側(cè)鏈液晶離聚物及其共混材料的研究.pdf

1、液晶高分子是指在一定條件下能以液晶態(tài)存在的高分子，它兼有液晶分子的取向序和位置序以及高分子化合物的特性，液晶高分子在液晶相時(shí)，高分子鏈的高度取向使得其在分子鏈取向方向上具有高模量、高強(qiáng)度、高拉伸強(qiáng)度等優(yōu)良性能，因而得到了廣泛的應(yīng)用，在復(fù)合材料中也表現(xiàn)出很高的應(yīng)用價(jià)值。由于液晶高分子和其他熱塑性高分子的不相容性使得在熔融加工時(shí)易產(chǎn)生復(fù)合材料的兩組分的相分離，限制了它的發(fā)展和應(yīng)用，通常需要加入增容劑。液晶離聚物是指含有離子的液晶聚合物，通過(guò)

2、離子的相互作用使液晶高分子鏈之間的相互作用增強(qiáng)，從而改善液晶高分子的橫向性能，也使得液晶高分子與高分子基質(zhì)在原位復(fù)合時(shí)的相容性得以改善，它綜合了離聚物和液晶聚合物兩方面的內(nèi)容，是一種新型的功能高分子。目前，對(duì)于液晶聚合物的研究已趨于系統(tǒng)化，在國(guó)內(nèi)外的研究報(bào)道都很多。但是對(duì)于液晶離聚物的研究卻不多，尤其是液晶離聚物在復(fù)合材料中的應(yīng)用更少，是目前液晶高分子研究領(lǐng)域中的前沿課題之一，不僅具有重要的理論意義，而且在與其它熱塑性高分子共混制備性能

3、更優(yōu)良的復(fù)合材料方面具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，本論文所開展的側(cè)鏈液晶離聚物及其共混復(fù)合材料的研究不僅豐富了液晶高分子的內(nèi)容，而且為研究共混復(fù)合材料的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)和一定的技術(shù)支持，同時(shí)也為研究液晶離聚物的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 在查閱了大量的相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)與合成了3種液晶單體M1～M3和1種含有磺酸離子的離子單體，并合成了3個(gè)系列的液晶高分子和液晶離聚物P1～P3系列。3種液晶單體分別是：4-烯丙氧基苯甲酰氧基-4'-對(duì)丁基苯

4、甲酰氧基苯(M1)，單體4-烯丙氧基苯甲酰氧基-4'-戊基苯甲酰氧基聯(lián)苯(M2)、4-烯丙氧基苯甲酰氧基-4'-甲氧基苯甲酰氧基聯(lián)苯(M3)和一種離子單體十一烯酰氧基偶氮苯磺酸(M4)其中除M1外，其余3種單體(M2～M4)及3個(gè)系列的液晶高分子、液晶離聚物均未見國(guó)內(nèi)外報(bào)道。所合成的單體中M1～M3均為向列相液晶單體，M4沒有液晶性能。液晶高分子及液晶離聚物也均為向列相液晶。采用FT-IR、1H-NMR、DSC、TGA、POM及X-射線

5、等技術(shù)對(duì)所合成的液晶單體、液晶高分子及液晶離聚物的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 單體M1～M3均為互變向列相液晶化合物，M1單體在升溫過(guò)程和降溫過(guò)程均呈現(xiàn)明顯的絲狀織構(gòu)，紋影以及球?？棙?gòu)。隨著液晶核剛性的增加，M2～M3織構(gòu)有所變化，顏色變化明顯，絲也變得不規(guī)整，同時(shí)熔點(diǎn)(Tm)與清亮點(diǎn)(Ti)升高，液晶相△T范圍加寬。M4單體由于含有磺酸離子，沒有液晶性能。對(duì)于液晶高分子P1系列，研究了剛性液晶單體的增加對(duì)液晶性能的影

6、響。隨著單體M2含量的增加，液晶相的清亮點(diǎn)升高，液晶相范圍加寬。對(duì)于液晶離聚物P2～P3系列，重點(diǎn)研究了離子單體的含量對(duì)液晶性能的影響。結(jié)果表明，隨著離子單體的引入，液晶相的范圍明顯變窄，當(dāng)離子單體的含量達(dá)到一定值時(shí)，將失去液晶性能。同時(shí)離子的存在增加了離聚物的熱穩(wěn)定性。 其次，還大量合成了一種液晶離聚物和相應(yīng)的液晶聚合物，并將它們分別添加到聚丙烯(PP)和聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的共混體系中，通過(guò)熔融共混制備了PP/PB

7、T/SLCP以及PP/PBT/SLCI共混體系。采用FT-IR、DSC、SEM、POM及拉伸實(shí)驗(yàn)等技術(shù)對(duì)所制備的共混復(fù)合材料的熱性能，微觀形貌以及力學(xué)性能等進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 在PP/PBT/SLCP共混體系中，液晶聚合物的加入，使得PP/PBT共混物的拉伸強(qiáng)度增加，但由于液晶聚合物和共混組分的不相容性使得液晶聚合物的加入量較多時(shí)，相分離現(xiàn)象更加明顯，當(dāng)含量較多時(shí)，力學(xué)性能反而下降。掃描電鏡也證實(shí)了相分離的存在。在PP/

8、PBT/SLCI共混體系中，液晶離聚物按不同比例添加到PP/PBT的共混物中，使得PP和PBT共混物的拉伸強(qiáng)度增加了，力學(xué)性能變好了。DSC和紅外分析表明，是由于磺酸離子和PBT分子中極性的羰基等基團(tuán)產(chǎn)生了分子間的作用力，增加了PP和PBT的相界面的粘合力，改善了組分的相容性，使得PP和PBT相的相轉(zhuǎn)變溫度降低了。掃描電鏡分析也證實(shí)了微觀形貌的相容性。其中4.0wt％的液晶離聚物的含量的共混物的力學(xué)性能最好，拉伸強(qiáng)度為7.336MPa。

9、 此外，將PP和碳纖維以及PP、碳纖維和SLCI分別通過(guò)熔融共混制備了PP/碳纖維和PP/碳纖維/SLCI共混復(fù)合材料。其力學(xué)性能和微觀形貌分別通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)和掃描電鏡進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 在PP/碳纖維共混體系中，碳纖維的加入使得PP材料的拉伸強(qiáng)度明顯增加，但含量達(dá)到0.6wt％后，強(qiáng)度變化不大。微觀強(qiáng)度分析表明，纖維拔出是最主要的增韌機(jī)理。而在PP/碳纖維/SLCI共混體系中，液晶離聚物的增加使得碳纖維和聚丙烯復(fù)