《高分子液晶及》PPT课件

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1、高分子液晶及复合材料新概念一、高分子液晶概述（一）高分子液晶的分子的结构特征1956Flory以晶格理论处理，刚性分子溶液相分离时，临界体积分数φc与分子轴比X有如下关系：Φc=8/X（1-2/X）使液晶相稳定的条件是：分子轴比X>5.51979Flory对非稀释体系（热致液晶的情况）作了类似的理论处理，得出使液晶相稳定的临界轴比为：Xcr=L/D=6.417当分子轴比大于6.4时，一般属刚性和半刚性分子，其化学结构具有以一下特征：1）刚性环状结构，呈线状以平行方向相互联结，如对位的苯环或杂环：它们是组成刚链的基本结构单元，也称介晶基团。2）介晶结构单元由双键、酰

2、胺键、酯键等桥键联结。3）分子轴向呈强极性，末端带弱的偶极基团根据介晶基团处于主链或侧链的位置,可分为主链型和侧链型两大类液晶高分子。根据液晶态由溶液或熔体条件下形成又可分为溶致性和热致性液晶两大类。刚性分子链堆砌所形成的物理结构又有三种不同的织态结构：即向列型、近晶型和胆甾型液晶。（二）由高分子液晶制备的高性能纤维1．溶致性液晶高分子A．芳香族聚酰胺其中：聚对苯酰胺（PPB或PBA）早期在实验阶段曾以B纤维（FiberB）商品名用于轮胎帘子线。聚对苯二甲酰对苯二胺（PPD-T或PPTA）1972年美国杜邦公司以“kevlar”纤维的商品名问世。Kevlar纤维强度

3、:20g/d;模量:～1000g/d1978年帝人公司推出一种共聚芳香聚酰胺，纤维的商品名为HM-50，现更名为“Technora”。3，4’－二氨基二苯基醚（POP）B.聚对苯撑苯并双噻唑（PBT）及聚对苯撑苯并双噁唑（PBO）PBT和PBO是一类刚性杂环高分子，能在聚磷酸（PPA）等溶液中形成向列型液晶，经干湿法纺丝可制得性能比Kevlar更优异的高强高模纤维。I（PBT）中间体I(2,5-二氨基－1,4-苯二噻茂二氢氯化合物)经以下步骤制备得到：PBO聚合体由以下原料制备：PBO2.热致性液晶高分子1970年，Carborundum公司研究了由对羟基苯甲酸（P

4、HB）及对苯二甲酸（TA）与对苯二酚（HQ）单体经熔融缩聚制备得到如下二类聚合体，但这二类聚芳酯的熔点均在分解温度以上，无实用价值。Tm=610℃Tm=596℃1973年，美国Eastman公司的W.J.Jackson等合成了以下共聚酯，并首先报道了这类聚合物具有向列型热致性液晶的特性。PET40/PHB60“XG7”1976-1978年，DoPont公司的J.R.Schaefgen等对以下一类结构的聚芳酯液晶进行了研制。1978-1982年，Celanese公司Calundann等对以下一类含萘环的全芳族共聚酯进行了研制。1985年日本住友公司在引进Carboru

5、ndum公司技术基础上，开发出“Ekonol”纤维。1986年，日本可乐利公司与美国Celanese公司共同开发了“Vectran”纤维，并实现了工业化生产。3.高性能纤维的类别与性质1)芳族聚酰胺2)聚芳酯3)芳杂环聚合物4)高强聚乙烯5)碳纤维6)无机纤维（三）高性能纤维的主要应用领域由液晶高分子制备的高性能纤维中，迄今开发最成功的当属美国杜邦公司的Kevlar纤维，目前已开发了十几个系列品种：1）Kevlar用于轮胎帘子线和其它橡胶增强材料2）Kevlar29用于缆绳和帆布类3）Kevlar49树脂和金属基复合材料光导纤维补强件4）Kevlar68高强型，用于

6、高强度复合材料6）Kevlar119用作橡胶增强材料，耐疲劳性与压缩特性较佳7）Kevlar129高韧性，用于火前的固体发动机外壳和导弹发射管8）Kevlar149用于直升飞机和雷达天线罩等复合材料部件9）Kevlar222作防弹背心用10）KevlarM/B浆粕类，用于增强弹性体、传送带、水泥和各种石棉代用品。众所周知，现代飞机主要结构用材为钛合金、铝合金、高强钢和复合材料。其中复合材料有四大优点：(1)比同类金属件节重20——25%(2)改善构件性能(3)降低维修费用(4)节省燃油因此，九十年代新型战术战斗机（ATF），先进符合材料将占飞机结构总重的40—50%

7、；新型攻击直升机符合材料则将高达80%。二、分子复合材料(一)新概念提出的背景1979：Husmanetal.美国空军材料研究室首先提出了“分子复合材料”的构想。所谓分子复合材料是指将刚性棒状分子分散到柔性链分子基体中，使它们尽可能达到分子分散的水平。提出“分子复合材料”的构想基本基于以下考虑：1.孤立伸直链分子的强度要比同种聚合体纺制的纤维强度高一个甚至几个数量级。原因是我们很难制得完全取向和无疵点的纤维。2.由于纤维与基体界面结合以及因纤维末端造成得应力集中等问题，使纤维增强材料得强度比纤维又有附加的损失。3.增强纤维的取向可以提高强度，但在横向的强度却下降