Кіріспе
Өте реакцияға түспейтін, инертті және отқа төзімді полимерлер класы.
Solid LCP Specific Gravity 1.38 to 1.95 Elasticity modulus (E) 8530 to 17200 MPa Tensile strength (σt) 52.8 to 185 MPa Tensile Elongation (%) 0.26 to 6.2 Notched Izod Impact 21.0 to 82.5 kJ/m2
Liquid crystal polymers (LCPs) are polymers with the property of liquid crystal, usually containing aromatic rings as mesogens. Despite uncrosslinked LCPs, polymeric materials like liquid crystal elastomers (LCEs) and liquid crystal networks (LCNs) can exhibit liquid crystallinity as well. They are both crosslinked LCPs but have different cross link density. They are widely used in the digital display market. In addition, LCPs have unique properties like thermal actuation, anisotropic swelling, and soft elasticity. Therefore, they can be good actuators and sensors. One of the most famous and classical applications for LCPs is Kevlar, a strong but light fiber with wide applications, notably bulletproof vests.
Қатты СКП-нің меншікті салмағы 1,38-ден 1,95-ке дейін. Серпімділік модулі (E) 8530-дан 17200 МПа. Тартылу беріктігі (σt) 52,8-ден 185 МПа. Тартылу созу (%) 0,26-дан 6,2-ге дейін. Жарықшалы Изод соққысы 21,0-дан 82,5 кДж/м2.
Solid LCP Specific Gravity 1.38 to 1.95 Elasticity modulus (E) 8530 to 17200 MPa Tensile strength (σt) 52.8 to 185 MPa Tensile Elongation (%) 0.26 to 6.2 Notched Izod Impact 21.0 to 82.5 kJ/m2
Liquid crystal polymers (LCPs) are polymers with the property of liquid crystal, usually containing aromatic rings as mesogens. Despite uncrosslinked LCPs, polymeric materials like liquid crystal elastomers (LCEs) and liquid crystal networks (LCNs) can exhibit liquid crystallinity as well. They are both crosslinked LCPs but have different cross link density. They are widely used in the digital display market. In addition, LCPs have unique properties like thermal actuation, anisotropic swelling, and soft elasticity. Therefore, they can be good actuators and sensors. One of the most famous and classical applications for LCPs is Kevlar, a strong but light fiber with wide applications, notably bulletproof vests.
Сұйық кристалл полимерлері (СКП) – сұйық кристалдық қасиеттері бар полимерлер, әдетте мезогендер ретінде ароматикалық сақиналарды қамтиды. Байланыспаған LCP-лерге қарамастан, сұйық кристалл эластомерлері (LCE) және сұйық кристалл желілері (LCN) сияқты полимерлік материалдар да сұйық кристалдылықты көрсете алады. Олар екеуі де байланысқан LCP-лер, бірақ олардың байланыс тығыздығы әртүрлі. Олар цифрлық дисплей нарығында кеңінен қолданылады. Сонымен қатар, СКП-лерде жылумен іске қосу, анизотроптық ісіну және жұмсақ серпімділік сияқты ерекше қасиеттер бар. Сондықтан олар жақсы іске қосушылар мен сенсорлар бола алады. СКП-нің ең белгілі және классикалық қолданыстарының бірі – Кевлар, кең қолданылатын, әсіресе оқтан қорғайтын жилеттерде қолданылатын берік, бірақ жеңіл талшық.
Solid LCP Specific Gravity 1.38 to 1.95 Elasticity modulus (E) 8530 to 17200 MPa Tensile strength (σt) 52.8 to 185 MPa Tensile Elongation (%) 0.26 to 6.2 Notched Izod Impact 21.0 to 82.5 kJ/m2
Liquid crystal polymers (LCPs) are polymers with the property of liquid crystal, usually containing aromatic rings as mesogens. Despite uncrosslinked LCPs, polymeric materials like liquid crystal elastomers (LCEs) and liquid crystal networks (LCNs) can exhibit liquid crystallinity as well. They are both crosslinked LCPs but have different cross link density. They are widely used in the digital display market. In addition, LCPs have unique properties like thermal actuation, anisotropic swelling, and soft elasticity. Therefore, they can be good actuators and sensors. One of the most famous and classical applications for LCPs is Kevlar, a strong but light fiber with wide applications, notably bulletproof vests.
Өмірбаян
Полимерлерде сұйық кристалдылық полимерді еріткіште еріту арқылы (лиотроптық сұйық кристалды полимерлер) немесе полимерді оның шыны немесе балқу температурасынан жоғары қыздыру арқылы (термотроптық сұйық кристалды полимерлер) пайда болуы мүмкін. Сұйық кристалды полимерлер балқытылған/сұйық немесе қатты күйде кездеседі. Қатты күйде лиотроптық ЖЖҚ-ның ең танымал мысалы – коммерциялық кевлар деп аталатын арамид. Бұл арамидтің химиялық құрылымы амидтік топтармен байланысқан, тікелей орналасқан ароматикалық сақиналардан тұрады. Сол сияқты, бірнеше компания термотроптық ЖЖҚ-ның бірнеше сериясын коммерциялық өндіріске шығарды. 1980-ші жылдарда өндірілген көптеген ЖЖҚ балқыған фазада полимер емес сұйық кристалдар сияқты реттелуді көрсетті. ЖЖҚ фазаларынан (немесе мезофазалардан) ЖЖҚ-ны өңдеу, мезофазадағы макромолекулалық бағдарланудан туындаған өзін-өзі нығайту қасиеттерінің нәтижесінде жоғары механикалық қасиеттері бар талшықтар мен құйма материалдарын береді. ЖЖҚ-ны қалыптың бөлшектерін өте жақсы көшіру арқылы дәстүрлі жабдықтарда жоғары жылдамдықпен балқытып өңдеуге болады. ЖЖҚ-ның қалыптасуға оңай келуі басқа пластиктерге қарағанда маңызды бәсекелестік артықшылығы болып табылады, себебі ол шикізаттың жоғары құнын толықтай өтеуге мүмкіндік береді. Ерекше қасиеттері мен қолдану мүмкіндіктері бар полярлы және боуликалық ЖЖҚ өнеркәсіптік мақсаттар үшін кеңінен өндірілген жоқ.
Мезофазалар
Майда молекулалық сұйық кристалдар сияқты, сұйық кристалдық полимерлер де әртүрлі мезофазаларға ие. Полимерлердің мезогендік ядролары әртүрлі мезофазаларға жиналады: нематикалық, холестерикалық, смектикалық және жоғары полярлы ұшқыш топтары бар қосылыстар. Мезофазалар туралы толық ақпаратты сұйық кристалдар туралы беттен табуға болады.
Жіктеу
СЖК сұйық кристалл ядроларының орналасуына қарай жіктеледі. LCP-нің әртүрлі кластарын жасау және зерттеу нәтижесінде LCP-ді жіктеуге көмектесетін әртүрлі префикстер қолданылады. Мезогендер көбінесе икемді аралықтар арқылы тірекке (омыртқаға) байланысады, бірақ кейбір LCP-лерде бүйірлік тізбектер тікелей тірекке қосылады. Егер мезогендер тікелей тірекке байланысса, тіректердің спираль тәрізді құрылымы мезогендердің бағдарланған құрылымдарын қалыптастыруына кедергі келтіреді. Керісінше, тіректер мен мезогендер арасына икемді аралықтар енгізу арқылы мезогендердің реттілігі тіректердің конформациясынан тәуелсіздікке ие болады.
Механизм
LCP-дегі мезогендер әр түрлі жағдайларда сұйық кристалдық аймақтарды қалыптастыру үшін өздігінен ұйымдаса алады. LCP-лер агрегация мен реттелу механизміне сүйене отырып, екі негізгі подкатегорияға бөлінеді, бірақ бұл жіктеме қатаң түрде анықталмаған. LCP-лерді бірнеше әдіспен сұйық кристалдарға түрлендіруге болады. Осы типтегі LCP-лер қатаң тізбек конформациясының арқасында сұйық кристалдар түзеді, бірақ бұл мезоген ядроларының ғана агрегациясы нәтижесінде болмайды. Қатты құрылымына байланысты, лиотроптық негізгі тізбекті полимерлерді еріту үшін күшті еріткіш қажет. Полимерлердің концентрациясы белгілі бір шегіне жеткенде мезофазалар пайда бола бастайды және полимерлік ерітіндінің тұтқырлығы төмендей бастайды. Лиотроптық негізгі тізбекті LCP-лер көбінесе Кевлар сияқты жоғары беріктікті талшықтар жасау үшін қолданылады. Бүйір тізбекті LCP-лер әдетте гидрофобты және гидрофильді сегменттерден тұрады. Көбінесе, бүйір тізбектің соңғы бөліктері гидрофильді болады. Оларды суда еріткенде гидрофобтық күштің әсерінен мицеллалар пайда болады. Егер полимерлердің көлемдік үлесі белгілі бір шектен асып кетсе, мицеллярлық бөліністер сұйық кристалдық құрылымды қалыптастыру үшін жинақталады. Концентрация белгілі бір шектен жоғары өзгеретін болса, түзілген сұйық кристалл әртүрлі құрылымдарға жинақталуы мүмкін. Температура, полимерлердің қатаңдығы және полимерлердің молекулалық салмағы сұйық кристалдық түрленуге әсер ете алады. Полисилоксан полимерлеріне бекітілген алкил полиоксиэтилендік беттік белсенді заттар сияқты лиотроптық бүйір тізбекті LCP-лер жеке күтім өнімдерінде, мысалы, сұйық сабында қолданылуы мүмкін.
Термотроптық жүйелер
Термотроптық ЛКК-ның зерттелуі лиотроптық ЛКК-ның жетістігімен үдеді. Термотроптық ЛКК-ны тек балқу температурасы ыдырау температурасынан әлдеқайда төмен болғанда ғана өңдеуге болады. Балқу температурасынан жоғары, бірақ тазалану нүктесінен төмен болғанда термотроптық ЛКК сұйық кристалдар құрайды. Тазалану нүктесінен жоғары балқыма қайтадан изотроптық және мөлдір болады. Сұйық кристалдарды сұйық кристалл полимерлерін шыныға айналу температурасынан төменге дейін жылдам салқындату арқылы тоңдырылған күйде алуға болады. Кополимерлеуді балқу температурасы мен мезофаза температурасын реттеу үшін пайдалануға болады.
Сұйық кристалл эластомерлері (LCE)
Финкельман алғаш рет 1981 жылы LCE-лерді ұсынды. LCE-лер зерттеушілер мен өнеркәсіптің назарын аударды. LCE-лер полимерлік алдынша заттардан да, мономерлерден де синтезделуі мүмкін. LCE-лер жылуға, жарыққа және магниттік өрістерге жауап береді.
Полимерлік прекурсорлар
Полимерлік прекурсорлардан синтезделген LCE-лерді екі кіші топқа бөлуге болады: Бұл, сонымен қатар, орташа және тығыз байланысқан шыны тәрізді LCN-дерді синтездеудің тиімді тәсілі. LCE мен LCN арасындағы басты айырмашылық – байланыс тығыздығы. LCN көбінесе (метакрил) негізіндегі көпфункционалды мономерлерден синтезделсе, LCE әдетте байланысқан полисилоксандардан жасалады.
Қасиеттері
p-гидроксибензой қышқылы және ұқсас мономерлерге негізделген ерекше ішінара кристалды ароматты полиэстерлер класы – сұйық кристалды полимерлер сұйық фазада жоғары реттелген құрылым аймақтарын қалыптастыруға қабілетті. Дегенмен, реттелу дәрежесі қалыпты қатты кристаллға қарағанда сәл төмен. Әдетте, LCP-лер жоғары температурада жоғары механикалық күшке, ең жоғары химиялық тұрақтылыққа, өртке қарсы қасиеттерге және жақсы ауа райына төзімділікке ие. Сұйық кристалды полимерлер әртүрлі формаларда келеді, жоғары температурада күйдірілетін түрлерінен инъекциялық қалыптауға қолданылатын қосылыстарға дейін. LCP-лерді дәнекерлеуге болады, бірақ дәнекерленген жерлер аталған өнімнің нашар тұсы болып табылады. LCP-де Z ось бойынша жылулық кеңеюдің жоғары коэффициенті бар. LCP өте инертті. Олар жоғары температурада көптеген химиялық заттардың, соның ішінде ароматты немесе галогенді көмірсутектердің, күшті қышқылдардың, сілтілердің, кетондардың және басқа да агрессивті өнеркәсіптік заттардың әсерінен стресстік жарылуға қарсы тұрады. Қайнаған суда гидролиздік тұрақтылығы өте жақсы. Полимерлердің бұзылуына себеп болатын орталар – жоғары температуралы бу, концентрленген күкірт қышқылы және қайнаған жегіш заттар. Полярлы және боуликалық LCP-лер ферроэлектрлік, олардың реакция уақыты дәрежесі дәстүрлі LC-лерге қарағанда әлдеқайда кішірек және оларды өте жылдам қосқыштар жасау үшін пайдалануға болады. Боуликалық бағаналы полимерлер ұзын, қуыс түтіктерге ие; егер түтіктерге металл немесе өтпелі металл атомдары қосылса, олар өте жоғары Tc суперөткізгіштерін құруы мүмкін.
Қолданылуы
Өздерінің әртүрлі қасиеттеріне байланысты LCP электр және механикалық бөлшектерге, тағам сақтағыштарға және химиялық тұрақтылық пен жоғары беріктік қажет болатын кез келген қолданысқа пайдалы. LCP, төмен салыстырмалы диэлектрлік тұрақтылығы, төмен шығыстар факторы және ламинаттардың кең қолжетімділігінің арқасында микротолқынды жиіліктегі электроника үшін ерекше жақсы. Микроэлектромеханикалық жүйелерді (МЭМЖ) қаптау – LCP-ге соңғы кезде көбірек назар аударатын тағы бір сала. LCP-нің артықшылықтары оны автомобильдің тұтану жүйесінің элементтеріне, қыздыру плагиндерінің қосылғыштарына, шам ұяларына, беріліс жүйесінің элементтеріне, сорғы элементтеріне, катушка пішіндеріне, күн сәулесі сенсорларына және автомобиль қауіпсіздік белбеулеріне арналған сенсорларға ерекше қолайлы етеді. LCP компьютерлік желдеткіштер үшін де өте ыңғайлы, олардың жоғары созылу беріктігі мен қатаңдығы конструкциялық талаптарды қатайтуға, өнімділікті арттыруға және шуды азайтуға мүмкіндік береді, бірақ бұл айтарлықтай жоғары құнмен байланысты.