高分子液晶的应用研究进展.doc

高分子液晶的应用研究进展应化1121 庄国强(1130109107) 天平学院摘要：高分子液晶是指具有液体的流动性和晶体的各向异性的液晶介态的高分 子化合物，是不同于固相和液相的一•种中介相态综述了液晶的发现过程、形成 机制及分类介绍了高分子液晶材料的特点，并对液晶在各个领域的应用研究和 潜在性能进展作了简要的阐述关键词：高分子液晶研究应用发展正文：1高分子液晶的发展和分类1.1高分子液晶的发展1937年Bawden和Pirie在研究烟草花叶病病毒时，发现其悬浮液具有液晶 的特性，这是人们第一次发现生物高分子的液晶特性其后1950年，Elliott 与Ambrose第一次合成了高分子液晶，溶致型液晶的研究工作至此展开50年 代到70年代，美国Duponnt公司投入大量人力才力进行高分子液晶发面的研究, 取得了极大成就：1959年推出芳香酰胺液晶，但分子量较低；1963年，用低温 溶液缩聚法合成全芳香聚酰胺，并制成阻燃纤维Nomex； 1972年研制出强度优于 玻璃纤维的超高强、高模量的Kevlar纤维，并付注实用；此后，高分子液晶的 研究则从溶致型转向为热致型，在这一方面Jackson等作出了较大贡献，他们合 成了对苯二甲酸已二醇酯与对羟基苯甲酸的共聚物，可注槊成型，这是-•种模量 极高的自增强液晶材料。

从应用领域分析，高分子液晶材料在电子电气行业中需求量最大且发展迅 速，1998年可达3600吨，平均年增长23. 1 %；其次是通讯业，需求量约1540吨, 增长21.1%；工业界及运输业总需求量不到1700吨，平均年增长率约为11%, 主要用于接插件、开关、继电器、模塑印刷电路板、光缆结构件、复合材料、机 械手、泵/阀门组件、功能件等，极大地推动了高分子液晶技术及其它高新技术 的发展1.2高分子液晶的分类1.2.1根据液晶分子结构特征根据刚性部分在分子中的相对位置和连接次序，可将其分成主链型高分子 液晶和侧链型高分子液晶在高分子液晶中，刚性部分如果处于聚合物主链上, 即为主链型液晶；刚性部分如果是由一•段柔性链与聚合物主链相连，成梳状, 即为侧链型液晶在物理化学性质上方面，主链型液晶与侧链型液晶表现出相 当大的差异1.2.2根据液晶形态根据刚性分子链堆砌所形成的物理结构，可分为三种织态结构：即向列型液 晶、近晶型液晶和胆笛型液晶近晶型液晶其分子排列成层，层内分子长轴互 相平行，垂直于层片平面分子可在本层活动，不能上下层移动，二维有序, 其规整性近似晶体向列型液晶分子沿长轴方向平行排列，分子间保持与近晶 型液晶相似的平行关系。

分子能上下、左右、前后滑动，呈现一维有序，重 心位置无序，有很大流动性胆治型液晶是向列型液晶的一•种特殊形式分子 排列成层，层内分子排列成向列型；分子长轴平行于层的平面，层与层间分 子长轴逐渐偏转，形成螺旋状由于这些扭转作用，可以使反射白光发生色散, 透射光发生偏转，具有独特的光学性质1.2.3根据液晶形成条件按液晶的形成条件，可分为溶致性液晶、热致性液晶、压致型液晶等等 溶致性液晶是在溶解过程中液晶分子在溶液中达到一定浓度时形成有序排列，产 生各向异性构成液晶热致性液晶是在加热熔融过程中，不完全失去晶体特征, 保持一定有序性的三维各向异性的晶体所构成的液晶高分子液晶材料在制备超强高分子纤维和非线性高分子材料中也得到了应 用2. 1液晶显示器我们所熟悉的液晶材料是液晶显示器，但是它是小分子液晶材料，而且应用 十分普遍但是在手性近晶型液晶具有铁电性得到证明后，基本上解决了高分子 液晶作为图像显示材料的显示速度问题所谓铁电性高分子液晶，实际上是在普 通高分子液晶分子中引入一•个具有不对称碳原子的基团从而保证其具有扭曲0 型近晶型液晶的性质常用的含有不利称碳原子的原料是手性异戊醇己经合成 出席夫碱型、偶氮苯及氧化偶氮苯型、酣型、联苯型、杂环型及环己烷型等各类铁电性高分子液晶。

2.2液晶LB膜LB技术是分子组装的一种重要手段其原理是利用两亲性分子的亲水基团 和疏水基团在水亚相上的亲水能力不同，在一定表面压力下，两亲性分子可以在 水亚相上规整排列利用不同的转移方式，将水亚和上的膜转移到固相基质上所 制得的单层或多层LB膜在非线性光学、集成光学以及电子学等领域均有重要的 应用前景将LB技术引入到高分子液晶体系，得到的高分子液晶LB膜具有不同 于普通LB膜和普通液晶的特殊性能对两亲性侧链液晶聚合物LB膜内的分子排 列特征进行的研究表明，如果某一两亲性高分子在58〜84C可呈现近晶型液晶 相，则经LB技术组装的该高分子可在60〜150C呈现各向异性分子取向这表 明其液晶态的分子排列稳定性大大提高，它的清亮点温度提高66Co高分子液晶LB膜的另一特性是它的取向记忆功能对上述高分子液晶LB 膜的小角X衍射研究表明，熔融冷却后的LB膜仍然能呈现出熔融前分子规整排 布的特征，表明经过LB技术处理的高分子液晶对于分子间的相互作用有记忆功 能因此高分子液晶LB膜由于其的超薄性和功能性，可望在波导领域有应用的 可能2.3电子电器领域高分子液晶优异的电绝缘性、低热膨胀系数、高耐热性和耐锡焊性等优点， 使其在电子工业中的应用日益扩大。

以表面装配技术和红外流焊接装配技术为 代表的高密度循环加工工艺，要求树脂能够经受260C以上的高温，还要求制品 薄壁和小型化，故要求树脂能精密注射、不翅曲和耐焊接，这是-•般工程塑料难 以达到的，而Vectra> Xydar类高分子液晶E满足这些要求F1前发这国家电子 工业中将高分子液晶用来制作接线板、线圈骨架、印刷电路板、集成电路封装和 连接器，此外还用作磁带录象机部件、传感器护套和制动器材等2.4汽车和机械工业领域高分子液晶广泛用于制造汽车发动机内各种零部件（如燃油输送系统的泵和 浆叶、调速传感器等），以及特殊的耐热、隔热部件和精密机械、仪器零件高 分子液晶可以用于巡航控制系统的驱动发动机中作为旋转磁铁的密封元件Du Pont公司采用Kevlar 119作为高级轿车轮胎补强纤维，使轮胎的各种性能提高 50%； FL本住友化学公司开发的PTEE Ekonol E101系列合金可用于200C以上使 用的无油润滑轴承以及耐溶剂轴承等2. 5光纤通讯领域光纤通讯中，目前采用石英玻璃丝作为光导纤维这种外径仅为100〜150UE 的细玻璃丝，只需100g左右的拉力就被拉断因此为了保护光纤表面，提高抗 拉强度、抗弯强度，需给光纤涂以高分子树脂造成被复层。

高分子液晶就适用于 光纤二次被复材料，以及抗拉构件和连接器等如尤尼崎卡和三菱化学开发的 PET系非全芳炷高分子液晶，经改性后代替尼龙12作为光纤的二次涂层，由于 其模量、强度均高，而膨胀系数小，从而降低了由光纤本身温度变形而引起的畸 形，以及使光纤不易出现不规则弯曲，减少了光信号传输中的损耗3.高分子液晶材料的研究现状及开发前景高分子液晶是当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域近十儿年来, 有关的研究报道日益增多从报道的文献看，高分子液晶材料的研究热点主要集 中在以下几个方面：3. 1高分子液晶的合成、表征及性能测试一种新材料的开发，其合成和表征应当是首当其冲的，因此有关这方面的 研究特别多最近，李自法等就报道了以2, 5二(对烷氧基苯甲酰氧基)对苯 二酚和不同结构的脂肪二酰氯为单体，采用低温溶液缩聚的方法，合成了一系 列新的液晶基元垂直于分子主链的近晶C (Sc)相出型高分子液晶赵雄燕等综 述了一种合成嵌段液晶共聚物的新方法——大分子引发剂法这种方法可以使传 统的自由基聚合也具有“准活性”聚合的能力，从而象阴离子聚合一样，也可用 来合成预定结构的嵌段共聚物但由自由基聚合对杂质敏感性小，合成简单并易 于控制，使得在大分子引发剂法在合成嵌段液晶共聚物领域显示出极好的开发前 景。

有关高分子液晶性能测试方面的研究更是近期研究热点中的热点，这点可 从上文的例子中看出3.2嵌段液晶共聚物的研究由于嵌段共聚物的合成技术有较大的可靠性和预见性，因此能较好地控制 诸如序列结构、链段长度及多分散性等重要参数，准确地达到所要求的结构， 这样便可根据不同的使用要求进行分子裁剪，设计合成具有特殊性能的高分子材 料因此近年有关嵌段液晶共聚物的研究报道逐渐增多，己成为液晶领域研究的 热点之一嵌段液晶共聚物除了用作液晶原位复合材料的增容剂，制备高强度、高模量 及加工性能优异的高性能结构材料外，还可用于：①制备集光电性、液晶性及优 异的加工性于一身的高科技光电功能材料；②利用嵌段液晶共聚物相转变的平 衡特性可进行评估聚合物特殊的物理过程和物理性能；③作为半结晶嵌段共聚物 还可用来研究总体几何结构与拓扑之间的关系；④嵌段液晶共聚物还可用来研 究不同的相界面条件及相畴尺寸对液晶相的形成、特性及稳定性的影响总之， 液晶嵌段共聚物无论是作为高性能材料还是在理论研究方面，均具有广阔的应用 前景和重要的理论研究价值3.3高分子液晶原位复合材料和分子复合材料高分子液晶与其它高分子的共混物是一类很有生命力和发展前景的材料，它 性能优良、价格便宜、品种多样、加工容易，因而深受国内外重视。

如何将棒状 分聚合物分散到柔性链分子基体中，使它们尽可能地达到分子分散的水平，-•直 是科学家们努力追求的刘孝波等指出，液晶热固性聚合物的研究是近年来液晶聚合物研究课题中出 现的一个新型的研究课题它将集液晶特征和热固性聚合物的性质于一体，创造 出一类新型的特种热固性高分子材料液晶环氧树脂为代表的液晶性网络材料是 其中重要的一类，它为高性能高分子复合材料的研究开辟了新的途径，从而拓宽 了液晶聚合物和通用热固性聚合物的研究3.4功能高分子液晶材料功能高分子液晶材料包括：光学非线性高分子液晶，铁电性和反铁电性高分 子液晶，光导高分子液晶，生物性高分子液晶和高分子液晶膜等由于它们的特 殊性能将会有非常广阔的重要应用前景例如，吴壁耀等报道了具有肉桂酸酯侧链基的热熔型高分子液晶的光交联行 为指出在20min紫外光照射的条件下，形成液晶相的高分子液晶膜的光交联凝 胶百分率要明显高于尚未形成液晶的同种高分子膜由于高分子液晶中介晶基元 的聚集和有序排列形成的微区结构也影响了大分子链锄基肉桂酸酯的聚集状态， 从而使其光化学性质发生了变化，可望用于光固化涂料的改性任何一种材料的开发都必须有完善的理论作基础，都必须以满足社会的发展 需要为根本目的，同样，高分子液晶也不例外。

对于高分子液晶材料的开发，在 继续加强以上四方面的研究外，还应加强如下几方面的研究开发工作1) 加强高分子液晶的基础研究和应用基础研究工作从己报道的大量文献 看，合成、表征及其性能测试方面的报道占主要地位，而理论方面探讨性文章 较少因此有必要加强诸如：高分子液晶理论，液晶态结构，相变动力学与热力学, 液晶共聚物的序列结构，高分子液晶的结构与功能关系，高分子液晶的分子设计 等重要基础理论问题的研究李敏等报道了一种新型高分子液晶的分子设计方 法，即，将分子间相互作用(如分子间氢键、离子间相互作用及电荷转移相互作 用等)引入高分子液晶体系其原理是通过分子间的复合而形成有序超分子聚集 体这种新型的高分子液晶体系具有高的热稳定性和高有序性，可望在导电材料 等领域中得到应用2) 发展热熔型高分子液晶结构材料，特别是聚酯类的液晶自增强塑料可以 按其热变形温度高低开发不同档次的液晶聚合物，以满足高科技领域、国民经济 各部门和家用电器等不同层次的需要3) 发展高比强、高比模和耐高温的热熔型高分子液晶纤维，包括芳纶纤维 和共聚酯纤维4) 搞好配套项目的发展 应加强为开发高分子液晶材料所必须的单体等原 料的开发和高分子液晶成型加工技术及设备的研究，包括工程技术和。