液晶高分子的性質(zhì)及應用

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：翟洪巖、楊懷斌、岳敏、尹國強、張家樂、張維液晶高分子自上世紀70年月被開發(fā)出以來，經(jīng)受了一系列的進展，現(xiàn)已成為普遍使用的一種高分子材料。人們已對液晶高分子的結構、性質(zhì)、合成辦法以及液晶高分子的應用都有了較為深刻的熟悉。這篇文章研究的主要關于高分子液晶的性質(zhì)（物理性質(zhì)）及其應用。

一、高分子液晶的物理性質(zhì)。

液晶高分子作為一種特別的高分子材料，自然具有與普通高分子材料不同的性質(zhì)。液晶具有液體的流淌性和固體的有序性，對外界刺激如光、機械壓力、溫度、電磁場及化學環(huán)境的變化具有較高的敏捷性。高分子液晶制品具有高強度、高模量，尺寸穩(wěn)定性、阻燃性、絕緣性好，耐高溫、耐輻射、耐化學藥品腐蝕、線膨脹率低，并有良好的加工流淌性等優(yōu)異性能。

1、高彈性。

液晶對外場作用較為敏感，即使不大的電磁力、切變力、表面吸附等都能使液晶產(chǎn)生較大形變。液晶可自立存在展曲、扭曲、彎曲三種彈性形變。

2、粘滯性與流變性。

液晶存在取向有序性，這將影響流體力學行為。而液晶高分子還具有的高分子的粘滯特性，這與分子長度密切相關。普通液晶高分子為多疇狀態(tài)，疇的大小在幾微米之內(nèi)，故在宏觀上液晶高分子是各向同性的，其許多物理性質(zhì)如力學性能等，表觀上也是多向同性的。溶致型液晶高分子溶液在各向同性相時，粘度隨濃度增大而增大。進入液晶相后，粘滯系數(shù)驟然降低。分子量越大，進入液晶相濃度也越低，最大粘滯系數(shù)上升。

體系進入液晶相后，指向矢受切變流的影響而沿它的流淌方向取向，從而快速降低了粘滯系數(shù)。當切變流淌停止一段時光后，樣品會逐漸弛豫回本來的多疇狀態(tài)。假如在此之前就使液晶高分子降溫或溶劑移走成為固態(tài)，仍可獲得相當好的宏觀取向，即各向異性固體。

3、其他性質(zhì)。

膽甾相液晶具有螺旋結構。因此有特別的光學性質(zhì)，如挑選反射、圓二色性、劇烈的旋光性及其色散、電光和磁光效應等。

二、高分子液晶的應用。

1、液晶高分子纖維

液晶高分子在適當?shù)臈l件下，液晶分子有自動沿分子長軸取向的傾向，體系的粘度系數(shù)也表現(xiàn)為各向異性，沿分子長軸方向的粘度系數(shù)較其他方向小得多，因而很簡單在紡絲過程中形成沿纖維軸高度取向的結構，從而獲得優(yōu)異的力學性能，芳綸(Kevlar)是最早開發(fā)勝利并舉行工業(yè)化生產(chǎn)的液晶高分子纖維，它的高強度、高棋t以及優(yōu)良的耐熱性使它在增加材料、防護服裝、防燃、高溫過漁等方面發(fā)揮著重要作用。最近以PBZ和PBO為代表的具有杰出力學性能和耐熱性的芳族雜環(huán)高分子的討論和開發(fā)勝利可以說是科學家挑戰(zhàn)自我的成功，是液晶高分子工程最勝利的例子之一。20世紀90年月后，Dupont化學公司與東洋紡合作，勝利地生產(chǎn)出了液晶PBO纖維，并以Zylon的商品名推出。Zylon具有非常優(yōu)異的性能。具有2倍于Kevlar的強度和模量，分離達5.8GPa和300GPa左右，熱分解溫度達650℃，也惟獨由液晶高分子制得的纖維才干獲得如此臨近理論極值的性能。以及聚芳酯類等高性能液晶高分子纖維。

2、熱致性高分子液晶—塑料

因為芳族酰胺和芳族雜環(huán)液晶高分子都是溶致性的，即不能實行熔融擠出的加工辦法，因此在高性能工程塑料領城的應用受到限制。以芳族聚酯液晶高分子為代表的熱致性液晶離分子正巧彌補了溶致性液晶高分子的不足。高分子液晶，特殊是熱致性主鏈液晶具有高模、高強等優(yōu)異的機械性能，因此特殊適合于作為高性能工程材料。與鋼筋相比具有質(zhì)輕、柔韌性好、耐腐蝕的優(yōu)點，更重要的是它的極低的膨脹率可以大大減小由溫度變化產(chǎn)生的內(nèi)應力。高分子液晶的低粘度和高強度性質(zhì)在作為涂料添加劑方面也得到應用。加人高分子液晶的涂料粘度下降，因此可以使用更少的溶劑，以削減污染，降低成本。加人高分子液晶后，涂料成膜后的強度也有較大增強。

3、液晶高分子復合材料

液晶高分子復合材料是以熱致性液晶聚合物為增加劑，將其通過適當?shù)霓k法簇擁于基體聚合物中，就地形成微纖結構，達到增加基體力學性能的目的。近年來，關于液晶高分子通過互穿聚合物網(wǎng)絡與基體聚合物分子復合的討論也有不少報導，而且近來越來越收到關注，可以說應用前景很好。

4、液晶高分子信息材料

1）液晶高分子在電學方面的應用

聚合物液晶具有在電場作用下從無序透亮?????態(tài)到有序非透亮?????態(tài)的改變能力，因此也可以應用到顯示器件的制作方面。它是利用向列型液晶在電場作用下的迅速相變反應和表現(xiàn)出的光學特點制成的。把透亮?????體放在透亮?????電極之間，當施加電壓時，受電場作用的液晶前體快速發(fā)生相變，分子發(fā)生有序羅列成為液晶態(tài)。當有序羅列部分失去透亮?????性而產(chǎn)生與電極形態(tài)相同的圖像。按照這一原理可以制成數(shù)碼顯示器、電光學快門、廣告牌及電視屏幕等顯示器件。

2）液晶高分子在倍息儲存介質(zhì)及光學方面的應用

液晶高分子特殊是側鏈型液晶高分子是很有前途的非