致型液晶。其可分为两类:类是双亲分子(如脂肪酸盐,离子型和非离子型表面活性剂以及类脂等)与极性溶剂组成的二元或多元体系;第二类非双亲刚棒分子(如多肽,核酸及病毒等天然高分子和聚对二甲酰胺等合成的)溶液。 2.2 第二种分类法——主链型和侧链型 液晶高分子往往是由小分子呈液晶基元键合而成的。根据液晶基元在高分子键中键合的方式不同,可分为主链型液晶高分子和 侧链型液晶高分子。 (1)主链型液晶高分子 液晶基元位于高分子主链之内,如Kelavar。 (2)侧链型液晶高分子 液晶基元作为支链悬于主链上。 (3)复合性(组合性)液晶高分子主链和支链上均含有液晶基元。 前两种分类方法是交叉的,主链型液晶高分子即有热致液晶也有熔致液晶,热致液晶高分子即含有主链也有侧链的。 2.3 第三种分类法——向列相、近晶相、胆甾型相和碟状液晶相 (1)向列相。常以字母N表示,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。 (2)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”。近晶相的黏度比向列相大。 (3)胆甾相。因这类液晶物质中”许多是胆甾醇衍生物,故有此名,但更多的胆甾相液晶并不含胆甾醇结构。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。此类液晶可以使反射的白光发生色散而呈现彩虹般的颜色。胆甾相与向列相的区别是前者有层状结构,胆甾相与近晶相的区别是它有螺旋状结构。 (4)碟状(柱状)相 碟状液晶相是在1977年发现的,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。 3 液晶高分子的特性 3.1 取向方向的高拉伸强度和高模量及其他优良的力学性能 柔性链高分子比较,分子主链或侧链带有介晶基元的LCP ,最突出的特点是在外力场中容易发生分子链取向。实验研究表明,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。使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
3 分子链的取向,即使在很低剪切速率下即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。 3.2 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℃,明显高于绝大多数塑料。 3.3 热膨胀因数很低,精度及尺寸稳定性 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。 3.4 阻燃性优异 LCP 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,其表面在火焰中形成一层泡沸碳能窒息火焰,而在空气中不燃烧。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,LCP 的LOI(极限氧指数——表示聚合物耐燃烧性指标)值可达40 以上。 3.5 电性能和成型加工性优异 LCP 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,其体积电阻一般可高达1013Ω·m ,抗电弧性也较高。此外LCP的熔体粘度随剪切速率的增加而下降,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,不需要脱模剂和后处理,可加工成薄壁、细长和形状复杂的制品且尺寸很精确。 4 液晶高分子材料的应用 4.1 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。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 。此纤维可在- 45 ℃~ 200 ℃使用。由于LCP高强度高模量和低相对密度的特点,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。
应用
⒈特性
a、LCP具有自增强性:具有异常规整的纤维状结构特点,因而不增强的液晶塑料即可达到甚至超过普通工程塑料用百分之几十玻璃纤维增强后的机械强度及其模量的水平。如果用玻璃纤维、碳纤维等增强,更远远超过其他工程塑料。
b、液晶聚合物还具有优良的热稳定性、耐热性及耐化学药品性,对大多数塑料存在的蠕变特点,液晶材料可以忽略不计,而且耐磨、减磨性均优异。
c、LCP的耐气候性、耐辐射性良好,具有优异的阻燃性,能熄灭火焰而不再继续进行燃烧。其燃烧等级达到UL94V-0级水平。
d、LCP具有优良的电绝缘性能。其介电强度比一般工程塑料高,耐电弧性良好。在连续使用温度200-300℃,其电性能不受影响。间断使用温度可达316℃左右。
e、LCP具有突出的耐腐蚀性能,LCP制品在浓度为90%酸及浓度为50%碱存在下不会受到侵蚀,对于工业溶剂、燃料油、洗涤剂及热水,接触后不会被溶解,也不会引起应力开裂。
⒉应用
a、电子电气是LCP的主要市场:电子电气的表面装配焊接技术对材料的尺寸稳定性和耐热性有很高的要求(能经受表面装配技术中使用的气相焊接和红外焊接);
b、LCP:印刷电路板、人造卫星电子部件、喷气发动机零件、汽车机械零件、医疗方面;
c、LCP加入高填充剂或合金(PSF/PBT/PA):
作为集成电路封装材料、
代替环氧树脂作线圈骨架的封装材料;
作光纤电缆接头护套和高强度元件;
代替陶瓷作化工用分离塔中的填充材料。
代替玻璃纤维增强的聚砜等塑料(宇航器外部的面板、汽车外装的制动系统)。
LCP已经用于微波炉容器,可以耐高低温。LCP还可以做印刷电路板、人造卫星电子部件、喷气发动机零件:用于电子电气和汽车机械零件或部件;还可以用于医疗方面。
LCP可以加入高填充剂作为集成电路封装材料,以代替环氧树脂作线圈骨架的封装材料;作光纤电缆接头护头套和高强度元件;代替陶瓷作化工用分离塔中的填充材料等。 LCP还可以与聚砜、PBT、聚酰胺等塑料共混制成合金,制件成型后机械强度高。
注塑工艺
由于改性后的性能和用途级别相差很大,其加工工艺变数也很大,故应相应调整如下范围:
⒈干燥:140℃~140~150℃ /5-7Hr
⒉注塑温度:260~300~410℃
⒊模 温:100~100~240℃
生产公司
①Du Pont、
②Eastman、
③Solvay、
④Ticona、
⑤三菱工程塑料公司、
⑥住友、
⑦宝理塑料(为Ticona和日本大赛璐化学公司的合资公司)、
⑧东丽,
此外还有上野精细化工公司和Unitika公司等。
产品分类
杜邦产品分类
5系列:5130L 30%GF、 5145L 45%GF 高韧性 耐温275度、290度;5244L 40%矿物加强 高韧性 耐温285度
6系列:6130 30%GF 高抗冲 耐温300度、6130L 30%长玻纤 耐温280度、6330 30%矿物加强 高抗冲 耐温275度
7系列:7130 30%GF 经润滑 高抗冲 耐温310度、7140X 40%GF 耐温298度、7244 40%矿物加强 高流淌 耐温295度
其它了解
热致性LCP具有全芳香族聚酯和共聚酯结构。它还具有密集排列的直链聚合物链结构,形成的产品具有良好的单向机械性能特点。良好高温性能(热变形温度为121~355℃)、良好的抗辐射性、抗水解性、耐候性、耐化学药品性、固有的阻燃性、低发烟性、高尺寸稳定性、低吸湿性、极低的线膨胀系数、高冲击强度和刚性(按相同重量比较,LCP的强度大于钢,但刚性只是钢的15%)。LCP可以耐酸、溶剂和烃类等化学品,并有较好的阻隔性。
液晶芳香族聚酯在液晶态下由于其大分子链是取向的,它有异常规整的纤维状结构,性能特殊,制品强度很高,并不亚于金属和陶瓷。拉伸强度和弯曲模量可超过10年发展起来的各种热塑性塑料。采用的单体不同,制得的液晶聚酯的性能、加工性和价格也不同。选择的填料不同、填料添加量的不同也都影响它的性能。