
液晶聚合物
熱致性液晶聚合物
熱致性液晶聚合物在實(shí)驗(yàn)室被開(kāi)發(fā)的品種已達(dá)幾十例,但真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的並不多。美國(guó)Dartco公司首先將“Xydar”的液晶聚合物投放市場(chǎng),之後美國(guó)、日本等數(shù)家公司也相繼研究出液晶聚合物。表1列舉了已成功商業(yè)化的幾種主要TLCP的商品名、化學(xué)組成等。
表1 部分已商業(yè)化的TLCP美國(guó)是TLCP的主要生產(chǎn)國(guó),其產(chǎn)量約占**總產(chǎn)量的80%,其次是日本、西歐和俄羅斯等國(guó)。
性能特點(diǎn)
TLCP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後形成一種兼有固體和液體部分性質(zhì)的液晶態(tài)。TLCP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;線膨脹係數(shù)?。荒蜔嵝?xún)?yōu)良;具有自阻燃性;熔體粘度低,流動(dòng)性好;成型收縮率小;耐化學(xué)藥品性好等。
TLCP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。
機(jī)械性能
由於TLCP具有自增強(qiáng)特性,未經(jīng)增強(qiáng)即可達(dá)到甚至超過(guò)普通工程塑料玻纖增強(qiáng)後的機(jī)械強(qiáng)度和彈性模量水平。TLCP還有優(yōu)良的耐摩擦、磨耗性能,蠕變性可忽略不計(jì)。
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)良的衝擊韌性和尺寸穩(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。
阻燃性
在不添加阻燃劑的情況下,TLCP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,它們是防火**性*好的塑料之一。
尺寸穩(wěn)定性
TLCP流動(dòng)方向的線膨脹係數(shù)一般為10-5cm/cm.℃,可與金屬匹敵,比一般塑料小一個(gè)數(shù)量級(jí)。由於TLCP在熔融狀態(tài)下已有結(jié)晶性,不像普通結(jié)晶性塑料那樣加工成製品後冷卻時(shí)發(fā)生體積收縮,故製品尺寸精度高。
耐氣候老化性和耐輻射性
TLCP的耐氣候優(yōu)於多數(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。TLCP經(jīng)碳弧加速紫外線照射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。
電性能
TLCP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。
耐化學(xué)腐蝕性
TLCP在很寬的溫度範(fàn)圍內(nèi)不受所有工業(yè)溶劑、燃料油、洗滌劑、漂泊劑、熱水和濃度90%的酸、50%的鹼液腐蝕或影響,在溶劑作用下也不發(fā)生應(yīng)力開(kāi)裂,如Xydar浸於50℃的20%硫酸中11天,拉伸強(qiáng)度保持98%,在82℃熱水中浸4000小時(shí),性能不變。
成型加工性能
TLCP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)和形狀複雜的製品;加工TLCP時(shí)也不需脫模劑和後處理,且由於TLCP材料的分子在與金屬模具相接觸的表麵形成了堅(jiān)固的定向?qū)樱虼思庸すぜ谋睃I非常平整光滑。
TCLP材料也存在一些不足之處:由於TLCP材料取向在流向上強(qiáng)而在垂直方向上弱,因此工件的表麵強(qiáng)烈地表現(xiàn)出各向異性;在模腔內(nèi)二股物料彙聚處,由於結(jié)晶的形成是依焊線取向,故其強(qiáng)度降低,因此設(shè)計(jì)模具時(shí)對(duì)此應(yīng)加以考慮;薄型成型品存在脆性;由於TLCP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;售價(jià)昂貴,成本較高。
熱致性液晶聚合物的加工
TLCP可通過(guò)熔紡、注射、擠出、模壓、塗覆等工藝加工成型。雖然加工方法各異,但均是利用在液晶態(tài)時(shí)分子鏈高度取向進(jìn)行成型再冷卻固定取向,從而獲得高機(jī)械性能。
液晶聚合物加工成型一般不需特殊的設(shè)備,常規(guī)的聚合物加工設(shè)備均可利用。但由於液晶聚合物加工溫度較高,故設(shè)備選型時(shí)應(yīng)充分考慮其加熱係統(tǒng)的能力和設(shè)備材質(zhì),必須經(jīng)受得住長(zhǎng)時(shí)間的高溫烘烤。另一方麵,由於液晶分子的棒狀取向作用,加大模具出口的長(zhǎng)徑比有利於分子取向,利於提高材料的力學(xué)性能。
溫度影響聚合物的粘度,從而影響流動(dòng)的均勻性。加工過(guò)程必須保證熔體溫度均一,有適宜的流動(dòng)形態(tài)。熔體溫度過(guò)高將導(dǎo)致分子運(yùn)動(dòng)太劇烈,取向序損失,反而不利;溫度偏低則不能保證分子鏈充分伸展,失去液晶態(tài)的優(yōu)越性。一般可將模溫控製在低於熔體溫度100℃~150℃。
液晶聚合物成型時(shí)也需要一定的壓力,但壓力及成型速率不宜過(guò)高,否則將導(dǎo)致熔體流動(dòng)不均、製品出現(xiàn)瑕疵和增加內(nèi)應(yīng)力。注射成型中壓力與注射體積有關(guān),一般注射容量為料筒容積的50%~70%較適宜。
熱致性液晶聚合物的應(yīng)用
熱致性液晶聚合物具有優(yōu)異的綜合性能,被廣泛用於化學(xué)工業(yè)、電子通訊、**機(jī)械、航空航天、汽車(chē)製造等領(lǐng)域中。TLCP的主要用途列於表2。
表2 TLCP的主要用途另外,TLCP具備的許多獨(dú)特的性能使它在塑料加工助劑行業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。利用它的液晶性,可以將其作為PET的結(jié)晶成核劑,改善PET工程塑料加工性;利用它的高強(qiáng)度、高模量的特性,將其製作成纖維,替代玻纖、礦物填料,達(dá)到減輕對(duì)設(shè)備的磨耗及降低材料比重的目的,或者直接將TLCP與其它樹(shù)脂形成原位複合,起到提高強(qiáng)度和模量的效果,實(shí)現(xiàn)通用塑料的高性能化;利用它的高流動(dòng)性的特點(diǎn),可將其作為難於加工成型的塑料的流動(dòng)改性劑等。
液晶聚合物性能優(yōu)異,越來(lái)越受到人們的關(guān)注,其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,新產(chǎn)品不斷被研製,且工業(yè)化的液晶聚合物種類(lèi)越來(lái)越多,今後在工業(yè)、科技及人們生活中必將發(fā)揮更大作用