新材料中的液晶聚合物制备与性能研究

第47卷 第22期·32·CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (PLASTICS)橡塑技术与装备（塑料）

作者简介：刘玉强（1963-)，男，研究员，主要从事高分子材料的改性与加工应用技术研究工作。收稿日期：

2021-06-180　前言塑料改性就是在塑料材料中添加合适的改性剂，采用一定的加工工艺技术制成新颖的结构特性，能够满足应用性能要求的新型塑料材料与制备的方法。塑料通过技术的改性、不仅可以降低塑料制品生产成本、增加产品的功能，而且为开发新型塑料以及减轻塑料环保压力都具有现实意义。塑料改性方法目前已由传统的共混与填充改性，向采用新材料、新工艺和新技术的方向发展，为实现通用塑料工程化，工程塑料高性能化和特种塑料低成本化提供更多可能。在世界面临塑料材料与环境友好问题的今天，采用塑料改性的新方法可以提高塑料产品使用寿命，最大限度减少使用量，并且对回收利用废旧塑料以减轻环境压力发挥积极作用。

1　塑料改性新方法1.1　液晶原位复合改性液晶聚合物（LCP）是一种介于固体结晶与液体之间的新型高分子材料，它具有晶态的各向异性、又有液态的可流动性的新型高分子材料。主要有溶致液晶与热致液晶两种状态。溶致液晶是溶液中呈液体液晶态和温度变化而呈液晶态。热致液晶聚合物具有较好的流动性和易加工成型。其成型产品具有液晶聚合物特有的皮芯结构，其本身具有纤维性质，在熔融态下有高度的取向，故可起到纤维的增强效果、从而作为塑料改性的增强剂。原位复合改性是指塑料增强不是在塑料的加工以前就有的，如常用的玻璃纤维、碳纤维、而是在加工过程中就地形成的[1]。原位复合改性技术改变了原有塑料共混改性与填充增强改性的传统观念，是塑料改性技术的创新技术。原位改性是在塑料加工过程中添加一定量的液晶聚合物，在其与塑料熔融加工过程中，其刚性或半刚性的棒状分子容易沿受力方向取向排列，能形成是够长径比的微纤均匀分散在共混材料中，类似于混凝土中的钢筋、像宏观纤维（如玻璃纤维）一样起到了承受应力与分散应力作用而增强基体，解决了宏观纤维与基体相容性差，难以混合均匀，易于分层和存在界面缺陷的问题，其增强效果大大优于玻璃纤维等宏观纤维的增强效果。如采用聚酯型液晶聚合物与PET进行共混、除了液晶聚合物的原位成纤增强外，在它们相间还发生酯交换仅应增强了两相间的相互作用与粉合，大大提高了改性PET的性能、其弯曲弹性模量是纯PET的4倍。为改善传统玻璃纤维增强PP存在的不足。采用不同用量LCP增强PP，可使共混材料的韧性与强度同时提高。当LCP含量达到50%时，PP/LCP共混物的弯曲弹性模量提高了86%，拉伸弹性模量提高达130%。又如用10%的LCP与90%的PC混合改性、所得的改性材料强度和弹性模量都是PC的两倍。此外，LCP还可与PTFE、PAPOM、UHMPE、PBT等工程塑料进行原位复合改性，制备各种高性能改性合金材料，尤其采用LCP与UHMPE的原位复合改性技术在提高材料性能的同时还解决了UHMPE不能采用现代塑料改性与加工应用的新方法

含不同液晶基元的聚硅氧烷侧链液晶弹性体的物化特性

康永

【摘 要】聚硅氧烷侧链液晶中液晶基元一端通过柔性隔离基团连接在聚合物主链上,既具有源于侧链液晶基元的较好阀值特性和恢复特性等液晶性能,还具有源于有机硅材料的优良物理、力学性能,且取向松弛速率比小分子液晶的低得多;同时它还具有较低的玻璃化转变温度、较好的黏温特性及较快的光电响应,取向态在无电场作用时可长时间保持稳定等特性.基于有机硅侧链液晶的以上特性,可在高灵敏度、高容量存贮器件和高速、高容量显示器件中广泛应用.

【期刊名称】《上海塑料》

【年(卷),期】2015(000)003

【总页数】9页(P21-29)

【关键词】聚硅氧烷;液晶弹性体;柔性隔离基团;光电响应;取向松弛速率;玻璃化转变温度

【作 者】康永

【作者单位】陕西金泰氯碱化工有限公司研发中心,陕西榆林718100

【正文语种】中 文

【中图分类】TQ320

0 前言

侧链液晶高分子（SLCP）是液晶基元位于高分子侧链的一类液晶高分子，由主链、液晶基元、柔性间隔和末端基等四部分组成，可以通过选择四部分的不同组合，对侧链液晶高分子的种类和性能进行设计［1］。聚硅氧烷侧链液晶是主链由—Si—O—键组成，其液晶基元一端通过柔性间隔基团连接在聚合物主链上的一类液晶高分子。改变侧链结构，可以获得液晶相变温度由低到高、液晶温度范围由窄到宽、液晶相态从近晶相到柱状相的一系列液晶聚合物。

由于聚硅氧烷侧链液晶聚合物中液晶基元一端通过柔性隔离基团连接在聚合物主链上，既具有源于侧链液晶基元的较好阀值特性和回复特性等液晶性能，还具有源于有机硅材料的优良物理、力学性能，且取向松弛速率比小分子液晶的低得多；同时它还具有较低的玻璃化转变温度、较好的黏温特性及较快的光电响应（上升响应时间可达60 ms），取向态在无电场作用时可长时间保持稳定等特性［2］，广泛应用于高灵敏度、高容量存贮器件和高速、高容量显示器件中。

手性材料的制备与性能研究

手性材料是近年来材料领域备受关注的一种特殊材料。其最大特点是具有手性对映结构，而这种对映结构会影响它们的化学反应性和光物理性质等方面。因此，手性材料被认为是制备具备新颖性能材料的重要途径之一，也因其在生物医药、光电信息和催化领域等应用广泛，得到了广泛的研究与应用。

手性材料制备的方法十分丰富。最早期的制备手性材料的方法主要是通过天然合成来获取手性化合物。后来，随着合成有机化学的发展，透过化学反应来制备手性材料成为了普遍的方法。化学合成方法相对比较简单，只需要选择正确的合成路线，并加入手性催化剂或手性导向剂等辅助添加剂，在化学反应过程中引导分子自发形成对映异构体就可以制备手性材料了。但由于手性材料..的对称性几乎没有一般无手性材料那么高，所以其制备难度更大。

除了化学合成方法，物理和生物合成方法也值得关注。物理合成方法主要是利用电场或磁场，控制液晶分子排布来制备手性材料。光化学方法则是在光条件下进行化学合成反应，是制备五棱萜环化合物的主要方法，也可制备出手性分子或手性聚合物。生物合成方法则是通过生物合成酶的选择性催化来制备手性化合物。但是手性酶的生产成本较高，而且需要长时间培养合适的酶菌株，所以这种方法不适合大批量制备。

除了手性材料的制备方式，手性分子的性质也引起了广泛的研究。手性分子有不对称、光学活性和各向异性等特性，析出液晶相也是它们的特性之一。鉴于手性分子的各种特性，人们发明了一种分析方法，来有效地检测分子的手性。这种分析方法称为色性法，其原理是分析化合物吸收或旋转的圆偏振光颜色，提取手性分子的旋光度信息。除了色性法外，还有化学位移法、质谱法等分析手性的新方法。

在实际应用中，手性材料应用的领域非常广泛。在生物医药领域中，手性药物的制备以及其性能研究尤其重要。手性药物的对映异构体因为其对称性不同，所以物化性质不同，与对偶体会走不同的代谢途径，导致工程上的意外效应。所以制备具有单种对映异构体手性药物是非常重要的。

王学虎，等：小模数塑料内齿轮注塑模具设计　６５　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｍｏｌｄｔｌｏｗ，ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇａｔｅ　ｉｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ａｆｔｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐｏｉｎｔｓ　ｉｎ　ｍｏｌｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ａｎ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｌｄ　ｆｏｒ　ｓｍａｌｌ　ｍｏｄｕｌｅ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｇｅａｒｓ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｌｄｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｌｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｌｄ　ｏｐｅｒ－　ａｔｅｓ　ｓｍｏｏｔｈｌｙ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｏｌｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｓ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．Ｔｈｅ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｌｄｅｄ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｇｅａｒｓ　ｈａｖｅ　ｇｏｏｄ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎ　ａｐｐｅａｒ－　ａｎｔｅ　ａｎｄ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．　ＫＥＹＷＯＲＤＳ　ｓｍａｌｌ　ｍｏｄｕｌｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｇｅａｒ，ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｌｄｉｎｇ，ｍｏｌｄ　ｄｅｓｉｇｎ　２０１０年全球碳纤维市场快速回暖　在即将过去的这场全球性的经济衰退中，碳纤维产业　并没有幸免，尤其是２００９年经济衰退陷入最低谷时，很多碳　纤维制造商也推迟或放慢了自己的发展计划。但是进入　２０１０年以来，随着经济危机的好转，全球碳纤维市场出现快　速回暖的迹象。　（１）巨大需求刺激碳纤维市场回暖　今年４月份全球碳纤维龙头厂商Ｔｏｒａｙ上调碳纤维价　格，上涨幅度达到１５％，更是印证了这一趋势。市场的快速　回暖，源于巨大的需求。２０１０年全球碳纤维需求量则达到　３．２万ｔ／ａ，这一数字与２００１年相比增长了７８．３％。航空航　天历来就是碳纤维的重要应用领域。２００９～２０１８年期间，　超过了８０个独一无二的商务飞机主要或次要结构件模型将　应用碳纤维复合材料生产，或者为相关资格认证做准备。以　Ｆ一３５闪电ＩＩ型战斗机为首的军用飞机也将大量使用碳纤　维，目前该机型仍处于系统开发和示范阶段，尚未开始大规　模生产。除此之外，目前正在开发的或处于生产初期的单通　道飞机也将成为碳纤维的应用领域。　除了航空航天以外，随着全球风电市场的逐步壮大，风　电叶片也已经成为碳纤维主要的应用领域之一。一套机组　仅叶片就有１８　ｔ，如果用碳纤维，能减轻６　ｔ，还增加了强度和　韧性，也增加了发电功率，如此优秀的性能使碳纤维在风电　叶片上的应用越来越多。预计，到２０１４年，每年将有超过５　万ｔ的纤维流入叶片市场领域。　（２　Ｊ中国碳纤维产业借机奋起　当前，全球碳纤维市场正以平均每年两位数的速度快速　增长，中国国内对碳纤维的需求也与日俱增。然而，我国碳　纤维的生产尚处于起步阶段，国内碳纤维生产能力仅占世界　高性能碳纤维总产量的０．４％左右，国内用量的９０％以上靠　进口。面对着这样巨大的商机，国内碳纤维厂商开始行动起　来。如今，越来越多的碳纤维厂商看到市场的机遇和潜力，　加大了碳纤维的研发和生产。这客观上也壮大了中国的碳　纤维产业。借着全球碳纤维市场的回暖良机，中国碳纤维产　业开始奋起。　（工程塑料网）　罗地亚工程塑料推出油箱专用尼龙　罗地亚公司已推出新的聚酰胺树脂产品生产线，旨在争　夺一些现以多层高密度聚乙烯为材料的吹塑油箱市场。罗　地亚在北美的工程塑料集团已生产出可把罗地亚的新材料　非常方便地与现有吹塑设备兼容的小油箱。对注塑商来说，　在对一些收缩问题作出调整后，仍能达到排放与抗冲方面的　要求。　（中聚网）　泰科纳推出新的Ｖｅｃｔｒａ　Ｇ系列液晶聚合物　泰科纳最近向市场推出其Ｖｅｃｔｒａ　Ｇ系列产品的两种更　具成本竞争力的无卤液晶聚合物（ＬＣＰ）新级别产品Ｖｅｃｔｒａ　Ｇ１３１和Ｇ３３１，可以帮助电子电气加工商免除因使用阻燃、　高温尼龙塑料加工元件时通常会遇到的一些问题。　Ｖｅｃｔｒａ　ＧＩ３１和Ｇ３３１是玻纤和矿物填充的液晶聚合物，　设计用来帮助电子电气产业的客户满足严苛的无铅焊接和　无卤化的要求，避免由于腐蚀和维护所造成的高成本。据　Ｖｅｃｔｒａ液晶聚合物市场经理介绍，Ｖｅｃｔｒａ　Ｇ系列建立在泰科　纳Ｖｅｃｔｒａ液晶聚合物出色的优势之上，具有自阻燃性，满足　ＵＬ９４　Ｖ一０标准，无需添加阻燃剂就满足无卤要求。　此外，两种Ｖｅｃｔｒａ　Ｇ系列产品均可帮助电子电气生产商　在超过２６０℃的条件下实现卓越的薄壁尺寸稳定性，而现有　的阻燃型聚合物在高温下都会遇到各种问题。其它的加工　优势还包括：比阻燃、高温尼龙更快的成型周期，无溢料和模　垢，可无铅回焊，无吸水导致的气泡，更低的机器和模具维　护成本（无腐蚀），２５％回料掺混率。客户比较试验显示，　Ｖｅｃｔｒａ　Ｇ级材料在可加工性、起泡和尺寸稳定性方面胜过无　卤尼龙和ＰＢＴ材料。这些新级别的泰科纳Ｖｅｃｔｒａ液晶聚合　物可以帮助电子电气制造商无需太多花费，即可实现最佳的　零件整合和成本节约。　（慧）　耐克世界杯球衣全塑料打造　包括Ｃ罗、罗比尼奥和朴智星在内的多名全球顶级球　员，今夏将身穿足球史上最环保和拥有最先进科技的球衣出　现在南非赛场上。由耐克赞助的所有国家队（包括巴西、葡　萄牙和荷兰）将首次身穿完全由回收聚酯制作而成的球衣　征战２０１０年世界杯，每件球衣最多使用８个回收塑料瓶。　近１３耐克在伦敦举行的一项全球媒体活动上通过几位足球　运动员推出了新国家队球衣。　为了制作２０１０年国家队服装，耐克的面料供应商从Ｅｔ　本和台湾的垃圾场收集了大量废弃塑料瓶，然后将其熔化来　生产新纱，最终这些新纱被转化为球衣面料。这种工艺节省　了原材料，并且与制造新聚酯相比最多可减少３０％的能耗。　通过使用回收聚酯来生产其最新系列的国家队球衣，耐克阻　止了近１３００万个塑料瓶（总计大约２５．４万ｋｇ聚酯垃圾）进　入垃圾场。这些瓶子足够覆盖超过２９个足球场。如果把用　来制造球衣的回收瓶子首尾相连，可达３０００多ｋｍ，比南非　的整条海岸线还要长。　经过改良，耐克Ｄｒｉ—Ｆｉｔ面料如今的质量比先前的耐克　服装面料减轻１５％，通过将汗排出服装并蒸发，帮助球员保　持身体于爽。　（中塑网）