[科普中國(guó)]-熱致性液晶高聚物

熱致性液晶高聚物（thermotropic liquid crys-talline polymer）又稱(chēng)熱致性高聚物。在升溫過(guò)程中可在一定溫度下由固態(tài)（晶態(tài)或玻璃態(tài)）轉(zhuǎn)變?yōu)橐壕B(tài)的高聚物。液晶聚合物（LCP）是一種由剛性分子鏈構(gòu)成的，在一定物理?xiàng)l件下能出現(xiàn)既有液體的流動(dòng)性又有晶體的物理性能各向異性狀態(tài)（此狀態(tài)稱(chēng)為液晶態(tài)）的高分子物質(zhì)。液晶聚合物有溶致性液晶聚合物（LLCP）、熱致性液晶聚合物（TLCP）和壓致性液晶聚合物三大類(lèi)。1

簡(jiǎn)介熱致性液晶聚合物是1976年美國(guó)EastmanKodak公司首次發(fā)現(xiàn)PET改性對(duì)羥基苯甲酸（PHB/PET）顯示熱致性液晶之后才開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)的，直到上世紀(jì)80年代中后期才進(jìn)入實(shí)用階段。美國(guó)Dartco公司首先將“Xydar”的液晶聚合物投放市場(chǎng)，之后美國(guó)、日本等數(shù)家公司也相繼研究出液晶聚合物。由于液晶聚合物在熱、電、機(jī)械、化學(xué)方面優(yōu)良的綜合性能越來(lái)越受到各國(guó)的重視，其產(chǎn)品被引入到各個(gè)高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用中，被譽(yù)為超級(jí)工程塑料。

熱致性液晶聚合物的性能液晶聚合物與其它有機(jī)高分子材料相比，具有較為獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和熱行為，它的分子由剛性棒狀大分子鏈組成，受熱熔融或被溶劑溶解后形成一種兼有固體和液體部分性質(zhì)的液晶態(tài)。液晶聚合物的這種特殊相態(tài)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其具有如下特征：具有自增強(qiáng)效果；線(xiàn)膨脹系數(shù)??；耐熱性?xún)?yōu)良；具有自阻燃性；熔體粘度低，流動(dòng)性好；成型收縮率?。荒突瘜W(xué)藥品性好等。

液晶聚合物產(chǎn)品因化學(xué)結(jié)構(gòu)和改性方法不同，性能差異甚大，但仍有許多如下共同的優(yōu)異特性。

1、高強(qiáng)度、高模量及其它優(yōu)良機(jī)械性能

由于液晶聚合物具有自增強(qiáng)特性，未經(jīng)增強(qiáng)即可到達(dá)甚至超過(guò)普通工程塑料用百分之幾十玻纖增強(qiáng)后的機(jī)械強(qiáng)度和彈性模量水平，而玻纖或碳纖維增強(qiáng)后更超過(guò)后者，到達(dá)異常高的水平。液晶聚合物還有優(yōu)良的摩擦、磨耗性能，蠕變性可忽略不計(jì)。

2、突出的耐熱性

Xydar的熔點(diǎn)421℃，在空氣中560℃、在氮?dú)庵?67℃才開(kāi)始分解，其熱變形溫度高達(dá)355℃，Ekonol熱變形溫度為293℃。Xydar可在-50～240℃連續(xù)使用，仍有優(yōu)良的沖擊韌性和尺寸穩(wěn)定性，Xydar不受錫焊合金熔化的影響，Ekonol耐320℃焊錫浸漬5分鐘，玻纖增強(qiáng)級(jí)Vectra也可耐260～280℃焊錫完全浸漬10秒。

3、極佳的阻燃性

在不添加阻燃劑的情況下，熱致性液晶聚合物材料對(duì)火焰具有自熄性，可達(dá)UL-94V-0級(jí)的阻燃性，在火焰中不滴落，不產(chǎn)生有毒煙霧。Xydar按煙法NBS-D4測(cè)定的煙密度達(dá)3～5。這些在塑料中都是少見(jiàn)的，它們是防安全性最好的塑料之一。

4、耐氣候老化性和耐輻射性好，對(duì)微波透明

液晶聚合物的耐氣候優(yōu)于多數(shù)塑料，Xydar加速氣候老化4000小時(shí)仍保持優(yōu)良性能。Vectra氣候老化照射2000小時(shí)，性能指標(biāo)保持90～100%，高溫（200℃）老化180天，拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率仍保持50%以上。液晶聚合物經(jīng)碳弧加速紫外線(xiàn)照射6700小時(shí)，或Co60核輻射10兆拉德，性能不顯著下降。對(duì)微波輻射透明，不易發(fā)熱。

6、優(yōu)良的電性能

液晶聚合物有較高的電性能指標(biāo)，厚度小時(shí)的介電強(qiáng)度比一般工程塑料高得多。

7、優(yōu)良的成型加工性能
液晶聚合物熔體粘度低，流動(dòng)性好，故成型壓力低，周期短，可加工成壁薄、細(xì)長(zhǎng)和形狀復(fù)雜的制品；加工液晶聚合物時(shí)也不需脫模劑和后處理，且由于液晶聚合物材料的分子在與金屬模具相接觸的表面形成了堅(jiān)固的定向?qū)樱虼思庸すぜ谋砻娣浅Ｆ秸饣?/p>

缺點(diǎn)由于熱致性液晶聚合物材料取向在流向上強(qiáng)而在垂直方向上弱，因此工件的表面強(qiáng)烈地表現(xiàn)出各向異性；

1、在模腔內(nèi)二股物料匯聚處，由于結(jié)晶的形成是依焊線(xiàn)曲向，故其強(qiáng)度降低，因此設(shè)計(jì)模具是對(duì)此點(diǎn)因加以充分考慮；

2、薄型成型品存在脆性；

3、由于熱致性液晶聚合物材料本身不透明，所以對(duì)其進(jìn)行著色加工的可能性有限；

4、售價(jià)較昂貴，因此使用它會(huì)增加成本。

應(yīng)用熱致性液晶聚合物是上世紀(jì)80年代初問(wèn)世的高性能特種工程塑料，由于具有優(yōu)異的綜合性能，被迅速?gòu)V泛用于化學(xué)工業(yè)、電子通訊、軍工機(jī)械、航空航天、汽車(chē)制造等領(lǐng)域中。

發(fā)展趨勢(shì)熱致性液晶聚合物的發(fā)展趨勢(shì)：

一是擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，開(kāi)發(fā)廉價(jià)的單體來(lái)生產(chǎn)熱致性液晶聚合物，以降低樹(shù)脂的生產(chǎn)成本和銷(xiāo)售價(jià)格；

二是通過(guò)共聚改性，如在大分子鏈中引人彎折結(jié)構(gòu)和不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出綜合性能更好的熱致性液晶聚合物樹(shù)脂；

三是為了進(jìn)一步提高熱致性液晶聚合物的性能，采用增強(qiáng)、填充改性，不但可以抑制熱致性液晶聚合物的各向異性的缺點(diǎn)，提高高溫下的強(qiáng)度，還能夠賦予其某些特殊功能，擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域，而且可降低成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力；

四是熱致性液晶聚合物與熱塑性塑料尤其是與高性能、難加工的特種工程塑料進(jìn)行共混改性，能夠改善難加工工程塑料的成型加工性能、提高力學(xué)性能、減少熱塑性塑料的線(xiàn)膨脹系數(shù)、進(jìn)而改善其尺寸穩(wěn)定性。同時(shí)，還可改善熱致性液晶聚合物的耐磨性能，并克服熱致性液晶聚合物的各向異性等。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

耿彩芳 - 副教授 - 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)