第第2章章聚合物的凝聚态结构聚合物的凝聚态结构液晶态液晶态(Liquid Crystal)高分子合金高分子合金(Polymer Alloy)2.4液晶态结构液晶态结构Liquid Crystalo液晶态是物质的一种存在形态液晶态是物质的一种存在形态,它具有晶体的它具有晶体的光学各向异性光学各向异性,又具有液体的流动性质又具有液体的流动性质,又称又称之为介晶态之为介晶态2.4.1液晶聚合物的结构与性能液晶聚合物的结构与性能o一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后，一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后，表观上虽然变成了具有流动性的液体物质，但结表观上虽然变成了具有流动性的液体物质，但结构上仍然保持着晶体结构特有的一维或二维有序构上仍然保持着晶体结构特有的一维或二维有序排列，排列，形成一种兼有部分晶体和液体性质的过渡形成一种兼有部分晶体和液体性质的过渡状态状态，这种中间状态称为液晶态。其所处状态的，这种中间状态称为液晶态。其所处状态的物质称为液晶。物质称为液晶。o液晶有小分子液晶和高分子液晶液晶有小分子液晶和高分子液晶,液晶高分子具液晶高分子具有高强度、高模量、高流动性有高强度、高模量、高流动性2.4.2液晶的发展历史液晶的发展历史o1888年年, 奥地利植物学家奥地利植物学家F. Reinitzer观察到胆甾醇观察到胆甾醇酯具有双熔点现象酯具有双熔点现象, 而且从升温和降温到这两个熔而且从升温和降温到这两个熔点之间呈现出不同的光学各向异性点之间呈现出不同的光学各向异性o德国物理学家德国物理学家O. Lehmann对其进行深入研究对其进行深入研究, 并并发明了光学显微镜热台和偏光显微镜发明了光学显微镜热台和偏光显微镜, 初步阐明了初步阐明了其结构变化其结构变化.o1960s，美国杜邦公司，美国杜邦公司(Du Ponts)先后推出了先后推出了PBA (聚苯甲酰胺聚苯甲酰胺)及及Kevelar纤维纤维(PPTA, 聚对苯二甲酰聚对苯二甲酰对苯二胺对苯二胺)，标志了液晶研究的工业化发展的开始，标志了液晶研究的工业化发展的开始Pierre-Gilles de Gennes (1932-The Nobel Prize in Physics 1991 fordiscoveringthatmethodsdevelopedforstudyingorderphenomenainsimplesystemscanbegeneralizedtomorecomplexformsofmatter,inparticulartoliquidcrystalsandpolymers France2.4.3液晶的化学结构与分类液晶的化学结构与分类o不论高分子还是小分子液晶，形成有序流体都不论高分子还是小分子液晶，形成有序流体都必须具备一定条件，从结构上讲，称其为必须具备一定条件，从结构上讲，称其为液晶液晶基元基元o液晶基元包括棒状液晶基元包括棒状(条状条状)、盘状或双亲性分子、盘状或双亲性分子n棒状棒状(或条状或条状)长径比大于长径比大于4n盘状盘状轴比小于轴比小于1/4n双亲性分子双亲性分子有特殊的相互作用力有特殊的相互作用力MBBA C22oN47oI2.5nm0.5nm5CB C18oN36oI2nm描述液晶有序性描述液晶有序性序参数序参数So液晶分子具有沿某一方向的取向，这个方向一般称为指向矢n液晶的分类o按液晶基元所在位置分：按液晶基元所在位置分：n主链液晶主链液晶n侧链液晶侧链液晶n主侧链液晶主侧链液晶按液晶形成的条件分类按液晶形成的条件分类o溶致液晶：溶致液晶：n液晶物质溶于溶剂所得到的液晶液晶物质溶于溶剂所得到的液晶n核酸，蛋白质，芳族聚酰胺核酸，蛋白质，芳族聚酰胺PBT,PPTA(Kevlar)和聚芳杂环和聚芳杂环PBZT,PBOo热致液晶：热致液晶：n液晶物质加热熔融形成的液晶液晶物质加热熔融形成的液晶n共聚酯，共聚酯，聚芳酯聚芳酯Xydar,Vector,Rodrum按液晶核的排列分类按液晶核的排列分类o棒状棒状n向列相向列相N：只有方向序无位置序：只有方向序无位置序n近晶近晶A相相SA：有位置序和方向序：有位置序和方向序n近晶近晶C相相SC：有位置序和方向序且既有层：有位置序和方向序且既有层面的法向方向又有晶核的共分方向面的法向方向又有晶核的共分方向o盘状盘状n向列相向列相 (Discotic N) DNn柱相柱相向列相向列相(nematic)只有方向序，没有位置序只有方向序，没有位置序近晶近晶A相相(smectic)有位置序和方向序，有位置序和方向序，但在层内无序但在层内无序近晶近晶C相相有位置序和方向序，但方向矢与有位置序和方向序，但方向矢与位置矢有夹角位置矢有夹角盘状2.4.4液晶的应用液晶的应用o液晶原位增强聚合液晶原位增强聚合o液晶显示液晶显示LCD-Liquidcrystaldisplayo液晶纺丝：液晶纺丝：n在低牵伸倍数下获得高度取向、高性能纤维在低牵伸倍数下获得高度取向、高性能纤维照相机快门板照相机快门板接插件接插件耳机部件耳机部件2.5高分子合金的织态结构高分子合金的织态结构o高分子合金又称多组分聚合物，在该体系中高分子合金又称多组分聚合物，在该体系中存在两种或两种以上不同的聚合物，不论组存在两种或两种以上不同的聚合物，不论组分是否以化学键相连接分是否以化学键相连接n聚合物共混物聚合物共混物(blend):pPVC+CPE, PP+SBS, PP+EPPM etc.n嵌段共聚物嵌段共聚物(blockcopolymer):SBS, SANn接枝共聚物接枝共聚物(graftcopolymer):ABSn互穿网络互穿网络IPNInterpenetratingnetwork高分子合金的相容性高分子合金的相容性oCompatibility and MiscibilityoD DG = D= DH TD DSo增容作用增容作用o相容性的表征相容性的表征n共溶剂法共溶剂法n透明性透明性n分散相形态分散相形态 (TEM, SEM)n玻璃化温度玻璃化温度Tg高分子合金的形态高分子合金的结构与性能o尼尼龙6/聚丙聚丙烯n分散相尺寸几个甚至十几个分散相尺寸几个甚至十几个m mmo乙乙烯-丙丙烯-丁二丁二烯三元共聚物三元共聚物(EPDM)弹性体性体/聚丙聚丙烯n当分散相尺寸在当分散相尺寸在0.20.5m mm范范围内内时，可使，可使PP在在-20和和-40的无缺口抗冲的无缺口抗冲强强度分度分别提高提高13和和17倍倍oSBSn可可发生相分离，球状微区的尺寸大致在几个和几十个生相分离，球状微区的尺寸大致在几个和几十个nm范范围内，称之内，称之为微相分离。聚合物中苯乙微相分离。聚合物中苯乙烯嵌段均匀地分嵌段均匀地分布于丁二布于丁二烯嵌段中，起到物理交嵌段中，起到物理交联点的作用，它是一种点的作用，它是一种优良的良的“热塑性塑性弹性体性体”