搜档网
当前位置:搜档网 › 高分子的取向结构和液晶结构

高分子的取向结构和液晶结构

高分子的取向结构和液晶结构
高分子的取向结构和液晶结构

高分子的取向结构和液晶结构

一、高分子的取向结构

1、概念

高分子的取向是指在外力(拉伸、牵引、挤出)作用下,其大分子链、链段或结晶高分子中的晶体结构沿外力作用方向排列的现象。

高分子链在伸展状态下,其长度是宽度的几百、几千乃至几万倍,因此在结构上具有悬殊的不对称性。在诸如挤出、牵伸、压延、吹塑等在外力作用下均可发生分子链的取向现象。

取向态和结晶态尽管都与高分子的有序排列有关,但它们的有序程度不同。取向态是一维或二维在一定程度上有序,而结晶态则是三维有序。

通常,对于未取向的高分子材料来说,链段的取向是随机的,这样的材料客观上是各相同性的,而取向的高分子材料,其链段在某些方向上择优取向,呈现各向异性。

2、取向高聚物的性能

对于取向的高分子材料来说其力学性能、光学性质及热性能等方面发生了较大的变化。比如在力学性能中,抗张强度和疲劳强度在取向方向上显著增加,而与取向方向相垂直的方向则下降。因此,人们可以通过取向现象来改善产品的某些性能。

3、取向方式

取向方式分为单轴取向和双轴取向。单轴取向是指材料只沿一个方向拉伸,长度增加,厚度和宽度减少,大分子链或链段沿拉伸方向择优取向。双轴取向是指材料沿两个垂直的方向拉伸,面积增加,厚度减少,大分子链或链段倾向于与拉伸平面平行排列。单轴取向可通过单向拉伸等方法在材料的一维方向上施以应力来实现,如合成纤维中的牵伸是单轴取向。而双轴取向长常通过双向拉伸、吹塑等过程来实现,用于薄膜制品。

4、高分子的取向机理

取向过程是分子在外力作用下的有序化过程。外力除去后,分子热运动使分子趋向于无序化,即称为解取向过程。同时取向的过程是在外力作用下运动单元运动的过程。必须克服高聚物内部的粘滞阻力,因而完成取向过程要一定的时间。

4.1 各取向单元的取相机理

(1)链段取向:通过单键的内旋转引起的链段运动来完成,这种取向在玻璃化温度以上就可以进行。

(2)分子链取向:通过各链段的协同运动来完成,只有在粘流态下才能实现。

(3)晶粒的取向:通过晶区的破坏和重新排列来完成,一般需在外力作用下进行。即伴随晶片的倾斜、滑移过程,原有的折叠链晶片被拉伸破坏,重新为新的折叠链晶片、伸直链微晶或由球晶转变为微纤结构。

4.2 非晶态聚合物的取向

对于非晶态聚合物,有链段取向和分子取向两种可能,在高弹态下只发生链段取向,不发生分子取向。在粘流态下,两种都发生,但首先发生链段的取向,然后才发生整个分子的取向。

高分子的取向态是一种不平衡状态,由于分子的热运动,它有自发恢复到紊乱无序的平衡态倾向,这种过程称为解取向过程。显然,只要条件允许,取向的高分子总是要自发地解取向。因此发生解取向作用时,首先发生链段的解取向,然后是整链的解取向。

4.3 晶态聚合物的取向

结晶高分子的取向过程比较复杂,除了非晶区可能发生链段取向和整链取向外,还可能发生晶粒的取向。在外力作用下,晶粒将沿外力方向择优取向。关于结晶高分子的取向过程目前有两种观点:

一部分人认为结晶高分子的非晶区在拉伸时将首先发生取向,然后是结晶的变形、破坏、再结晶,从而形成新的取向晶体。

Flory等人认为:在非晶态时,柔性高分子链周围有数以百计的近邻分子与之缠结,但形成结晶后,这些缠结部分将集中在非晶区。由于非晶区缠结的很厉害,分子运动比较困难,拉伸时不可能一开始就发生较大的形变。因此结晶高分子的拉伸将首先发生晶区结构的破坏。

5、取向的特点

(1)各向异性:未取向时,大分子链和链段的排列是随机的,因而呈现各向同性。取向后,由于在取向方向上原子之间的作用力以化学键为主,而在与之垂直的方向上,原子之间的作用力以范德华力为主,因而呈现各向异性。由此使材料在力学、光学和热学性能上取向前后产生显著差别。

(2)热力学上是一种非平衡状态:取向过程是一种分子的有序化过程,而热运动却使分子趋向杂乱无序,即所谓解取向过程。在热力学上,解取向是自发过程,而取向过程必须通过外力场的帮助才能实现。

在高弹态下,拉伸可使链段取向,但外力去除后,链段就自发解取向,恢复原状。在粘流态下,外力可使分子链取向,但外力去除,分子链就自发解取向。

为了维持取向状态,必须在取向后把温度迅速降至玻璃化温度以下,使分子和链段的运动“冻结”起来,以获取具有取向的材料。

6、取向研究的应用

6.1合成纤维的生产

纺丝时拉伸使纤维取向度提高后,虽然抗张强度提高,但是由于取向过度,分子排列过于规整,分子间相互作用力太大,分子的弹性却太小了,纤维变得僵硬、脆。为了获得一定的强度和一定的弹性的纤维,可以在成型加工时利用分子链取向和链段取向速度的不同,用慢的取向过程使整个分子链获得良好的取向,以达到高强度,然后再用快的取向过程使链段解取向,使之具有弹性。

纤维在较高温度下(粘流态)牵伸,因高聚物具有强的流动性,可以获得整链取向,冷却成型后,在很短时间内用热空气和水蒸气很快吹塑一下,使链段解取向收缩(这一过程叫“热处理”)以获取弹性。未经热处理的纤维在受热时就会变形(内衣,汗衫)。

6.2 薄膜的生产

目前广泛使用的全同PP包扎绳,是全同PP薄膜经单轴拉伸再经撕裂制成,拉伸方向十分结实(原子间化学键),而与之垂直方向上十分容易撕开(范氏力)。

电影胶片的片基,录音、录像的带基等薄膜制品,大都是通过双轴拉伸而制成。由于双轴取向后薄膜不存在薄弱方向,可全面提高强度和耐褶性,而且由于薄膜平面上不存在各向异性,存放时不发生不均匀收缩,这对于作摄影胶片的薄膜材料很重要,不会造成影象失真。

6.3 塑料的吹塑

外形较简单的塑料制品,可利用吹塑工艺使聚合物发生双轴取向来提高强度。例如用PMMA制作的战斗机上的透明机舱,用PVC或ABS制作的安全帽,取向后冲击强度得到提高。

二、高分子的液晶结构

1、概念

某些物质的受热熔融或被溶解后,虽然失去了固态物质的大部分特性,外观呈液态物质的流动性,但可能仍然保留着晶态物质分子的有序排列,从而在物理性质上表现为各向异性,形成一种兼有晶体和液体部分性质的过渡中间相态,这种中间相态被称为液晶态,处于这种状态下的物质称为液晶(liquid crystals)。研究表明,液晶是介于晶态和液态之间的一种热力学稳定的相态其主要特征是其聚集状态在一定程度上既类似于晶体,分子呈有序排列;又类似于液体,有一定的流动性。

2.、液晶的形成的条件

(1)分子具有不对称的几何形状。如棒状、平板状或盘状。

(2)分子要有一定的刚性。如含有多重键、芳香环等刚性基团。

(3)分子之间要有适当大小的作用力来维持分子的有序排列,即液晶分子要含有极性或易极化的基团。

3、液晶分子的结构

3.1 小分子液晶的结构

X—□—L—□—Y

(1) —□—表示分子中的刚性环状结构,如苯环等。

(2) X,Y为刚性基团上的取代基,如烷基等;

(3) L为连接集基团,如酯基等。

3.2 高分子液晶的结构

能形成液晶高分子通常由刚性和柔性两部分组成。刚性部分主要是芳香族和脂肪型环状结构,柔性部分多是可以自由旋转的σ键连接起来的饱和链。根据分子构型的不同,高分子液晶又可以分为下面三种:

侧链型:

主链型:

复合型:

4、液晶的分类

液晶按分子量大小可分为小分子液晶和高分子液晶。按物质的来源分类可分为天然液晶和合成液晶。按液晶形成条件分类可分为溶致液晶和热致液晶。根据分子排列的形式和有序性的不同可分为向列型液晶、近晶型液晶和胆甾型液晶。下面主要介绍根据液晶形成条件和根据分子排列的形式和有序性不同两种分类方式中液晶的区别

4.1根据液晶形成条件分类

热致性液晶是依靠温度的变化,在某一温度范围形成的液晶态物质。液晶态物质从浑浊的各向异性的液体转变为透明的各向同性的液体的过程是热力学一级转变过程,相应的转变温度称为清亮点,记为Tcl。不同的物质,其清亮点的高低和熔点至清亮点之间的温度范围是不同的。溶致性液晶则是依靠溶剂的溶解分散,在一定浓度范围形成的液晶态物质。

除了这两类液晶物质外,人们还发现了在外力场(压力、流动场、电场、磁场和光场等)作用下形成的液晶。例如聚乙烯在某一压力下可出现液晶态,是一种压致型液晶。聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰肼在施加流动场后可呈现液晶态,属于流致型液晶。

4.2 根据分子排列的形式和有序性的不同分类

(1)向列型液晶(nematic liquid crystals,N)

在向列型液晶中,棒状分子只维持一维有序。它们互相平行排列,但重心排列则是无序的。在外力作用下,棒状分子容易沿流动方向取向,并可在取向方向互相穿越。因此,向列型液晶的宏观粘度一般都比较小,是三种结构类型的液晶中流动性最好的一种。

向列相液晶的分子呈棒状,分子的长径比大于4,分子质心没有长程有序性,其长轴互相平行,但不排列成层,如图1所示。向列相液晶分子的排列和运动比较自由,对外力相当敏感,是目前液晶显示器的主要材料。

图1 向列型液晶

(2)近晶型液晶(smectic liquid crystals,S)

近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶结构的一类,因此得名。在这类液晶中,棒状分子互相平行排列成层状结构。分子的长轴垂直于层状结构平面。层内分子排列具有二维有序性。但这些层状结构并不是严格刚性的,分子可在本层内运动,但不能来往于各层之间。因此,层状结构之间可以相互滑移,而垂直于层片方向的流动却很困难。

近晶型液晶是由棒状或条状的分子组成,分子排列成层,层内分子长轴相互平行或接近于平行,其方向可以垂直于层面,或与层面成倾斜排列,层的厚度等于分子的长度,如图2所示。

图2 近晶型液晶

(3)胆甾型液晶(Cholesteric liquid crystals,Ch)

在属于胆甾型液晶的物质中,有许多是胆甾醇的衍生物,因此得名。但实际上,许多胆甾型液晶的分子结构与胆甾醇结构毫无关系。但它们都有导致相同光学性能和其他特性的共同结构。

胆甾相液晶分子呈扁平状且排列成层,层内分子相互平行。相邻两层分子,其长轴彼此有一轻微的扭角,多层分子的排列方向逐渐扭转成螺旋线,形成一个沿层的法线方向排列成螺旋状结构,如图3所示。分子长轴方向在扭转了360°以后回到原来的方向。两个取向相同的分子层之间的距离称为螺距,是表征胆甾型液晶的重要参数。由于扭转分子层的作用,照射在其上的光将发生偏振旋转,使得胆甾型液晶通常具有彩虹般的漂亮颜色,并有极高的旋光能力。

图3 胆甾型液晶

5、高分子液晶的性能特征

(1)取向方向的高拉伸强度和高模量:

最突出的特点是在外力场中容易发生分子链取向,在取向方向上呈现高拉伸强度和高模量。

如Kevlar 的比强度和比模量均达到钢的10 倍。

(2)耐热性突出:

由于高分子液晶的刚性部分大多由芳环构成,其耐性相对比较突出。

如:Xydar 的熔点为421 ℃,空气中的分解温度达到560 ℃,其热变形温度也可达350℃,明显高于绝大多数塑料。

(3)阻燃性优异

高分子液晶分子链由大量芳香环所构成,除了含有酰肼键的纤维外,都特别难以燃烧。

如:Kevlar 在火焰中有很好的尺寸稳定性,若在其中添加少量磷等,高分子液晶的阻燃性能更好。

(4)电性能和成型加工性优异:

高分子液晶的绝缘强度高和介电常数低,而且两者都很少随温度的变化而变化,并导热和导电性能低。

由于分子链中柔性部分的存在,其流动性能好,成型压力低,因此可用普通的塑料加工设备来注射或挤出成型,所得成品的尺寸很精确。

6、高分子液晶的应用

人工合成的高分子液晶问世至今仅70年左右,因此是一类非常“年轻”的材料,应用尚处在不断开发之中。

(1)制造具有高强度、高模量的纤维材料

高分子液晶在其相区间温度时的粘度较低,而且高度取向。利用这一特性进行纺丝,不仅可节省能耗,而且可获得高强度、高模量的纤维。著名的Kevlar纤维即是这类纤维的典型代表。

(2)分子复合材料

上世纪70年代末,美国空军材料实验室的哈斯曼(G. Husman)首先提出了“分子复合材料”的概念。所谓分子复合材料,是指材料在分子级水平上的复合从而获得不受界面性能影响的高强材料。

将具有刚性棒状结构的主链型高分子液晶材料分散在无规线团结构的柔性高分子材料中,即可获得增强的分子复合材料。

(3)高分子液晶显示材料

小分子液晶作为显示材料已得到广泛的应用。高分子液晶的本体粘度比小分子液晶大得多,它的工作温度、响应时间等使用性能都不及小分子液晶。为此,人们进行了大量的改性工作。例如,选择柔顺性较好的聚硅氧烷作主链形成侧链型液晶,同时降低膜的厚度,则可使高分子液晶的响应时间大大降低。

(4)精密温度指示材料和痕量化学药品指示剂

胆甾型液晶的层片具有扭转结构,对入射光具有很强的偏振作用,因此显示出漂亮的色彩。这种颜色会由于温度的微小变化和某些痕量元素的存在而变化。利用这种特性,小分子胆甾型液晶已成功地用于测定精密温度和对痕量药品的检测。高分子胆甾型液晶在这方面的应用也正在开发之中。

(5)信息贮存介质

首先将存贮介质制成透光的向列型晶体,所测试的入射光将完全透过,证实没有信息记录。用另一束激光照射存贮介质时,局部温度升高,聚合物熔融成各向同性的液体,聚合物失去有序度。激光消失后,聚合物凝结为不透光的固体,信号被记录。此时,测试光照射时,将只有部分光透过,记录的信息在室温下将永久被保存。再加热至熔融态后,分子重新排列,消除记录信息,等待新的信息录入。因此可反复读写。

热致性侧链高分子液晶为基材制作信息贮存介质同光盘相比,由于其记录的信息是材料内部特征的变化,因此可靠性高,且不怕灰尘和表面划伤,适合与重要数据的长期保存。

高分子材料概述课程报告之液晶高分子材料

高分子材料概述课程报告之液晶高分子材料一.概述 进入近代社会特别是进入二十一世纪,人类对材料的需求越来越迫切,对材料的性能和经济性的要求也越来越高,在这样的背景下,液晶高分子材料显然具有巨大优势。可液晶高分子材料又是一类什么材料呢? 首先来介绍一下液晶:液晶是某些小分子有机化合物或某些高分子在熔融态或在液体状态下, 形成的有序流体, 既具有晶体的各向异性, 又具有液体的流动性, 是一种过渡状态, 这种中间态称为液晶态,又称为物质的第四态或介晶态。处于这种状态下的物质称为液晶。而液晶高分子是由液晶单元和柔性间隔以化学键结合而成。由于它们兼具液晶的取向有序性和位置有序性及高分子的长键分子特性等优异功能,使得它们成为全世界的学术研究机构与大公司实验室都极为关注的材料。而在自然界也存在天然液晶高分子材料,如纤维素衍生物、多肽及蛋白质、DNA和RNA等,与它们对应的则为合成液晶高分子。根据液晶形成的条件,可以将液晶高分子分为溶致液晶高分子和热致液晶高分子。它们分别在一定浓度的溶液中或在一定温度范围内表现出液晶性,这种溶致性或热致性决定了在制备液晶高分子材料时采用的工艺技术。 二.液晶高分子材料的性能 液晶高分子含有棒状等具有一定长径比的液晶单元,因此其分子键都为刚性或半刚性。这种刚性或半刚性的分子键易于形成空间位置

上排布的有序性和在液晶态加工过程中分子键能高度取向,因此液晶高分子材料具有一系列优异的性能。液晶高分子的熔体具有高流动性、低成型收缩率、低热膨胀系数与高的尺寸稳定性、高强度与高模量、耐高温等力学性能,并有优异的电绝缘性能、耐化学腐蚀性、耐老化性、阻燃性等一系列优异的综合性能。作为液晶白增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层,被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。正是由于其优异的性能和广阔的应用前景,使得液晶高分子材料成为当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域。 三.液晶高分子材料的分类 液晶高分子材料具有如此优异的性能,那其分类又有哪些呢?目前,液晶高分子分类方法有三种。从液晶基元在分子中所处的位置可分为主链型和侧链型两类。从应用的角度可分为热致型和溶致型两类,这两种分类方法是相互交叉的,即主链型液晶高分子同样具有热致型和溶致型,而热致型液晶高分子又同样存在主链型和侧链型。从液晶高分子在空间排列的有序性不同,液晶高分又有近晶型、向列型、胆甾型三种不同的结构类型。 (1)近晶型结构 近晶型结构是所有液晶中具有最接近结晶结构的一类。这类液晶中,棒状分子依靠所含官能团提供的垂直于分子的长轴方向的强有力的相互作用,互相平行排列成层状结构,分子的长轴垂直于层片平

【精品】液晶高分子材料在图形显示方面的发展与应用

液晶显示材料的发展与应用 郑磊 (安徽工业大学化学与化工学院安徽马鞍山) 摘要:液晶有许多特殊的性能,因而在许多领域得到应用。其中最常见是液晶显示技术.本文简述了液晶高分子材料在图形显示方面的发展历史、发展趋势以及研究与应用现状。 关键词:液晶;图形显示;显示材料;应用;发展 1引言 人们早已熟知液晶本身和液晶在电子显示器件方面、非线性光学方面的应用。液晶显示的手表、计算器、笔记本电脑和高清晰度彩色液晶电视都已经商品化,液晶的商业用途多达百余种,它使显示等技术领域发生重大的革命性变化. 2液晶显示技术的发展 经历4个阶段发展为液晶电视 “使用液晶可以制造超薄显示屏”。40多年前的1968年5月,美国RCA公司在纽约召开的液晶显示屏新闻发布会上的发言震惊了全世界。发现液晶可用于显示的是RCA公司的GeorgeHeilmeier,他甚至还表示,“梦想中的壁挂式电视只需数年即可实现”.自那之后,日本、英国、瑞士、德国的显示屏研发人员都开始参与液晶面板的开发工作,全球性开发的帷幕正式拉开。 但是,液晶显示屏的实用化并不容易.当时,液晶的使用寿命和可靠性等基

本问题都未能解决,使用不到1个小时显示就会消失,更别提要用液晶制造电视了. 之所以会存在使用寿命和可靠性方面的问题,主要是因为将直流电压加载到液晶上时,液晶材料及电极会发生氧化还原反应而变质。虽然也可以采用交流电来驱动液晶,但是显示性能较差。最终解决这一问题的是夏普公司。该公司发现,如果在液晶材料中加入离子性杂质,使其导电率升高,就可以采用交流驱动获得良好的显示特性。利用这项技术,1973年5月,夏普公司推出全球首款液晶应用产品——使用液晶显示屏作为显示部件的小型计算器EL—805.

液晶高分子材料的现状及研究进展

液晶高分子材料的现状及研究进展 摘要:本文综述了液晶高分子材料的研究现状,包括简单介绍了液晶高分子的发展历史,结构及性能,介绍了液晶高分子研究的新进展,对液晶高分子早各个领域的应用和潜在的性能进展做了简要的阐述,并针对液晶高分子存在的问题提出了相应的建议。 关键词:液晶高分子研究应用 前言 高分子科学,以30年代H.staidinger建立高分子学说为开展.此后高分子化学有了飞跃的发展.与此同时,高分子物理化学也有相应的发展。高分子化学注重对高聚物合成以及性质的研究,而高分子物理则重点研究高聚物的结构与性能,二者相辅相成,近年来研究较多的高分子液晶材料就是两者结合的典范。 液晶现象是1888年奥地利植物学家F.Reintizer[1]在研究胆甾醇苯甲酯时首先发现的。研究表明,液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态,它既具有晶体的各相异性,又有液态的流动性,液晶高分子就是具有液晶性的高分子,大多数由小分子量基元键合而成,它是一种结晶态,既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性特征。 这样人们自然会联想到具有这种结构的高分子材料。1937年Bawden和Pirie[1]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,以后,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,可注塑成型,这是一种模量极高的自增强液晶材料。 从应用领域分析,液晶高分子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I1%。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,极大地推动了液晶高分子技术及其它高新技术的发展。 从高分子液晶诞生到现在只有50多年的历史,是一门很年轻的学科。虽然高分子液晶[2]是具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学腐蚀性等一系列优异的综合性能,作为液晶自增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层,被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。但目前对它的研究仍处于较低的水平,理论研究较狭隘,液晶高分子尚存在制品的机械性能各向异性、接缝强度低、价格相对较高等缺点,这些都有待于进一步的改进,所以高分子液晶仍是高分子科学研究的一个热点。 1液晶高分子材料的特性[3] 1.1取向方向的高拉伸强度和高模量

液晶高分子的性质及应用

液晶高分子的性质及应用 作者:翟洪岩、杨怀斌、岳敏、尹国强、张家乐、张维液晶高分子自上世纪70年代被开发出以来,经历了一系列的发展,现已成为普遍使用的一种高分子材料。人们已对液晶高分子的结构、性质、合成方法以及液晶高分子的应用都有了较为深刻的认识。这篇文章讨论的主要关于高分子液晶的性质(物理性质)及其应用。 一、高分子液晶的物理性质。 液晶高分子作为一种特殊的高分子材料,自然具有与一般高分子材料不同的性质。液晶具有液体的流动性和固体的有序性,对外界刺激如光、机械压力、温度、电磁场及化学环境的变化具有较高的灵敏性。高分子液晶制品具有高强度、高模量,尺寸稳定性、阻燃性、绝缘性好,耐高温、耐辐射、耐化学药品腐蚀、线膨胀率低,并有良好的加工流动性等优异性能。 1、高弹性。 液晶对外场作用较为敏感,即使不大的电磁力、切变力、表面吸附等都能使液晶产生较大形变。液晶可独立存在展曲、扭曲、弯曲三种弹性形变。 2、粘滞性与流变性。 液晶存在取向有序性,这将影响流体力学行为。而液晶高分子还具有的高分子的粘滞特性,这与分子长度密切相关。一般液晶高分子为多畴状态,畴的大小在几微米之内,故在宏观上液晶高分子是各向同性的,其许多物理性质如力学性能等,表观上也是多向同性的。溶致型液晶高分子溶液在各向同性相时,粘度随浓度增大而增大。进入液晶相后,粘滞系数突然降低。分子量越大,进入液晶相浓度也越低,最大粘滞系数升高。 体系进入液晶相后,指向矢受切变流的影响而沿它的流动方向取向,从而迅速降低了粘滞系数。当切变流动停止一段时间后,样品会逐渐弛豫回原来的多畴状态。如果在此之前就使液晶高分子降温或溶剂移走成为固态,仍可获得相当好的宏观取向,即各向异性固体。 3、其他性质。 胆甾相液晶具有螺旋结构。因此有特殊的光学性质,如选择反射、圆二色性、强烈的旋光性及其色散、电光和磁光效应等。

高分子液晶材料

高分子液晶材料 高分子1101 田原3110705027 摘要: 液晶高分子是在一定条件下能以液晶相态存在的高分子,高分子化合物的功能特性和液晶相序的有机结合赋予了液晶高分子以鲜明的个性和特色,以高强度、高模量、低热膨胀率、耐辐射和化学药品腐蚀等优异性能开辟了特种高分子材料的新领域。在机械、电子、航空航天等领域的应用已崭露头角,目前正向生命科学、信息科学、环境科学蔓延渗透,并将波及其它科技领域。 关键词:高分子液晶材料历史与发展结构与性能 一、概述 液晶LC D(L iq ui d Crysta l Display)对于许多人而言已经不是一个新鲜的名词。从电视到随身听的线控,它已经应用到了许多领域。液晶现象是1888年奥地利植物学家 F.Reintizer在研究胆甾醇苯甲酯时首先发现的。研究表明,液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态,它既具有晶体的各相异性,又有液态的流动性,液晶高分子就是具有液晶性的高分子,大多数由小分子量基元键结合而成,它是一种结晶态,既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性特征。 二、液晶高分子材料的分类及其特性 目前,液晶高分子分类方法有三种。从液晶基元在分子中所处的位置可分为主链型和侧链型两类。从应用的角度可分为热致型和溶致型两类,这两种分类方法是相互交叉的,即主链型液晶高分子同样具有热致型和溶致型,而热致型液晶高分子又同样存在主链型和侧链型。从液晶高分子在空间排列的有序性不同,液晶高分又有近晶型、向列型、胆甾型三种不同的结构类型。 1、主链型液晶高分子 主链型高分子液晶是指介晶基元处于主链中的一类高分子材料。在20世纪70 年代中期以前,它们多是指天然大分子液晶材料。自从D upont 公司首次获得聚芳香酰胺的溶液型主链型高分子液晶性质的应用以来,主链型高分子液晶材料的合成、结构与性能关系和应用等都得以很大发展。按液晶形成过程,主链型高分子液晶可以分为溶液型主链高分子液晶和热熔型主链高分子液晶。a:溶液型主链高分子液晶 其研究最多的则是聚芳香酰胺类和聚芳香杂环类聚合物。酰胺为代表的一类溶液型高分子液晶而言,就必须借助于极强的溶剂,

高分子液晶材料的应用及发展趋势讲解

# 16 #陶瓷2009. No. 3 高分子液晶材料的应用及发展趋势 王瑾菲蒲永平杨公安杨文虎 ( 陕西科技大学材料科学与工程学院西安710021) 摘要液晶相是不同于固相和液相的一种中介相态。系统地阐述了液晶的发现、形成机制以及分类,简单介绍了液晶高分子的结构特点,介绍了主链型和侧链型液晶高分子研究的新进展,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。 关键词液晶高分子液晶研究进展 Application and the Development of Liquid Crystal Polymer Materials Wang Jinfei, Pu Yongping, Yang Gongan, Yang Wenhu( School of Materials Science & Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi. an, 710021) Abstract: Liquid crystal phase is different from the solid phase and an intermediate liquid phase. This paper described the discovery of the LCD, and the mechanism for the formation and classification, briefly introducd the liquid crystalline polymer structural, researched new progress of the main- chain and side- chain type liquid crystal polymer and indicated the application progress and potential properties of LCD in all fields. Key words: Liquid crystalline polymer; Liquid crystal; Study progress 1 液晶的发现 液晶是某些物质在熔融态或在溶液状态下形成的有序流体的总称。液晶的发现可以追溯到1888年,奥 地利植物学家 F Reinitzer发现,把胆甾醇苯酸脂( Cho-l esteryl Benzoate, C6 H5 CO2 C27 H45 , 简称 CB) 晶体加热到145. 5 e 会熔融成为混浊的液体, 145. 5 e 就是该物质的熔点。继续加热到178. 5e,混浊的液体会突然变成清亮的液体,而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的。O Lehmann经过系统地研究指出,在一定的温度范围内,有些物质的机械性能与各向同性液体相似;但是它们的光学性质却和晶体相似,是各向异性的。因此,这些介于液体和晶体之间的相被称为液晶相[ 1]。 2 液晶高分子的分类 液晶是一类具有特殊性质的液体,既有液体的流动性又有晶体的各向异性特征。现在研究及应用的液晶主要为有机高分子材料。一般聚合物晶体中原子或

液晶高分子材料的现状及研究进展.doc

液晶高分子材料研究进展 肖桂真,纺织学院,1030011063 摘要:高分子液晶是近年来迅速兴起的一类新型高分子材料,它具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀率、低收缩率、耐化学腐蚀的特点。本文综述了液晶高分子材料的发展历史,结构及性能,详细介绍了液晶高分子材料的种类以及在各个领域的应用,和液晶高分子材料的潜在发展前景。 关键词:功能高分子材料;液晶高分子材料;研究;应用 0前言 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支,它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术,它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。功能高分子材料之所以具有特定的功能,在合成或天然高分子原有力学性能的基础上,再赋予传统使用性能以外的各种特定功能(如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分类性能等)而制得的一类高分子。一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团,其功能性的显示往往十分复杂,不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构,还决定于高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等,后者对生物活性功能的显示更为重要。高分子液晶材料是近年来研究较多的一种功能高分子材料,它是介于液体和晶体之间的一种中介态,具有独特的结构与性能。 1高分子液晶的发展 1.1液晶的发现 液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态,它既具有晶体的各相异性,又有液态的流动性,液晶高分子就是具有液晶性的高分子,大多数由小分子量基元键合而成,它是一种结晶态,既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性特征。液晶的发现可以追溯到1888年,奥地利植物学家F.Reinitzer发现,把胆甾醇苯酸脂(Ch01.esteryl Benzoate,C6 H5C02C27 H45.简称CB)晶体加热到145.5℃会熔融成为混浊的液体,145.5℃就是该物质的熔点,继续加热到178.5 ℃,混浊的液体会突然变成清亮的液体,而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的。O.Lehnmnn经过系统地研究指出,在一定的温度范围内,有些物质的机械性能与各向同性液体相似;但是它们的光学性质却和晶体相似,是各向异性的。因此,这些介于液体和晶体之间的相被称为液晶相。 1.2液晶高分子的发展 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,可注塑成型,这是一种模量极高的自增强液晶材料。 从应用领域分析,液晶高分子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I1%,主要用于接插件、开关、继电

高分子物理名词解释

第一章概论 分子量分布,是指聚合物试样中各组分含量与分子量的关系。 黏弹性,对一整块聚合物熔体在短时间内可以观察到它有一定的形状和弹性,但是经长时间观察这种熔体会表现出液体的流动性。这种长时间观察到的粘性流动和短时间内观察到的弹性两者相结合,而且与时间有关的力学性质称为黏弹性。 玻璃化转变,无定形和结晶热塑性聚合物低温时都呈玻璃态,受热至某一较窄温度,则转变为橡胶态或柔韧的可塑状态,这一转变过程称为玻璃化转变。转变时对应的温度称为玻璃化转变温度Tg。高弹性,聚合物材料在受到外力时,分子中的链段发生了运动,使长链分子由蜷曲状变成伸展状,产生很大的形变,但不导致高分子链之间产生滑移,当解除外力后,形变可完全恢复,材料的这种性质称为高弹性。 第二章高分子的链结构 高分子的链结构又分近程结构和远程结构。近程结构属于化学结构,又称一级结构。远程结构包括分子的大小与形态,链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象,又称二级结构。聚集态结构是指高分子材料整体的内部结构,包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构以及织态结构,它们是描述高分子聚集体中的分子之间是如何堆砌的,又称三级结构。织态结构和高分子在生物体中的结构则属于更高级的结构。 高分子链的构型包括单体单元的键合顺序、空间构型的规整性、支化度、交联度以及共聚物的组成及序列结构。 高分子链序列结构:共聚物中不同结构单元的交替次数,不同结构单元在分子链中的平均长度。 全同立构,高分子全部由一种旋光异构体键接而成,称为全同立构; 间同立构,由两种旋光异构体交替键接而成,称为间同立构; 无规立构,两种旋光异构体完全无规键接时,则称为无规立构。 等规立构,全同异构和间同异构统称为等规立构。定向聚合,通常自由基聚合的高聚物大都是无规的,只有用特殊的催化剂才能制得等规立构的高聚物,这种聚合方法称为定向聚合。 等规度是指高聚物中含有全同立构和间同立构的总的百分数。 交联结构,高分子链之间通过支化联结成一个三维空间网型大分子时即称为交联结构。 交联度,通常用两个交联点之间的平均分子量Mc 来表示。交联度愈高,Mc愈小。或者用交联点的密度表示。 交联点密度的定义为,交联的结构单元占总结构单元的分数,即每一结构单元的交联几率。 由于单键内旋转而产生的分子在不同形态称为构象。 构型是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列,要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。 无规线团,单键的内旋转导致高分子呈蜷曲构象,这种不规则的蜷曲的高分子链的构象称为无规线团。 柔顺性,高分子能够改变其构象的性质称为柔顺

液晶高分子材料

高分子液晶材料 Liquid crystal polymer materials 摘要: 液晶高分子是在一定条件下能以液晶相态存在的高分子,高分子化合物的功能特性和液晶相序的有机结合赋予了液晶高分子以鲜明的个性和特色,以高强度、高模量、低热膨胀率、耐辐射和化学药品腐蚀等优异性能开辟了特种高分子材料的新领域。在机械、电子、航空航天等领域的应用已崭露头角,目前正向生命科学、信息科学、环境科学蔓延渗透,并将波及其它科技领域。 关键词:高分子液晶材料历史与发展结构与性能 正文 简述液晶高分子材料是在一定条件下能以液晶相态存在的高分子,与其它高分子材料相比,液晶高分子有液晶相所特有的取向序和位置序;与普通低分子液晶化合物相比,液晶高分子又具有高分子化合物的结构和功能特性,如具有高分子量等。液晶高分子材料从应用的角度可分为热致型和溶致型两类,这两种分类方法是相互交叉的,即主链型液晶高分子同样具有热致型和溶致型,而热致型液晶高分子又同样存在主链型和侧链型。从液晶高分子在空间排列的有序性不同,液晶高分有近晶型、向列型、胆甾型三种不同的结构类

型 历史·现状·发展追溯历史,人类关于液晶现象的研究已有上百年的记载。 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。1956年Flory卿从理论上说明了高分子液晶相的存在。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,可注塑成型,这是一种模量极高的自增强液晶材料。 技术·合成溶致性主链型液晶高分子又可分为天然的(如多肽、核酸、蛋白质、病毒和纤维素衍生物等)和人工合成的两类。前者的溶剂一般是水或极性溶剂;后者的主要代表是芳族聚酰胺和聚芳杂环,其溶剂是强质子酸或对质子惰性的酰胺类溶剂,并且添加少量氯化锂或氯化钙。这类溶液出现液晶态态条件是:①聚合物的浓度高于临界值;②聚合物的分子量高于临界值;③溶液的温度低于临界值。

液晶高分子材料的现状及发展前景

液晶高分子材料的现状及发展前景 1937年Bawden和Pirie[1]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,以后,高分子液晶的研究则从溶致型转向为热致型。 一、液晶主要分类: 1、主链型液晶高分子,主要包括 (1)溶液型主链高分子液晶 (2)热熔型主链高分子液晶 2、侧链型高分子液晶,主要包括 (1)溶液型侧链高分子液晶 (2)热熔型侧链高分子液晶 二、液晶高分子的研究进展 关于液晶高分子几年来的主要进展可概括为以下几个方面: (1)合成出一系列含有各种新型介晶基元的液晶高分子,如柱状(或碟状)液晶分子、复合型液晶高分子以及刚性链侧链型液晶高分子. (2)部分液晶高分子品种已实现了工业化生产.基础研究和应用基础研究取得了显著进展,如液晶高分子结构与性能关系;液晶高分子相变动力学和热力学;液晶高分子的固态结构和结晶行为;溶致液晶高分子相图;热致液晶高分子加工流变学及其共混改性理论等,都取得了显著进展.在此基础上开发了复合材料和原位复合材料. (3)新型功能液晶高分子的合成以及液晶高分子在外场作用下的液晶行为研究也取得发显著进展. 三、液晶高分子研究趋势 液晶高分子虽然近年来有了迅速的发展,但总体上还只是处于发展的初期.预计今后将会更蓬勃的发展.其发展趋势主要有以下几方面: (1)努力降低液晶高分子产品成本.主要途径是扩大生产规模、寻找和选用更廉价的单体、改进合成工艺和采用共混方法等. (2)研究解决制品的各向异性如“焊缝”等问题.主要途径有:改进模具设计和成型条件、玻纤增强和填料填充以及共混技术. (3)大力发展分子复合材料和原位复合材料. (4)发展功能液晶高分子,这主要是侧链型液晶高分子,主要集中于聚硅氧烷类、聚丙烯酸

液晶高分子材料

液晶高分子材料开发进展及应用 摘要:液晶高分子材料超越高分子材料化学、化学科学和材料科学的领域,涉及了物理学、生命科学和信息科学等多学科领域,是一个十分活跃的研究领域和前言科学。本文主要阐述了高分子材料的开发和在各个领域的应用。 关键词:液晶高分子材料;进展;应用 液晶是一些化合物所具有的介于固态晶体的三维有序和无规液态之间的一种中间相态,又称介晶相( meso phase) ,是一种取向有序流体, 既具有液体的易流动性,又有晶体的双折射等各向异性的特征。液晶1888 年由奥地利植物学家Reinitzer首次发现,在本世纪50 年代之前,液晶没能引起科技界的广泛重视。然而60 年代,以RCA 公司进行液晶显示和光阀方面的工作为标志,液晶得到了实际的应用。液晶高分子( LCP) 的大规模研究工作起步更晚,但目前已发展为液晶领域中举足轻重的部分。如果说小分子液晶是有机化学和电子学之间的边缘科学,那么液晶高分子则牵涉到高分子科学、材料科学、生物工程等多门学科,而且在高分子材料、生命科学等方面都得到大量应用。 1.液晶高分子的分类[1] 1.1按照液晶相分类 1.1.1向列型液晶 液晶分子刚性部分平行排列,重心排列无序,保持一维有序性,液晶分子沿其长轴方向可移动,不影响晶相结构,是流动性最好的液晶。 1.1.2近晶型液晶 在所有液晶中近固体晶体而得名。分子刚性部分平行排列,构成垂直于分子长轴方向的层状结构,具二维有序性。 1.1.3胆甾型液晶 构成液晶的分子是扁平型的,依靠端基的相互作用平行排列成层状结构。但它们的长轴与层面平行而不是垂直。在相邻两层之间,由于伸出平面外的光学活性基团的作用,分子长轴取向依次规则地旋转一定角度,层层旋转构成螺旋结构。此类液晶可使反射的白光发生色散而呈现彩虹般颜色。 1.2按照分子中液晶基元的位置分类 1.2.1主链型液晶高分子 液晶基元在高分子主链上。如kevlar纤维。

液晶高分子材料的类型

液晶高分子材料的类型,结构特点,主要应用领域及其发展 趋势 摘要:对液晶高分子材料的类型,结构特点进行重点介绍,并对其的应用领域与发展趋势进行介绍与展望。 关键词:液晶高分子材料,高分子材料,新型高分子液晶材料, 引言:液晶高分子材料是近十儿年迅速兴起的一类新型高分子材料,它具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学腐蚀性等一系列优异的综合性能,作为液晶白增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层,被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。正是由于其优异的性能和广阔的应用前景,使得液晶高分子材料成为当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域。 我国液晶高分子研究始于20世纪70年代初,1987年在上海召开的第一届全国高分子液晶学术会议标志着我国高分子液晶的研究上了一个新的台阶。此后,全国高分子液晶态学术会议每两年召开一次,共召开了8次。1994年在北京召开IUPAL国际液晶高分子会议,20世纪80年代周其凤等提出了新的甲壳型液晶高分子的概念并从化学合成和物理性质等角度给出了明确的结论,得到了国内学者的关注。而北京大学在该研究一直处于领先地位,已成功合成了上百个具有不同化学结构的甲壳型液晶高分子,并从不同的视角对其结构和性质开展了研究。 1.1液晶的发现 液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态,它既具有晶体的各相异性,又有液态的流动性,液晶高分子就是具有液晶性的高分子,大多数由小分子量基元键合而成,它是一种结晶态,既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性特征。液晶的发现可以追溯到1888年,奥地利植物学家F.Reinitzer发现,把胆甾醇苯酸脂(Ch01.esteryl Benzoate,简称CB)晶体加热到145.5℃会熔融成为混浊的液体,145.5℃就是该物质的熔点,继续加热到178.5 ℃,混浊的液体会突然变成清亮的液体,而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的。

第二章 高分子的聚集态结构

第二章 高分子的聚集态结构 1 下表列出了一些聚合物的某些结构参数,试结合链的化学结构,分析比较它们的柔顺性好坏,聚合物 PDMS PIP PIB PS PAN EC 2 1220)/(fr h h =σ 1.4-1.6 1.4-1.7 2.13 2.2-2.4 2.6- 3.2 4.2 L 0(nm ) 1.40 1.83 1.83 2.00 3.26 20 结构单元数/链段 4.9 8 7.3 8 13 20 解:以上高分子链柔顺性的次序是:EC

文献值)(1095.03 3-??=m kg c ρ 3 由文献查得涤纶树脂的密度)(1050.133-??=m kg c ρ和)(10335.13 3-??=m kg a ρ,内聚能 )(67.661单元-?=?mol kJ E 。今有一块的涤纶试样361051.096.242.1m -???,重量为kg 31092.2-?,试由以上数据计算: (1)涤纶树脂试样的密度和结晶度; (2)涤纶树脂的内聚能密度。 解:(1)密度)(10362.1) 1051.096.242.1(1092.23363 ---??=????==m kg V W ρ 结晶度%36.16335 .150.1335 .1362.10=--=--= a c a v f ρρρρ 或%180=--?= a c a c W f ρρρρρρ (2)内聚能密度)(473192 )10362.1/1(1067.663 3 30-?=???=??=cm J M V E CED 文献值CED=476)(3 -?cm J 4 已知聚丙烯的熔点C T m 176=,结构单元融化热136.8-?=?mol kJ H u ,试计算: (1)平均聚合度分别为DP =6、10、30、1000的情况下,由于链段效应引起的m T 下降为多大? (2)若用第二组分和它共聚,且第二组分不进入晶格,试估计第二组分占10%摩尔分数时共聚物的熔点为多少? 解:(1) DP H R T T u m m ??=-2110 式中,K C T m 4491760== ,1 131.8--?=K mol J R ,用不同DP 值代入公式计算得到: C K T m 1043371==,降低值176-104=72C

高分子的聚集态结构

第二章高分子的聚集态结构 一、思考题 ⒈分子间作用力有哪些类型?内聚能密度是指什么? ⒉结晶高聚物中不会出现哪种晶系?为什么? ⒊描述非晶态高聚物的两个有代表性的结构模型的基本观点是什么?两者的分歧何在? ⒋描述结晶高聚物的结构模型有哪些?它们的基本观点是什么? ⒌试述几种结晶高聚物结晶形态的形状特点,它们最容易在什么条件下生成?哪种结晶形态在偏光显微镜下具有黑十字消光图案? ⒍何谓高聚物的结晶度?可用哪些方法测定高聚物的结晶度? ⒎何谓高聚物的取向?非晶态高聚物和结晶高聚物的取向单元有哪些?取向结果使高聚物的性质在哪些方面发生了变化? ⒏取向与结晶的异同点有哪些? ⒐试述几种液晶晶型的结构特点以及高分子液晶溶液的粘度特点。高分子主链柔性对其液晶行为有何影响? ⒑高分子混合物有哪三大类?非均相共混高聚物可分为哪几类织态结构?无晶相存在时的非均相共混高聚物织态结构有哪些基本形态? ⒒液晶高分子的化学结构有哪些基本特征?试写出溶致液晶和热致液晶各三种? ⒓高分子液晶的粘度有哪些特点?有何实际用途? 二、选择题 ⒈下列聚合物中,内聚能密度从小到大的顺序() ①聚顺丁橡胶,尼龙6,聚氯乙烯②尼龙6,聚顺丁橡胶,聚氯乙烯③聚顺丁橡胶,聚氯乙烯,尼龙6 ⒉球晶的制备() ①稀溶液②浓溶液析出③稀溶液加搅拌④熔体冷却 ⒊以下聚合物的内聚能密度最高的是哪种() ①橡胶②塑料③纤维 ⒋单晶的制备()

①稀溶液②浓溶液③稀溶液加搅拌 ⒌可用于描述PMMA聚集态结构模型() ①无规线团模型②缨状微束模型③插线板模型 ⒍一般地说,哪种材料需要较高程度的取向() ①纤维②塑料③橡胶 ⒎交联高聚物内聚能密度的测定方法() ①测定蒸发热和升华热法②粘度法③溶胀法 ⒏线型高聚物内聚能密度的测定方法() ①测定蒸发热和升华热法②粘度法③溶胀法 ⒐对取向与结晶过程的描述正确的是() ①两者均是自发过程②两者都为热力学平衡态③前者是自发过程,后者为非自发过程④前者为非热力学平衡态,后者为热力学平衡态 ⒑高聚物晶系中不会出现的是() ①立方②正交③六方④单斜 ⒒缨状胶束模型能解释的实验现象() ①结晶高聚物的宏观密度小于按晶胞参数计算的理论密度②结晶高聚物有熔限③单晶结构 ⒓近邻折叠链模型能解释的实验现象() ①高聚物能形成单晶②晶体密度小于按晶胞参数计算的理论密度③高聚物取向后强度增强 ⒔插线板模型能解释的实验现象() ①晶体密度小于按晶胞参数计算的理论密度②聚乙烯熔体结晶速度很快③折叠链单晶 ⒕无规线团模型能解释的实验现象() ①用高能辐射使非晶态高聚物的本体和溶液的分子链交联程度一致②用高能辐射使非晶态高聚物的本体和溶液的分子链交联程度不一致③橡胶的弹性模量-温度系数关系不随稀释剂的加入而有反常效应 ⒖Yeh的两相球粒模型能解释的实验现象()

浅析高分子材料性能与组成和结构的关系

1.6 浅析高分子材料性能与组成、结构的关系 北京工商大学教授王锡臣 一.概述 1.高分子材料及其分类: 相对分子质量超过10000的化合物称之高分子材料,又称高聚物或聚合物。高分子材料可分天然高分子(如淀粉、纤维素、蚕丝、羊毛等)和合成高分子,通常所说高分子材料指的是后者。 按其应用来分,高分子材料可分为塑料、橡胶、化纤、涂料和粘合剂五大类,有时又将塑料和橡胶合称为橡塑。由于大量新材料的不断出现,上述分类方法并非十分合理。 2.决定高分子材料性能主要因素: (1)化学组成: 高分子材料都是通过单体聚合而成,不同单体,化学组成不同,性质自然也就不一样,如聚乙烯是由乙烯单体聚合而成,聚丙烯是由丙烯单体聚合而成的,聚氯乙烯是由氯乙烯单体聚合而成。由于单体不同,聚合物的性能也就不可能完全相同。 (2)结构: 同样的单体即化学组成完全相同,由于合成工艺不同,生成的聚合物结构即链结构或取代基空间取向不同,性能也不同。如聚乙烯中的HDPE、LDPE和LLDPE,它们的化学组成完全一样,由于分子链结构不同即直链与支链,或支链长短不同,其性能也就不同。 (3)聚集态 高分子材料是由许许多多高分子即相同的或不相同的分子以不同的方式排列或堆砌而成的聚集体称之聚体态。同一种组成和相同链结构的聚合物,由于成型加工条件不同,导致其聚集态结构不同,其性能也大不相同。高分子材料最常见的聚集态是结晶态、非结晶态,又称玻璃态和橡胶态。聚丙烯是典型的结晶态聚合物,加工工艺不同,结晶度会发生变化,结晶度越高,硬度和强度越大,但透明降低。PP双向拉伸膜之所以透明性好,主要原因是由于双向拉伸后降低了结晶度,使聚集态发生了变化的结果。 (4)分子量与分子量分布(相对分子质量与相对分子质量分布): 对于高分子材料来说,分子量大小将直接影响力学性能,如聚乙烯虽然都是由乙烯单体聚合而成,分子量不同,力学性能不同,分子量越大其硬度和强度也就越好。如PE蜡,分子量一般为500~5000之间,几乎无任何力学性能,只能用作分散剂或润滑剂。而超高分子量聚乙烯,其分子量一般为70~120万,其强度都超过普通的工程塑料。表-1列出LDPE性能与相对分子质量的关系。 性能与数均相对分子质量()的关系 ×

液晶高分子材料在图形显示方面的发展与应用

液晶高分子材料在图形显示方面的发展与应用

液晶显示材料的发展与应用 郑磊 (安徽工业大学化学与化工学院安徽马鞍山) 摘要:液晶有许多特殊的性能,因而在许多领域得到应用。其中最常见是液晶显示技术。本文简述了液晶高分子材料在图形显示方面的发展 历史、发展趋势以及研究与应用现状。 关键词:液晶;图形显示;显示材料;应用;发展 1 引言 人们早已熟知液晶本身和液晶在电子显示器件方面、非线性光学方面的应用。液晶显示的手表、计算器、笔记本电脑和高清晰度彩色液晶电视都已经商品化,液晶的商业用途多达百余种,它使显示等技术领域发生重大的革命性变化。 2 液晶显示技术的发展 经历4个阶段发展为液晶电视 “使用液晶可以制造超薄显示屏”。40多年前的1968年5月,美国RCA 公司在纽约召开的液晶显示屏新闻发布会上的发言震惊了全世界。发现液晶可用于显示的是RCA公司的George Heilmeier,他甚至还表示,“梦想中的壁挂式电视只需数年即可实现”。自那之后,日本、英国、瑞士、德国的显示屏研发人员都开始参与液晶面板的开发工作,全球性开发的帷幕正式拉开。 但是,液晶显示屏的实用化并不容易。当时,液晶的使用寿命和可靠性等基本问题都未能解决,使用不到1个小时显示就会消失,更别提要用液晶制造电视了。 之所以会存在使用寿命和可靠性方面的问题,主要是因为将直流电压加载到液晶上时,液晶材料及电极会发生氧化还原反应而变质。虽然也可以采用交流电来驱动液晶,但是显示性能较差。最终解决这一问题的是夏普公司。该公司发现,如果在液晶材料中加入离子性杂质,使其导电率升高,就可以采用交流驱动获得良好的显示特性。利用这项技术,1973年5月,夏普公司推出全球首款液晶应用产品——使用液晶显示屏作为显示部件的小型计算器EL-805。 夏普公司的液晶计算器上采用的液晶显示屏是由RCA公司生产的DSM(动态散射模式)液晶,而不是目前常见的TN(扭曲向列)模式液晶。但是,要采用DSM制造液晶电视是很困难的,这是因为DSM的点阵显示扫描线在数量方面

高分子的结构习题与思考题

第七章高分子的结构 习题与思考题 1.高分子的结构有何特点高分子结构可以分为哪些结构层次各结构层次包括哪些内容它们对聚合物的性能会产生什么影响 特点:①链式结构:结构单元103-105数量级 ②链的柔顺性:内旋转产生非常多的构象 ③多分散性,不均一性,长短不一。 ④结构单元间的相互作用对其聚集态结构和物理性能有着十分重要的影响。 ⑤凝聚态结构的复杂性:包括晶态、非晶态,球晶、串晶、单晶、伸直链晶等。 ⑥可填加其它物质改性。 分为:链结构和聚集态结构。 内容:链结构分为近程结构和远程结构。近程结构主要涉及分子链化学组成、构型、构造;远程结构主要涉及分子链的大小以及它们在空间的几何形态。聚集态结构包 括晶态、非晶态、液晶态、取向态结构及织态结构等。 影响:高分子结构中各个结构层次不是孤立的,低结构层次对搞结构层次的形成具有较大影响,近程结构决定了高分子的基本性能,而聚集态结构直接影响高分子的使 用性能。 2.写出线型聚异戊二烯的各种可能构型。 顺式1,4-加成反式1,4-加成 1,2-加成全同立构 1,2-加成间同立构 1,2-加成无规立构 3,4-加成全同立构 3,4-加成间同立构 3,4-加成无规立构 3.名词解释 (1)构型:是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。 (2)构象:由于分子中的单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态 (3)链柔性:高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的性能 (4)内聚能密度::单位体积的内聚能,CED = ?E/Vm。内聚能是克服分子间作用力,把1mol 液体或固体分子移至分子引力范围之外所需的能量 (5)结晶形态:试样中结晶部分所占的质量分数(质量结晶度xcm)或者体积分数(体积结晶度xcv)。 (6)取向:聚合物取向是指在某种外力作用下分子链或其他结构单元沿着外力作用方向择优排列 (7)液晶:一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后,表观上虽然变成了具有流动性的液体物质,但结构上仍然保持着晶体结构特有的一维或二维有序排列,形成一种兼有部分晶体和液体性质的过渡状态 4.聚合物的构型和构象有何区别假若聚丙烯的等规度不高,能否通过改变构象的方法来提高其等规度全同立构聚丙烯有无旋光性 构型是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。构象由于分子中的单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。 不行。等规度指的是全同或间同立构单元所占的百分数。所以改变等规度必须是同构改变构型才能来改变。没有旋光性 5.从结构的角度出发,比较下列各组中聚合物的性能差异。 (1)高密度聚乙烯与低密度聚乙烯。 高密度聚乙烯为平面锯齿状链,为线型分子;低密度聚乙烯支化度高于高密度聚乙烯,结晶度较低

简述高分子液晶材料的结构特点

简述高分子液晶材料的结构特点 0808010229 金俊 摘要:液晶相是不同于固相和液相的一种中介相态。本文系统地阐述了液晶高分子的分类及其结构特点,并用具体例子或者相应结构示意图形象说明。 关键词:液晶高分子、分类、结构 引言: 液晶高分子(简称LCP)是近几十年年迅速发展起来的新型高性能高分子材料,因具有独特的结构和优异的性能而引起世界各国的高度重视【1】。与普通高分子材料不同,其最大特点是在一定条件下能形成液晶态,此时分子排列存在位置上的无序性,但在取向上仍有某种程度的长程有序性。高分子液晶的研究已成为高分子学科发展的一个重要方向。随着高分子液晶材料合成研究的迅速发展,人们对高分子液晶的结构和性能研究产生了极大兴趣,并取得了很大的成就。 1 液晶高分子的分类 液晶是一类具有特殊性质的液体,既有液体的流动性又有晶体的各向异性特征。现在研究及应用的液晶主要为有机高分子材料。一般聚合物晶体中原子或分子的取向和平移都有序,将晶体加热,它可沿着2 个途径转变为各向异性液体。一是先失去取向有序而成为塑晶, 只有球状分子才可能有此表现, 另一途径是先失去平移有序而保留取向有序,成为液晶。研究表明, 形成液晶的物质通常具有刚性的分子结构,同时还具有在液态下维持分子的某种有序排列所必需的结构因素,这种结构特征常常与分子中含有对位次苯基、强极性基团和高度可极化基团或氢键相联系【2】。 1.1 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 根据液晶形态【3】 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、近晶型液晶和胆甾型液晶(图1)。 在近晶型液晶中,棒状分子形成层状结构,每个分子都垂直于层面或与层面成一定角度排列。无论取何种排列状态,分子之间都是互相平行排列的。这种排列的分子层之间的作用力比较弱,相互之间易于滑动,因而近晶型液晶呈现二维

相关主题