液晶高分子及其高分子塑料的应用研究

液晶高分子及其高分子塑料的应用研究

陈正宇

扬州市祥华新材料科技有限公司江苏扬州225600

摘要：液晶高分子主要是因为自身有着一系列的优异性能，并且与信息技术、新材料、生命科学相互促进作用，是当前高分子材料研究的热点之一。本文主要对液晶高分子及其应用进行分析，探讨高分子塑料，以供借鉴。

关键词：液晶高分子；高分子塑料；应用

前言

物质在晶态和液态之间还可能存在某种中间状态，此中间状态称为介晶态，液晶是一种主要的介晶态。液晶即液态晶体，既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性。1975年Roviello首次报道了他的液晶高分子（以下简称LCP）研究成果。次年Jackson以聚酯为主要原料合成了第一个具有实用性的热致性芳香族共聚酯液晶，并取得了专利。而今由于LCP本身具有高强度、高模量、耐高温等一系列优异的综合性能及与信息技术、新材料和生命科学相互促进作用，已成为材料研究的热点之一。

1液晶高分子的分类

1.1第一种分类法主要是按照液晶形成的条件，分为热致型液晶和熔致型液晶。

第一，热致型液晶：通过加热而呈现液晶态的物质称为热致型液晶。

第二，熔致型液晶：因加入溶剂（在一定温度范围内）而呈现液晶态的物质其称为熔致型液晶。

1.2第二种分类法则是根据液晶基元在高分子键中键合的方式不同，分为主链型、侧链型和复合性液晶高第一，主链型液晶高分子：液晶基元位于高分子主链之内。

第二，侧链型液晶高分子：液晶基元作为支链悬于主链上。

第三，复合性（组合性）液晶高分子：主链和支链上均含有液晶基元。

1.3第三种分类法是向列相、近晶相、胆甾型相和碟状液晶相

第一，向列相：此种液晶高分子排列只有取向有序无平移有序，无分子质心的远程有序，分子排列是一维有序的，其有序度最低，黏度最小。

第二，近晶相：近晶相除了取向有序外还有分子质心组成的层状结构，分子呈二维有序排列。在各种液晶相中，近晶相结构最接近晶体结构，故称为“近晶相”。

第三，胆甾相：胆甾相液晶具有扭转的分子层结构，在每一层分子平面上分子以向列型方式排列，而各层分子又按周期扭转或螺旋的方式上下排列在一起，使相邻各层分子取向之间形成一定的夹角。

第四，碟状（柱状）相：组成这类液晶相的分子通常具有碟子或盘子般的形状，这些“碟子”可一个一个地重叠起来形成“圆柱状”的分子聚集体，组成一类新的液晶相称为柱状相。

2液晶高分子的特性

2.1取向方向的高拉伸强度和高模量及其它优良的力学性能

LCP处于液晶态时，无论是熔体还是溶液，都具有一定的取向度。当LCP熔体或溶液流经喷丝孔、模口、流道，在剪切应力场中很容易发生大分子链的取向，即使在很低剪切速率下也可获得很高的取向度。因而即使不添加增强材料也能达到甚至超过普通工程材料用百分之十几玻纤增强后的机械强度。此外，LCP具有高抗冲性和抗弯模量，LCP致密的结构使其在很宽的温度范围内不溶于一般的有机溶剂和酸碱，具有突出的耐化学腐蚀性。

2.2耐热性突出

液晶高分子一般熔点很高，由于其分子链取向，通常在200℃也不会被破坏，所以其耐热性相对比较突出。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℃。

2.3热膨胀因数很低，制品尺寸精确和稳定

由于取向度高，LCP在成型加工制品时，其流动方向的膨胀因数要比普通工程塑料低一个数量级，达到一般金属的水平，甚至出现负值，这样LCP在加工成型过程中不收缩或收缩很低，保证了制品尺寸的精确和稳定。

3液晶高分子材料的应用

3.1高强度高模量材料

分子主链或侧链带有介晶基元的液晶高分子，在外力场容易发生分子链取向。利用这一特性可制得高强度高模量材料，可用于雷达天线罩、飞机、防弹背心、火箭外壳材料、软着陆降落伞绳带和海底电视电缆等。例如聚对苯二甲酸对苯二胺（PPTA）在用浓硫酸溶液纺丝后，可得到著名的kelvar纤维，比强度为钢丝的6～7倍，比模量为钢丝或玻纤的2～3倍，而密度只有钢丝的1/5。

3.2在图形显示方面的应用

在外电场作用下，液晶高分子的排列会发生变化，从而改变液晶对光的反射和透射等光学性质。液晶显示成像正是运用液晶分子排列状态随外部电压的变化而变化的性质，控制通过液晶的光线光程，利用光的偏振、干涉实现光的透射、半透射或全暗，从而显示出图像来。液晶显示器具有低压、微功耗、平板型结构、被动型显示、显示的消息量大，易于彩色化、长寿命、无辐射、无污染等优点。所以液晶电视、液晶电脑、液晶投影仪已经应用于我们的生活。

3.3在军事方面的应用

现代战争要求每一个作战体必须有对外联络机动性和自身行动主动性和快速性，要做到这一点必须将方位、距离等消息进行显示，使作战体能随时随地地对这些情况有直观的了解，目前世界上大多数军队的军车上都采用了车载定位系统，显示器一般都选用薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器。北京大学、联想集团与光电工业有关厂合作于2000年研制出LCD图像瞄准显示系统，达到较高水准。

3.4在信息储存方面的应用

液晶高分子一般利用其热光效应实现光存贮。通常采用聚硅氧烷、聚丙烯酸酯或聚酯侧链液晶，为了提高写入光的吸收效率，可在液晶高分子中溶进少许小分子染料或采用液晶和染料侧链共聚物。向列、胆甾和近晶相液晶高分子都可以实现光存贮。例如Shibaev使用向列型液晶聚丙烯酸酯，采用激光寻址写入图像，可存贮较长时间。

3.5在环境监测方面的应用

由于胆甾型液晶的螺距与其所处的环境有关，极易随其所处的温度、电场、磁场、压力、化学成分、声波及各种辐射场（红外、微波）等的变化而改变。由胆甾型液晶表面的颜色变化情况，我们就可以知道该参量的变化，进而来监测环境参量的变化。如胆甾型液晶温度传感器：将它与红外接收器、微波接收器等电路相连，还可用来监测环境的辐射场的变化情况。

3.6在医学方面的应用

处于液晶态的生物膜，流动性比较适当金属离子和养分很容易通过膜而进入细胞，如果在相变稳定以后，膜从液晶态转变为凝胶态，流动性减小，离子和养分不容易通过。可见，适时的观察液晶生物膜的形状和结构，对预防疾病很有益处。液晶诊断疾病，已在医学的各个领域如妇产科、神经科、心血管科、肿瘤科、儿科、外科等方面得到广泛的应用。

3.7功能液晶高分子膜

由液晶高分子制成的膜材料具有较强的选择渗透性可以用于气、液相体系组分的分离分析。如高分子液晶冠醚复合膜在紫外光和可见光照射下，钾离子会发生可逆扩散，因此，它可用于人工肾脏和环境保护工程。

4高分子塑料的概述分析

第一，高分子塑料的定义。高分子塑料主要是以高分子化合物为主要成分的所有材料，从物理的角度来讲，高分子化合物应该是分子量大于1000的，能够称为巨分子，是单体原材料经过合成或者是缩合反映聚合而成的，由合成树脂、其他色料、稳定剂、填料所组成，特点在于能够改变成多种样式。

第二，高分子塑料分类。常见的塑料、橡胶、纤维、功能高分子材料、高分子粘胶剂、高分子复合材料、高分子涂料。

5高分子塑料的应用分析

高分子塑料应用在实际生活中是比较常见的，不管是民用还是军用方面都比较普遍，特别是在近些年来，高分子塑料在军事尖端技术上取得大幅度发展，无形中促进高分子材料加工、合成技术的进步，尽管说高分子材料科学还是属于新兴学科，科学家主要是把精力集中在结构、组成、性质方面，但是在实际加工技术研究上海有着广泛地空间。

结束语：

总之，液晶高分子和高分子塑料在当前实际应用中已经取得显著的成绩，并且朝着高精度、高自动化、高集成化的方向而发展，经过各种制成品实现附加价值，使得高分子材料价值的倍增，成型加工技术研究对高分子材料有着重要意义，后续还需进一步深入探索。

参考文献：

[1]张留成，丁会利等.高分子材料基础.北京：化学工业出版社，2004.

[2]杨振，陈佑宁.五种新型高分子液晶研究进展及应用前景.应用化工，2006.3，（1）：4-6.