。垂直于層片方向的流動(dòng)卻很困難。液晶的分類17 這種結(jié)構(gòu)決定了近晶型液晶的粘度具有各向異性。這種結(jié)構(gòu)決定了近晶型液晶的粘度具有各向異性。但在通常情況下，層片的取向是無規(guī)的，因此，宏觀上表但在通常情況下，層片的取向是無規(guī)的，因此，宏觀上表現(xiàn)為在各個(gè)方向上都非常粘滯?，F(xiàn)為在各個(gè)方向上都非常粘滯。 根據(jù)晶型的細(xì)微差別，根據(jù)晶型的細(xì)微差別，近晶型液晶還可以再分成近晶型液晶還可以再分成9個(gè)小類。按發(fā)現(xiàn)年代的先后依個(gè)小類。按發(fā)現(xiàn)年代的先后依次計(jì)為次計(jì)為SA、 SB 、SI。液晶的分類18（2）向列型液晶（）向列型液晶

11、（ nematic liquid crystals，N） 在向列型液晶中，棒狀分子只維持在向列型液晶中，棒狀分子只維持一維有序一維有序。它們互相平。它們互相平行排列，但重心排列則是無序的。在外力作用下，棒狀分子容行排列，但重心排列則是無序的。在外力作用下，棒狀分子容易沿流動(dòng)方向取向，并可在取向方向互相穿越。因此，向列型易沿流動(dòng)方向取向，并可在取向方向互相穿越。因此，向列型液晶的宏觀粘度一般都比較小，是三種結(jié)構(gòu)類型的液晶中液晶的宏觀粘度一般都比較小，是三種結(jié)構(gòu)類型的液晶中流動(dòng)流動(dòng)性最好的性最好的一種。一種。液晶的分類液晶的分類19（3）膽甾型液晶）膽甾型液晶(Cholesteric liquid

12、 crystals，Ch) 在屬于膽甾型液晶的物質(zhì)中，有許多是在屬于膽甾型液晶的物質(zhì)中，有許多是膽甾醇膽甾醇的衍生物，因的衍生物，因此得名。但實(shí)際上，許多膽甾型液晶的分子結(jié)構(gòu)與膽甾醇結(jié)構(gòu)毫此得名。但實(shí)際上，許多膽甾型液晶的分子結(jié)構(gòu)與膽甾醇結(jié)構(gòu)毫無關(guān)系。但它們都有導(dǎo)致相同光學(xué)性能和其他特性的共同結(jié)構(gòu)。無關(guān)系。但它們都有導(dǎo)致相同光學(xué)性能和其他特性的共同結(jié)構(gòu)。在這類液晶中，分子是長而扁平的。它們依靠端基的作用，平行在這類液晶中，分子是長而扁平的。它們依靠端基的作用，平行排列成層狀結(jié)構(gòu)，長軸與層片平面平行。排列成層狀結(jié)構(gòu)，長軸與層片平面平行。液晶的分類20 層內(nèi)分子排列與向列型類似，而相鄰兩層間，分子

13、長軸的層內(nèi)分子排列與向列型類似，而相鄰兩層間，分子長軸的取向依次規(guī)則地扭轉(zhuǎn)一定的角度，層層累加而形成取向依次規(guī)則地扭轉(zhuǎn)一定的角度，層層累加而形成螺旋螺旋結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。分子長軸方向在扭轉(zhuǎn)了分子長軸方向在扭轉(zhuǎn)了360以后回到原來的方向。兩個(gè)取向以后回到原來的方向。兩個(gè)取向相同的分子層之間的距離稱為螺距，是表征膽甾型液晶的重要相同的分子層之間的距離稱為螺距，是表征膽甾型液晶的重要參數(shù)。由于扭轉(zhuǎn)分子層的作用，照射在其上的光將發(fā)生偏振旋參數(shù)。由于扭轉(zhuǎn)分子層的作用，照射在其上的光將發(fā)生偏振旋轉(zhuǎn)，使得膽甾型液晶通常具有彩虹般的漂亮顏色，并有極高的轉(zhuǎn)，使得膽甾型液晶通常具有彩虹般的漂亮顏色，并有極高的旋光能力旋

14、光能力。 構(gòu)成上面三種液晶的分子其剛性部分均呈構(gòu)成上面三種液晶的分子其剛性部分均呈長棒型長棒型?，F(xiàn)在發(fā)。現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，除了長棒型結(jié)構(gòu)的液晶分子外，還有一類液晶是由剛性部現(xiàn)，除了長棒型結(jié)構(gòu)的液晶分子外，還有一類液晶是由剛性部分呈分呈盤型盤型的分子形成。在形成的液晶中多個(gè)盤型結(jié)構(gòu)疊在一起，的分子形成。在形成的液晶中多個(gè)盤型結(jié)構(gòu)疊在一起，形成柱狀結(jié)構(gòu)。這些柱狀結(jié)構(gòu)再進(jìn)行一定有序排列形成類似于形成柱狀結(jié)構(gòu)。這些柱狀結(jié)構(gòu)再進(jìn)行一定有序排列形成類似于近晶型液晶。這一類液晶通常記為近晶型液晶。這一類液晶通常記為D。 液晶的分類21 某些液晶分子可連接成大分子，或者可通過官能團(tuán)的某些液晶分子可連接成大分子，或者可

15、通過官能團(tuán)的化學(xué)反應(yīng)連接到高分子骨架上。這些高分子化的液晶在一化學(xué)反應(yīng)連接到高分子骨架上。這些高分子化的液晶在一定條件下仍可能保持液晶的特征，就形成定條件下仍可能保持液晶的特征，就形成高分子液晶高分子液晶。 高分子液晶的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此高分子液晶的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此分類方法很多分類方法很多。高分子液晶及其分類22 按液晶的形成條件，與小分子液晶一樣，可分為按液晶的形成條件，與小分子液晶一樣，可分為溶致溶致性液晶性液晶(lyotropic liquid crystal )、熱致性液晶、熱致性液晶(thermotropic liquid crystal ) 、壓致型液晶、流致型液、壓致型液晶、流

16、致型液晶晶等。等。 根據(jù)高分子鏈中致晶單元排列形式和有序性的不同，根據(jù)高分子鏈中致晶單元排列形式和有序性的不同，高分子液晶可分為高分子液晶可分為近晶型、向列型和膽甾型近晶型、向列型和膽甾型等。至今為止等。至今為止大部分高分子液晶屬于向列型液晶大部分高分子液晶屬于向列型液晶。 按致晶單元與高分子的連接方式，可分為按致晶單元與高分子的連接方式，可分為主鏈型液晶主鏈型液晶和和側(cè)鏈型液晶側(cè)鏈型液晶。主鏈型液晶和側(cè)鏈型液晶中根據(jù)致晶單元。主鏈型液晶和側(cè)鏈型液晶中根據(jù)致晶單元的連接方式不同又有許多種類型。的連接方式不同又有許多種類型。 主鏈型液晶大多數(shù)為主鏈型液晶大多數(shù)為高強(qiáng)度、高模量高強(qiáng)度、高模量的材料

17、，側(cè)鏈型的材料，側(cè)鏈型液晶則大多數(shù)為液晶則大多數(shù)為功能性功能性材料。材料。高分子液晶及其分類23 對于高分子液晶來講，致晶單元如果處在高分對于高分子液晶來講，致晶單元如果處在高分子主鏈上，即成為子主鏈上，即成為主鏈型高分子液晶主鏈型高分子液晶。而如果致晶。而如果致晶單元是通過一段柔性鏈作為側(cè)基與高分子主鏈相單元是通過一段柔性鏈作為側(cè)基與高分子主鏈相連，形成梳狀結(jié)構(gòu)，則稱為連，形成梳狀結(jié)構(gòu)，則稱為側(cè)鏈型高分子液晶側(cè)鏈型高分子液晶。主。主鏈型高分子液晶和側(cè)鏈型高分子液晶不僅在液晶形鏈型高分子液晶和側(cè)鏈型高分子液晶不僅在液晶形態(tài)上有差別，在物理化學(xué)性質(zhì)方面往往表現(xiàn)出相當(dāng)態(tài)上有差別，在物理化學(xué)性質(zhì)方面

18、往往表現(xiàn)出相當(dāng)大的差異。大的差異。高分子液晶及其分類24致晶單元與高分子鏈的連接方式致晶單元致晶單元主鏈主鏈間隔基間隔基主鏈型主鏈型側(cè)鏈型側(cè)鏈型25致晶單元與高分子鏈的連接方式液晶類型液晶類型結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式名稱名稱主鏈型主鏈型縱向型縱向型垂直型垂直型星型星型盤型盤型混合型混合型26側(cè)鏈型側(cè)鏈型梳型梳型多重梳型多重梳型盤梳型盤梳型腰接型腰接型結(jié)合型結(jié)合型網(wǎng)型網(wǎng)型致晶單元與高分子鏈的連接方式27支鏈型支鏈型多盤型多盤型樹枝型樹枝型致晶單元與高分子鏈的連接方式28 熱穩(wěn)定性大幅度提高；熱穩(wěn)定性大幅度提高； 熱致性高分子液晶有較大的相區(qū)間溫度；熱致性高分子液晶有較大的相區(qū)間溫度； 粘度大，流動(dòng)行為與

19、一般溶液顯著不同。粘度大，流動(dòng)行為與一般溶液顯著不同。 從結(jié)構(gòu)上分析，除了致晶單元、取代基、末端從結(jié)構(gòu)上分析，除了致晶單元、取代基、末端基的影響外，高分子鏈的性質(zhì)、連接基團(tuán)的性質(zhì)均基的影響外，高分子鏈的性質(zhì)、連接基團(tuán)的性質(zhì)均對高分子液晶的相行為產(chǎn)生影響。對高分子液晶的相行為產(chǎn)生影響。與小分子液晶相比，高分子液晶具有下列特殊性29 高分子液晶的表征是一個(gè)較為復(fù)雜的問題。結(jié)高分子液晶的表征是一個(gè)較為復(fù)雜的問題。結(jié)構(gòu)上細(xì)微的差別常常難以明顯地區(qū)分，因此，經(jīng)常構(gòu)上細(xì)微的差別常常難以明顯地區(qū)分，因此，經(jīng)常出現(xiàn)對同一物質(zhì)得出不同研究結(jié)論的現(xiàn)象。因此經(jīng)出現(xiàn)對同一物質(zhì)得出不同研究結(jié)論的現(xiàn)象。因此經(jīng)常需要幾種方

20、法同時(shí)使用，互相參照，才能確定最常需要幾種方法同時(shí)使用，互相參照，才能確定最終的結(jié)構(gòu)。目前常用于研究和表征高分子液晶的有終的結(jié)構(gòu)。目前常用于研究和表征高分子液晶的有以下一些手段。以下一些手段。高分子液晶的表征30 熱臺(tái)偏光顯微鏡法（熱臺(tái)偏光顯微鏡法（POM法）法） 示差掃描量熱計(jì)法（示差掃描量熱計(jì)法（DSC法）法） X射線衍射法射線衍射法 核磁共振光譜法核磁共振光譜法 介電松弛譜法介電松弛譜法 相容性判別法相容性判別法 光學(xué)雙折射法光學(xué)雙折射法 高分子液晶的表征手段31 紋影織構(gòu)（紋影織構(gòu)（向列向列）扇形織構(gòu)扇形織構(gòu)邊緣織構(gòu)邊緣織構(gòu) ( (向列向列) )板塊織構(gòu)板塊織構(gòu)偏光顯微鏡32DSC是在

21、控制溫度變化情況下，以溫度是在控制溫度變化情況下，以溫度(或時(shí)間）或時(shí)間）為橫坐標(biāo)，以樣品與參比物間溫差為零所需供給為橫坐標(biāo)，以樣品與參比物間溫差為零所需供給的熱量為縱坐標(biāo)所得的掃描曲線。的熱量為縱坐標(biāo)所得的掃描曲線。DSC是保持是保持 T = 0，測定，測定 H-T 的關(guān)系。的關(guān)系。DSC的結(jié)的結(jié)果可用于定量分析。果可用于定量分析。 Differential Scanning Calorimeter，DSC3334 示差掃描量熱測定時(shí)記錄的熱譜圖稱之為示差掃描量熱測定時(shí)記錄的熱譜圖稱之為DSC曲線，其縱坐標(biāo)是試樣與參比物的功率差曲線，其縱坐標(biāo)是試樣與參比物的功率差dH/dt (dQ/dt)，

22、也稱作熱流率，單位為毫瓦，也稱作熱流率，單位為毫瓦(Mw)，橫坐，橫坐標(biāo)為溫度或時(shí)間。在標(biāo)為溫度或時(shí)間。在DSC熱譜圖中，必須標(biāo)明吸熱熱譜圖中，必須標(biāo)明吸熱(endothermic) 與放熱與放熱(exothermic)效應(yīng)的方向效應(yīng)的方向35Cooling runHeating run36X射線衍射37 影響高分子液晶形態(tài)與性能的因素包括外在影響高分子液晶形態(tài)與性能的因素包括外在因素和內(nèi)在因素兩部分。因素和內(nèi)在因素兩部分。內(nèi)在因素內(nèi)在因素為為分子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、分子組成和分子間力分子組成和分子間力。外部因素外部因素則主要包括則主要包括環(huán)境環(huán)境溫度、溶劑溫度、溶劑等。等。影響高分子液晶形態(tài)和性

23、能的因素38 內(nèi)部因素對高分子液晶形態(tài)與性能的影響內(nèi)部因素對高分子液晶形態(tài)與性能的影響 高分子液晶分子中必須含有具有高分子液晶分子中必須含有具有剛性剛性的致晶的致晶單元。剛性結(jié)構(gòu)不僅有利于在固相中形成結(jié)晶，單元。剛性結(jié)構(gòu)不僅有利于在固相中形成結(jié)晶，而且在轉(zhuǎn)變成液相時(shí)也有利于保持晶體的有序度。而且在轉(zhuǎn)變成液相時(shí)也有利于保持晶體的有序度。 分子中剛性部分的規(guī)整性越好，越容易使其分子中剛性部分的規(guī)整性越好，越容易使其排列整齊，使得分子間力增大，也更容易生成穩(wěn)排列整齊，使得分子間力增大，也更容易生成穩(wěn)定的液晶相。定的液晶相。影響高分子液晶形態(tài)和性能的因素39 在在熱致性高分子液晶中，對相態(tài)和性能影熱致

24、性高分子液晶中，對相態(tài)和性能影響最大的因素是分子構(gòu)型和分子間力響最大的因素是分子構(gòu)型和分子間力。分子間。分子間力大和分子規(guī)整度高雖然有利于液晶形成，但力大和分子規(guī)整度高雖然有利于液晶形成，但是相轉(zhuǎn)變溫度也會(huì)因?yàn)榉肿娱g力的提高而提高，是相轉(zhuǎn)變溫度也會(huì)因?yàn)榉肿娱g力的提高而提高，使液晶形成溫度提高，不利于液晶的加工和使使液晶形成溫度提高，不利于液晶的加工和使用。用。 溶致性高分子液晶由于是在溶液中形成的，溶致性高分子液晶由于是在溶液中形成的，因此不存在上述問題。因此不存在上述問題。 影響高分子液晶形態(tài)和性能的因素40致晶單元形狀致晶單元形狀對液晶形態(tài)的形成有密切關(guān)系。對液晶形態(tài)的形成有密切關(guān)系。 致

25、晶單元呈棒狀的，有利于生成向列型或近致晶單元呈棒狀的，有利于生成向列型或近晶型液晶；致晶單元呈片狀或盤狀的，易形成膽晶型液晶；致晶單元呈片狀或盤狀的，易形成膽甾型或盤型液晶甾型或盤型液晶。另外，高分子骨架的結(jié)構(gòu)、致。另外，高分子骨架的結(jié)構(gòu)、致晶單元與高分子骨架之間柔性鏈的長度和體積對晶單元與高分子骨架之間柔性鏈的長度和體積對致晶單元的旋轉(zhuǎn)和平移會(huì)產(chǎn)生影響，因此也會(huì)對致晶單元的旋轉(zhuǎn)和平移會(huì)產(chǎn)生影響，因此也會(huì)對液晶的形成和晶相結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用。在高分子鏈上液晶的形成和晶相結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用。在高分子鏈上或者致晶單元上帶有不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基團(tuán)，都或者致晶單元上帶有不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基團(tuán)，都會(huì)對高分子液晶的偶極矩

26、、電、光、磁等性質(zhì)產(chǎn)會(huì)對高分子液晶的偶極矩、電、光、磁等性質(zhì)產(chǎn)生影響。生影響。影響高分子液晶形態(tài)和性能的因素41 致晶單元中的剛性連接單元的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)致晶單元中的剛性連接單元的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)直接直接影響液晶的穩(wěn)定性。影響液晶的穩(wěn)定性。 含有雙鍵、三鍵的含有雙鍵、三鍵的二苯乙烯、二苯乙炔類二苯乙烯、二苯乙炔類的液的液晶的化學(xué)穩(wěn)定性較差，會(huì)在紫外光作用下因聚合或晶的化學(xué)穩(wěn)定性較差，會(huì)在紫外光作用下因聚合或裂解失去液晶的特性。裂解失去液晶的特性。 剛性連接單元的結(jié)構(gòu)對高分子液晶的熱穩(wěn)定性剛性連接單元的結(jié)構(gòu)對高分子液晶的熱穩(wěn)定性也起著重要的作用。降低剛性連接單元的剛性，在高也起著重要的作用。降低剛性連接單

27、元的剛性，在高分子鏈段中引入飽和碳?xì)滏準(zhǔn)沟梅肿右子趶澢傻玫椒肿渔湺沃幸腼柡吞細(xì)滏準(zhǔn)沟梅肿右子趶澢傻玫降蜏匾壕B(tài)。在苯環(huán)共軛體系中，增加芳環(huán)的數(shù)目可低溫液晶態(tài)。在苯環(huán)共軛體系中，增加芳環(huán)的數(shù)目可以增加液晶的熱穩(wěn)定性。用多環(huán)或稠環(huán)結(jié)構(gòu)取代苯環(huán)以增加液晶的熱穩(wěn)定性。用多環(huán)或稠環(huán)結(jié)構(gòu)取代苯環(huán)也可以增加液晶的熱穩(wěn)定性。高分子鏈的形狀、剛性也可以增加液晶的熱穩(wěn)定性。高分子鏈的形狀、剛性大小都對液晶的熱穩(wěn)定性起到重要作用。大小都對液晶的熱穩(wěn)定性起到重要作用。影響高分子液晶形態(tài)和性能的因素42外部因素對高分子液晶形態(tài)與性能的影響外在因素主要包括外在因素主要包括環(huán)境溫度和溶劑環(huán)境溫度和溶劑等。等。 對熱致

28、性高分子液晶來說，最重要的影響對熱致性高分子液晶來說，最重要的影響因素是因素是溫度溫度。足夠高的溫度能夠給高分子提供。足夠高的溫度能夠給高分子提供足夠的熱動(dòng)能，是使相轉(zhuǎn)變過程發(fā)生的必要條足夠的熱動(dòng)能，是使相轉(zhuǎn)變過程發(fā)生的必要條件。因此，控制溫度是形成高分子液晶和確定件。因此，控制溫度是形成高分子液晶和確定晶相結(jié)構(gòu)的主要手段。除此之外，施加一定電晶相結(jié)構(gòu)的主要手段。除此之外，施加一定電場或磁場力有時(shí)對液晶的形成也是必要的。場或磁場力有時(shí)對液晶的形成也是必要的。影響高分子液晶形態(tài)和性能的因素43 對于溶致性液晶，對于溶致性液晶，溶劑與高分子液晶分子溶劑與高分子液晶分子之間的作用之間的作用起非常重要

29、的作用。溶劑的結(jié)構(gòu)和起非常重要的作用。溶劑的結(jié)構(gòu)和極性決定了與液晶分子間的親和力的大小，進(jìn)極性決定了與液晶分子間的親和力的大小，進(jìn)而影響液晶分子在溶液中的構(gòu)象，能直接影響而影響液晶分子在溶液中的構(gòu)象，能直接影響液晶的形態(tài)和穩(wěn)定性?？刂聘叻肿右壕芤旱囊壕У男螒B(tài)和穩(wěn)定性。控制高分子液晶溶液的濃度濃度是控制溶液型高分子液晶相結(jié)構(gòu)的主要手是控制溶液型高分子液晶相結(jié)構(gòu)的主要手段。段。影響高分子液晶形態(tài)和性能的因素44溶致性高分子液晶溶致性高分子液晶 主鏈型溶致性高分子液晶的結(jié)構(gòu)特征是主鏈型溶致性高分子液晶的結(jié)構(gòu)特征是致致晶單元位于高分子骨架的主鏈晶單元位于高分子骨架的主鏈上。這類液晶在上。這類液晶在溶

30、液中形成液晶態(tài)是由于剛性高分子主鏈相互溶液中形成液晶態(tài)是由于剛性高分子主鏈相互作用，進(jìn)行緊密有序堆積的結(jié)果。主鏈型溶致作用，進(jìn)行緊密有序堆積的結(jié)果。主鏈型溶致性高分子液晶主要應(yīng)用在性高分子液晶主要應(yīng)用在高強(qiáng)度、高模量纖維高強(qiáng)度、高模量纖維和薄膜和薄膜的制備方面。的制備方面。高分子液晶的合成主鏈型高分子液晶的合成主鏈型高分子液晶的合成45形成溶致性高分子液晶的分子結(jié)構(gòu)必須符合兩形成溶致性高分子液晶的分子結(jié)構(gòu)必須符合兩個(gè)個(gè)矛盾矛盾的條件：的條件： 分子應(yīng)具有分子應(yīng)具有足夠的剛性足夠的剛性； 分子必須有相當(dāng)?shù)姆肿颖仨氂邢喈?dāng)?shù)娜芙庑匀芙庑浴傂栽胶玫姆肿?，溶解性往往越差。這是溶致剛性越好的分子，溶解性

31、往往越差。這是溶致性高分子液晶研究和開發(fā)的困難所在。性高分子液晶研究和開發(fā)的困難所在。 目前，這類高分子液晶主要有目前，這類高分子液晶主要有芳香族聚酰芳香族聚酰胺、聚酰胺酰肼、聚苯并噻唑、纖維素類胺、聚酰胺酰肼、聚苯并噻唑、纖維素類等品等品種。種。高分子液晶的合成46（1）芳香族聚酰胺）芳香族聚酰胺 這類高分子液晶是最早開發(fā)成功并付諸于應(yīng)用這類高分子液晶是最早開發(fā)成功并付諸于應(yīng)用的一類高分子液晶材料，有較多品種，其中最重要的一類高分子液晶材料，有較多品種，其中最重要的是的是聚對苯酰胺（聚對苯酰胺（PBA）和聚對苯二甲酰對苯二胺）和聚對苯二甲酰對苯二胺（PPTA）。 1）聚對苯酰胺的合成）聚對苯

32、酰胺的合成 PBA的合成有兩條路線：的合成有兩條路線： 一條是從對氨基苯甲酸出發(fā)，經(jīng)過酰氯化和成一條是從對氨基苯甲酸出發(fā)，經(jīng)過酰氯化和成鹽反應(yīng)，然后鹽反應(yīng)，然后縮聚縮聚反應(yīng)形成反應(yīng)形成PBA，聚合以甲酰胺為，聚合以甲酰胺為溶劑。溶劑。高分子液晶的合成47H2NCOOH2 SOCl2O2SNCOCl + SO2 + 3 HCl O2SNCOCl 3 HCl H2NCOCl + SO2Cl2HCl nH2NCOCl HCl HCONH2NHCOn+ (2n-1) HCl 用這種方法制得的用這種方法制得的PBA溶液可直接用于紡絲。溶液可直接用于紡絲。高分子液晶的合成48另一條路線是對氨基苯甲酸在磷酸

33、三苯酯和吡另一條路線是對氨基苯甲酸在磷酸三苯酯和吡啶催化下的直接啶催化下的直接縮聚縮聚。 其中，二甲基乙酰胺（其中，二甲基乙酰胺（DMA）為溶劑，）為溶劑，LiCl為增溶劑。這條路線合成的產(chǎn)品不能直接用于紡為增溶劑。這條路線合成的產(chǎn)品不能直接用于紡絲，必須經(jīng)過沉淀、分離、洗滌、干燥后，再用甲絲，必須經(jīng)過沉淀、分離、洗滌、干燥后，再用甲酰胺配成紡絲液。酰胺配成紡絲液。 PBA屬于向列型液晶。用它紡成的纖維稱為屬于向列型液晶。用它紡成的纖維稱為B纖維，具有很高的強(qiáng)度，可用作輪胎簾子線等。纖維，具有很高的強(qiáng)度，可用作輪胎簾子線等。H2NCOOHNHCOn+ (n-1) H2O P(OC6H5)3,

34、C6H5NDMA, LiCln高分子液晶的合成492）聚對苯二甲酰對苯二胺）聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)的合成的合成 PPTA是以六甲基磷酰胺（是以六甲基磷酰胺（HTP）和）和N甲基甲基吡咯烷酮（吡咯烷酮（NMP）混合液為溶劑，對苯二甲酰氯）混合液為溶劑，對苯二甲酰氯和對苯二胺為單體進(jìn)行低溫溶液和對苯二胺為單體進(jìn)行低溫溶液縮聚縮聚而成的。而成的。COn+ (2n-1) HClClOCCOCl + nH2NNH2nHTP, NMPCONHNH高分子液晶的合成50 PPTA具有剛性很強(qiáng)的直鏈結(jié)構(gòu)，分子間又有具有剛性很強(qiáng)的直鏈結(jié)構(gòu)，分子間又有很強(qiáng)的氫健，因此只能溶于濃硫酸中。用它紡成的很強(qiáng)的氫健

35、，因此只能溶于濃硫酸中。用它紡成的纖維稱為纖維稱為Kevlar纖維，比強(qiáng)度優(yōu)于玻璃纖維。纖維，比強(qiáng)度優(yōu)于玻璃纖維。 在我國，在我國，PBA纖維和纖維和PPTA纖維分別稱為芳綸纖維分別稱為芳綸14和芳綸和芳綸1414。高分子液晶的合成51（2）芳香族聚酰胺酰肼）芳香族聚酰胺酰肼 芳香族聚酰胺酰肼是由美國孟山都芳香族聚酰胺酰肼是由美國孟山都(Monsanto)公司于上一世紀(jì)公司于上一世紀(jì)70年代初開發(fā)成功的。典型代表如年代初開發(fā)成功的。典型代表如PABH(對氨基苯甲酰肼與對苯二甲酰氯的縮聚物對氨基苯甲酰肼與對苯二甲酰氯的縮聚物)，可用于制備高強(qiáng)度高模量的纖維?？捎糜谥苽涓邚?qiáng)度高模量的纖維。COn+

36、 (2n-1) HClClOCCOCl + nH2NnHTPCONHCONHNHCONHNH2高分子液晶的合成52PABH的分子鏈中的的分子鏈中的NN鍵易于內(nèi)旋轉(zhuǎn)，因此，分子鏈鍵易于內(nèi)旋轉(zhuǎn)，因此，分子鏈的柔性大于的柔性大于PPTA。它在溶液中并不呈現(xiàn)液晶性，但在。它在溶液中并不呈現(xiàn)液晶性，但在高剪切速率下（如高速紡絲）則轉(zhuǎn)變?yōu)橐壕B(tài)，因此應(yīng)高剪切速率下（如高速紡絲）則轉(zhuǎn)變?yōu)橐壕B(tài)，因此應(yīng)屬于流致性高分子液晶。屬于流致性高分子液晶。高分子液晶的合成53（3）聚苯并噻唑類和聚苯并噁唑類）聚苯并噻唑類和聚苯并噁唑類 這是一類雜環(huán)高分子液晶，分子結(jié)構(gòu)為雜環(huán)連這是一類雜環(huán)高分子液晶，分子結(jié)構(gòu)為雜環(huán)連接的

37、剛性鏈，具有特別高的模量。代表物如聚雙苯接的剛性鏈，具有特別高的模量。代表物如聚雙苯并噻唑苯（并噻唑苯（PBT）和聚苯并噁唑苯（）和聚苯并噁唑苯（PBO），用它），用它們制成的纖維，模量高達(dá)們制成的纖維，模量高達(dá)7602650MPa。 順式或反式的順式或反式的PBT可通過以下方法合成?？赏ㄟ^以下方法合成。高分子液晶的合成54反應(yīng)的第一步是對苯二胺與硫氰氨反應(yīng)生成對反應(yīng)的第一步是對苯二胺與硫氰氨反應(yīng)生成對二硫脲基苯，在冰醋酸和溴存在下反應(yīng)生成苯并雜二硫脲基苯，在冰醋酸和溴存在下反應(yīng)生成苯并雜環(huán)衍生物，并經(jīng)堿性開環(huán)和中和反應(yīng)得到環(huán)衍生物，并經(jīng)堿性開環(huán)和中和反應(yīng)得到2, 5二二巰基巰基1, 4苯二胺

38、。然后以苯二胺。然后以2, 5二巰基二巰基1, 4苯二胺和對苯二甲酸為反應(yīng)單體，縮聚得到苯二胺和對苯二甲酸為反應(yīng)單體，縮聚得到PBT。nH2NKOHNH2NH4SCNHNNH2SH2NNHSCH3COOHBr2NH2SH2NNNSKSH2NNH2SKHClKSClH3NNH3ClSKKSClH3NNH3ClSKn+ nCOOHHOOC縮聚SNNS高分子液晶的合成55 順、反式的聚雙苯并噁唑苯（順、反式的聚雙苯并噁唑苯（PBO）的結(jié)構(gòu)與）的結(jié)構(gòu)與PBT十分相似，只是分子中的硫原子替換成了氧原十分相似，只是分子中的硫原子替換成了氧原子。子。PBO可以采用對苯二酚二乙酯為原料通過上述可以采用對苯二酚

39、二乙酯為原料通過上述類似的方法制備。最近開發(fā)出一條更經(jīng)濟(jì)的制備順類似的方法制備。最近開發(fā)出一條更經(jīng)濟(jì)的制備順式式PBO的方法，它以的方法，它以1, 2, 3三氯苯為原料，經(jīng)過三氯苯為原料，經(jīng)過硝化、堿性水解、氫化和縮聚反應(yīng)等步驟完成的。硝化、堿性水解、氫化和縮聚反應(yīng)等步驟完成的。n+nCOClClOC縮聚NNOOClClClHNH4SCNClClClO2NNaOHClO2NNO2OHHOH2催化ClH2NNH2OHHONO2ClH2NNH2OHHOn高分子液晶的合成56 目前，目前，PBO纖維的強(qiáng)度、模量、耐熱纖維的強(qiáng)度、模量、耐熱性和難燃性都比有機(jī)纖維的性能好許多，性和難燃性都比有機(jī)纖維的性

40、能好許多，其強(qiáng)度和模量更超過了碳纖維和鋼纖維，其強(qiáng)度和模量更超過了碳纖維和鋼纖維，其耐熱性比其耐熱性比PBI要高許多，它在火焰中不要高許多，它在火焰中不燃燒、不收縮而且仍然非常柔軟。燃燒、不收縮而且仍然非常柔軟。57應(yīng)用應(yīng)用PBO纖維主要用于纖維主要用于耐熱耐熱的產(chǎn)業(yè)用紡織品和的產(chǎn)業(yè)用紡織品和纖纖維增強(qiáng)材料維增強(qiáng)材料這兩個(gè)領(lǐng)域。這兩個(gè)領(lǐng)域。在耐熱難燃材料方面，在耐熱難燃材料方面，PBO可用作襯墊，用可用作襯墊，用于鋁型材、鋁合金及玻璃制品等的成形過程。于鋁型材、鋁合金及玻璃制品等的成形過程。PBO是優(yōu)秀的消防服材料。是優(yōu)秀的消防服材料。在纖維復(fù)合材料方面，它可以替代碳纖維，在纖維復(fù)合材料方面，

41、它可以替代碳纖維，用于新型交通工具、宇宙空間器、深海海洋開發(fā)用于新型交通工具、宇宙空間器、深海海洋開發(fā)等。等。 58其具體用途：其具體用途：PBO纖維纖維 增強(qiáng)材料摩擦材料，工程塑料超短纖維，漿粕高溫耐熱過濾氈墊鋁材、玻璃業(yè)的耐熱氈賽車等運(yùn)動(dòng)服全服、手套耐熱勞防服、耐切割安消防服短纖維、裝甲防彈背心、防彈頭盔防彈材料高溫耐熱過濾織物繩索電纜、電熱線、高強(qiáng)繩索補(bǔ)強(qiáng)光纜補(bǔ)強(qiáng)纖維纖維增強(qiáng)材料輪胎、膠管、輸送帶橡膠制品補(bǔ)強(qiáng)纖維長纖維59（4）纖維素液晶）纖維素液晶 纖維素液晶均屬膽甾型液晶。當(dāng)纖維素中葡萄纖維素液晶均屬膽甾型液晶。當(dāng)纖維素中葡萄糖單元上的糖單元上的羥基被羥丙基取代羥基被羥丙基取代后，呈

42、現(xiàn)出很大的剛后，呈現(xiàn)出很大的剛性。羥丙基纖維素溶液當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，就顯示性。羥丙基纖維素溶液當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，就顯示出液晶性。出液晶性。 羥丙基纖維素用環(huán)氧丙烷以堿作催化劑對纖維羥丙基纖維素用環(huán)氧丙烷以堿作催化劑對纖維素醚化而成。素醚化而成。 纖維素液晶至今尚未達(dá)到實(shí)用的階段。然而，纖維素液晶至今尚未達(dá)到實(shí)用的階段。然而，由于膽甾型液晶形成的薄膜具有優(yōu)異的力學(xué)性能、由于膽甾型液晶形成的薄膜具有優(yōu)異的力學(xué)性能、很強(qiáng)的旋光性和溫度敏感性，可望用于制備精密溫很強(qiáng)的旋光性和溫度敏感性，可望用于制備精密溫度計(jì)和顯示材料。因此，這類液晶深受人們重視。度計(jì)和顯示材料。因此，這類液晶深受人們重視。 高分子液

43、晶的合成60HHOCH2CHCH3HHHHHHnOHCH2OCH2CHCH3CH2OOHOHOHCH2CHCH3OHOCH2CHCH3OHOOOO高分子液晶的合成 OOHOHCH2OHOHOOOOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OH61熱致性高分子液晶熱致性高分子液晶 主鏈型熱致性高分子液晶中，最典型最重要的代表是聚主鏈型熱致性高分子液晶中，最典型最重要的代表是聚酯液晶。酯液晶。 1963年，卡布倫敦公司（年，卡布倫敦公司（Carborundum Co）首先成）首先成功地制備了對羥基甲酸的均聚

44、物（功地制備了對羥基甲酸的均聚物（PHB）。但由于）。但由于PHB的熔的熔融溫度很高（融溫度很高（600），在熔融之前，分子鏈已開始降解。），在熔融之前，分子鏈已開始降解。所以并沒有什么實(shí)用價(jià)值。所以并沒有什么實(shí)用價(jià)值。70年代中，美國柯達(dá)公司的杰克年代中，美國柯達(dá)公司的杰克遜遜(Jackson)等人將對羥基苯甲酸與聚對苯二甲酸乙二醇酯等人將對羥基苯甲酸與聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）共聚，成功獲得了熱致性高分子液晶。）共聚，成功獲得了熱致性高分子液晶。高分子液晶的合成62從結(jié)構(gòu)上看，從結(jié)構(gòu)上看，PET/PHB 共聚酯相當(dāng)于在剛性的線性分子共聚酯相當(dāng)于在剛性的線性分子鏈中，嵌段地或無規(guī)地接入柔

45、性間隔基團(tuán)。改變共聚組鏈中，嵌段地或無規(guī)地接入柔性間隔基團(tuán)。改變共聚組成或改變間隔基團(tuán)的嵌入方式，可形成一系列的聚酯液成或改變間隔基團(tuán)的嵌入方式，可形成一系列的聚酯液晶。晶。 PET/PHB共聚酯的制備包含了以下步驟：共聚酯的制備包含了以下步驟：1）對乙酰氧基苯甲酸（）對乙酰氧基苯甲酸（PABA）的制備）的制備HOCOOH+ CH3COOHNaAcOCOOH+ H2OCH3CO高分子液晶的合成63 2）在）在 275和惰性氣氛下，和惰性氣氛下，PET 在在 PABA作用下作用下酸解，然后與酸解，然后與PABA縮合成共聚酯?？s合成共聚酯。COCOOCH2CH2O+OCOOHCH3CO275N2C

46、OCOOH +COOCH2CH2OOCH3CO減壓COCOOCOOCH2CH2O+ CH3COOH高分子液晶的合成643）PABA的自縮聚的自縮聚 從以上反應(yīng)式可見，產(chǎn)物是各種均聚物和共聚從以上反應(yīng)式可見，產(chǎn)物是各種均聚物和共聚物的混合物。這種共聚酯的液晶范圍在物的混合物。這種共聚酯的液晶范圍在260410之間，之間，T高達(dá)高達(dá)150左右。左右。 以后，又研究成功了性能更好的第二代熱致性以后，又研究成功了性能更好的第二代熱致性聚酯液晶和第三代熱致性聚酯液晶。聚酯液晶和第三代熱致性聚酯液晶。 除了聚酯液晶外，聚甲亞胺、聚芳醚砜、聚氨除了聚酯液晶外，聚甲亞胺、聚芳醚砜、聚氨酯等主鏈型熱致性液晶也都

47、有不少研究報(bào)道。酯等主鏈型熱致性液晶也都有不少研究報(bào)道。OCOOHCH3COnCH3CO OCOn+（2n-1) CH3COOH高分子液晶的合成65側(cè)鏈型高分子液晶通常通過含有致晶單元的單側(cè)鏈型高分子液晶通常通過含有致晶單元的單體聚合而成，主要有三種合成方法：體聚合而成，主要有三種合成方法：高分子液晶的合成側(cè)鏈型高分子液晶的合成側(cè)鏈型高分子液晶的合成66（1）加聚反應(yīng)）加聚反應(yīng) 例如，將致晶單元通過有機(jī)合成方法連接在甲例如，將致晶單元通過有機(jī)合成方法連接在甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯類單體上，然后通過自由基基丙烯酸酯或丙烯酸酯類單體上，然后通過自由基聚合得到致晶單元連接在碳聚合得到致晶單元連接在碳碳

48、主鏈上的側(cè)鏈型高碳主鏈上的側(cè)鏈型高分子液晶。分子液晶。自由基、陰離子、陽離子聚合高分子液晶的合成67HO（ CH2）nCl+ HOCOOHNaOHHO（ CH2）nOCOOHHO（ CH2）nOCOOH+ CH2CCH3COOHCH2CCH3COO（ CH2）nOCOOHSOCl2CH2CCH3COO（ CH2）nOHORCOOR聚合CH2CCH3COO（ CH2）nOCOORn高分子液晶的合成68（2）接枝共聚）接枝共聚 例如將含致晶單元的乙烯基單體與主鏈硅原子例如將含致晶單元的乙烯基單體與主鏈硅原子上含氫的有機(jī)硅聚合物進(jìn)行接枝反應(yīng)，可得到主鏈上含氫的有機(jī)硅聚合物進(jìn)行接枝反應(yīng)，可得到主鏈為有

49、機(jī)硅聚合物的側(cè)鏈型高分子液晶。為有機(jī)硅聚合物的側(cè)鏈型高分子液晶。+BAAAAAABBB高分子液晶的合成69 SiOCH3HnCH2+CHCORPt催化劑 SiOCH3nCH2CH2COR高分子液晶的合成70（3）縮聚反應(yīng)）縮聚反應(yīng) 例如，將連接有致晶單元的氨基酸通過自縮合例如，將連接有致晶單元的氨基酸通過自縮合即可得到側(cè)鏈型高分子液晶。即可得到側(cè)鏈型高分子液晶。BAnBABAn+（n-1) abHOOCCH2CH2CHCOONNOCH3NH2CCH2CH2CHCOONNOCH3NHOOn高分子液晶的合成71 人工合成的高分子液晶問世至今僅人工合成的高分子液晶問世至今僅70年左右，年左右，因此是

50、一類非常因此是一類非常“年輕年輕”的材料，應(yīng)用尚處在不斷開的材料，應(yīng)用尚處在不斷開發(fā)之中。發(fā)之中。 高分子液晶在其相區(qū)間溫度時(shí)的粘度較低，而高分子液晶在其相區(qū)間溫度時(shí)的粘度較低，而且高度取向。利用這一特性進(jìn)行紡絲，不僅可節(jié)省且高度取向。利用這一特性進(jìn)行紡絲，不僅可節(jié)省能耗，而且可獲得高強(qiáng)度、高模量的纖維。著名的能耗，而且可獲得高強(qiáng)度、高模量的纖維。著名的Kevlar纖維即是這類纖維的典型代表。纖維即是這類纖維的典型代表。高分子液晶的應(yīng)用高強(qiáng)度高模量纖維材料高強(qiáng)度高模量纖維材料72 商品名性 能Kevlar29*Kevlar49*Nomex*(阻燃纖維)Carbon*型型密 度 /(g/m3)1

51、4401450140019501750抗拉強(qiáng)度 /MPa26.426.472026模 量 /MPa589127417340002600斷裂伸長率 /4.02.422.00.51.0高分子液晶纖維的主要力學(xué)性能高分子液晶纖維的主要力學(xué)性能*杜邦（杜邦（Dupont）公司產(chǎn)品）公司產(chǎn)品*卡布倫敦（卡布倫敦（Carborundum）公司產(chǎn)品）公司產(chǎn)品高分子液晶的應(yīng)用73由表可見，由表可見，Kevlar49的模量約比的模量約比Kevlar29增加增加了一倍，而其斷裂伸長率則降低了一半。了一倍，而其斷裂伸長率則降低了一半。 Kevlar49纖維具有低密度、高強(qiáng)度、高模量和纖維具有低密度、高強(qiáng)度、高模量和

52、低蠕變性的特點(diǎn)，在靜負(fù)荷及高溫條件下仍有優(yōu)良低蠕變性的特點(diǎn)，在靜負(fù)荷及高溫條件下仍有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性。特別適合于用作復(fù)合材料的增強(qiáng)纖的尺寸穩(wěn)定性。特別適合于用作復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維，目前已在宇航和航空工業(yè)、體育用品等方面應(yīng)維，目前已在宇航和航空工業(yè)、體育用品等方面應(yīng)用。用。Kevlar29的伸長度高，耐沖擊優(yōu)于的伸長度高，耐沖擊優(yōu)于Kevlar49，已用于制造防彈衣和各種規(guī)格的高強(qiáng)纜繩。已用于制造防彈衣和各種規(guī)格的高強(qiáng)纜繩。高分子液晶的應(yīng)用74 上世紀(jì)上世紀(jì)70年代末，美國空軍材料實(shí)驗(yàn)室的哈斯年代末，美國空軍材料實(shí)驗(yàn)室的哈斯曼（曼（G. Husman）首先提出了）首先提出了“分子復(fù)合材料分子復(fù)合

53、材料”的概的概念。所謂分子復(fù)合材料，是指材料在分子級水平上念。所謂分子復(fù)合材料，是指材料在分子級水平上的復(fù)合從而獲得不受界面性能影響的高強(qiáng)材料。的復(fù)合從而獲得不受界面性能影響的高強(qiáng)材料。 將具有剛性棒狀結(jié)構(gòu)的主鏈型高分子液晶材料將具有剛性棒狀結(jié)構(gòu)的主鏈型高分子液晶材料分散在無規(guī)線團(tuán)結(jié)構(gòu)的柔性高分子材料中，即可獲分散在無規(guī)線團(tuán)結(jié)構(gòu)的柔性高分子材料中，即可獲得增強(qiáng)的分子得增強(qiáng)的分子復(fù)合復(fù)合材料。材料。 高分子液晶的應(yīng)用分子復(fù)合材料分子復(fù)合材料75 例如，用例如，用 PBA，PPTA 與尼龍與尼龍6、尼龍、尼龍66等材料共混，研究表明，液晶在共混物中形成等材料共混，研究表明，液晶在共混物中形成“微微

54、纖纖”，對基體起到顯著的增強(qiáng)作用。側(cè)鏈型高分子，對基體起到顯著的增強(qiáng)作用。側(cè)鏈型高分子液晶在本質(zhì)上也是分子級的復(fù)合。這種在分子級水液晶在本質(zhì)上也是分子級的復(fù)合。這種在分子級水平上復(fù)合的材料，又稱為平上復(fù)合的材料，又稱為“自增強(qiáng)材料自增強(qiáng)材料”。 分子復(fù)合材料目前尚處于發(fā)展階段，但從其全分子復(fù)合材料目前尚處于發(fā)展階段，但從其全面的綜合性能來看，由于消除了界面，無疑是一種面的綜合性能來看，由于消除了界面，無疑是一種令人矚目，極有發(fā)展前途的材料。令人矚目，極有發(fā)展前途的材料。高分子液晶的應(yīng)用76V液晶顯示原理高分子液晶的應(yīng)用高分子液晶顯示材料高分子液晶顯示材料未加電未加電透明透明加電加電混濁混濁77

55、 小分子液晶作為顯示材料已得到廣泛的應(yīng)用。小分子液晶作為顯示材料已得到廣泛的應(yīng)用。高分子液晶的本體粘度比小分子液晶大得多，它的高分子液晶的本體粘度比小分子液晶大得多，它的工作溫度、響應(yīng)時(shí)間、閥電壓工作溫度、響應(yīng)時(shí)間、閥電壓等使用性能都不及小等使用性能都不及小分子液晶。為此，人們進(jìn)行了大量的分子液晶。為此，人們進(jìn)行了大量的改性改性工作。例工作。例如，選擇柔順性較好的聚硅氧烷作主鏈形成側(cè)鏈型如，選擇柔順性較好的聚硅氧烷作主鏈形成側(cè)鏈型液晶，同時(shí)降低膜的厚度，則可使高分子液晶的響液晶，同時(shí)降低膜的厚度，則可使高分子液晶的響應(yīng)時(shí)間大大降低。應(yīng)時(shí)間大大降低。 實(shí)驗(yàn)室的研究已使這種高分子液晶的響應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)

56、室的研究已使這種高分子液晶的響應(yīng)時(shí)間降低到毫秒級、甚至微秒級的水平。由于高分子液降低到毫秒級、甚至微秒級的水平。由于高分子液晶的加工性能和使用條件較小分子液晶優(yōu)越得多，晶的加工性能和使用條件較小分子液晶優(yōu)越得多，高分子液晶顯示材料的實(shí)際應(yīng)用已為期不遠(yuǎn)了。高分子液晶顯示材料的實(shí)際應(yīng)用已為期不遠(yuǎn)了。 高分子液晶的應(yīng)用78 膽甾型液晶的層片具有膽甾型液晶的層片具有扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，對入射光具，對入射光具有很強(qiáng)的偏振作用，因此顯示出漂亮的色彩。這種有很強(qiáng)的偏振作用，因此顯示出漂亮的色彩。這種顏色會(huì)由于溫度的微小變化和某些痕量元素的存在顏色會(huì)由于溫度的微小變化和某些痕量元素的存在而變化。利用這種特性，小分子膽甾型液晶已成功而變化。利用這種特性，小分子膽甾型液晶已成功地用于測定精密溫度和對痕量藥品的檢測。高分子地用于測定精密溫度和對痕量藥品的檢測。高分子膽甾型液晶在這方面的應(yīng)用也正在開發(fā)之中。膽甾型液晶在這方面的應(yīng)用也正在開發(fā)之中。高分子液晶的應(yīng)用精密溫度指示材料和痕量化學(xué)藥品指示劑精密溫度指示材料和痕量化學(xué)藥品指示劑