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超级工程塑料—液晶聚合物-凯发k8娱乐官网入口

2022-11-11 来源:高分子物理学公众号

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 这是一张风冷式散热器涡轮风扇的图片,  常用于笔记本电脑散热器模块中。

    仔细观察这张图片,你会发现这枚风扇并不简单,因为这枚仅厚5mm的风扇上排布了90片厚度仅为0.2mm的叶片,全速工作时,这些叶片转速可以达到8000r/min

    0.2mm厚度还要设计成如此复杂的结构,同时还要满足8000r/min的使用转速,对材质强度,稳定性,加工精度的要求可想而知。能够同时满足这些苛刻的要求,正是得益于液晶聚合物的出色性能。

 

液晶与液晶聚合物

    对于液晶的概念,想必各位都不会陌生,某些固体,在熔融或溶解后,尽管已经具有流动性,却还能部分保留晶体的结构,组元排布存在一定的规整性。具有这种性质的聚合物,自然也就被称为液晶聚合物(liquid crystallinepolymer),lcp。常规高分子在熔融或溶解后,分子链会卷曲而相互交叉缠绕,而液晶分子则还是保持着晶态的有序取向。

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    就像小分子液晶的取向性为其带来独特的响应性一样,聚合物液晶分子的取向性,也带来了高强度,优异的尺寸稳定性,耐热性,良好的加工性能。

    1941kargin提出液晶态是聚合物体系的一种普遍存状态,学界开始对液晶聚合物开展研究。在1966年杜邦公司首次利用向列型液晶聚合物溶液制造出高强度,高模量纤维fiberb,开始了对聚合物液晶特性的应用。1972年开发出的大名鼎鼎的凯夫拉纤维,就是高分子液晶技术应用的典范,并由此促进了液晶纺丝技术的应用和成熟。

液晶聚合物结构

    聚合物,或者说高分子,在形成液晶时,不可能一整个高分子链作为单元,形成一定取向性,因为高分子链实在是太大了,实际过程中形成液晶单元的是高分子链上某些部分,这些高分子主链或侧链上的单元往往具有一定刚性,因而较稳定,不易变形,可视作一个单元,高分子主链上其他部分,往往较为柔软,可以弯折,从而可以使刚性单元有规则的周期性排列。如果刚性单元在主链上,就称作主链高分子液晶,相应的在侧链上就是侧链高分子液晶。

    液晶刚性单元也可以有很多形状,例如棒形碟形碗形,棒形的基元最多,目前商用的液晶聚合物也基本都是这类单元,其他类型的很少,碗形基元的液晶聚合物还在摸索,所以在探讨液晶聚合物时,可首先把它的刚性基元想象成棒形。

    液晶聚合物的液晶结构,主要有三种,近晶型,向列型,胆甾型,近晶型是刚性基元并排排列,形成类似片层结构,基元可在本层内运动,但不能跨层运动,向列形,是刚性基元平行排列但并没形成并列的片层,反而像树木的导管那样,形成一维的线性结构,胆甾型,基元平行排列成片层,而非竖直并列成片层,每一层取向都是各异的两个取向相同的片层间的距离称作胆甾型液晶的螺距,因为这种扭转作用,胆甾型液晶的旋光性能很强,常呈现五彩斑斓的颜色。

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三种商用液晶聚合物:

i是多苯环刚性分子单体之间通过共聚而成;

ii型是在分子结构中导入萘环;

iii型是在分子链中使用脂肪族链段

可以看到无论是哪一种类型的商用lcp,其分子主链上都拥有大量的刚性苯环结构,这决定了其特殊的物化特征和加工性质。其典型结构便是液晶,由于分子链保持着高度的规整性,所以加热到晶化温度以后,只要稍微给一点剪切力,lcp溶体的流动性便会变得像水一样,这一特性使得lcp更容易成型薄壁小型化的一些连接器制件。

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液晶聚合物特性

    液晶聚合物突出的强度,来源于其自增强性,在成型时,液晶分子链会朝着流动方向排列取向, 产生一种好似其分子自身将其增强的自增强效果,可获得极高的强度和弹性模量。

    虽然其弹性模量很高,却显示出非常优良的振动吸收特性。

    流动方向上线性热膨胀率变化非常小, 比一般塑料的值低一个数量级, 与金属材料的值相当。这是其优异的尺寸稳定性的体现之一。

    出色的溶融流动性,在熔融成型时,液晶分子链在流动方向上取向排列,液晶基元在取向中可以相互穿越,因此流动性极佳,易于进行精度较高的程成型。

    厚度较薄, 其表面取向层所占的比例就越大,因此, 其壁厚越薄,相对强度和弹性模量就越大。

液晶聚合物应用

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                           lcp制成的复杂电路加工件

 

 

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