液晶高分子的性质及应用
作者：翟洪岩、杨怀斌、岳敏、尹国强、张家乐、张维液晶高分子自上世纪70年代被开发出以来，经历了一系列的发展，现已成为普遍使用的一种高分子材料。

人们已对液晶高分子的结构、性质、合成方法以及液晶高分子的应用都有了较为深刻的认识。

这篇文章讨论的主要关于高分子液晶的性质（物理性质）及其应用。

一、高分子液晶的物理性质。

液晶高分子作为一种特殊的高分子材料，自然具有与一般高分子材料不同的性质。

液晶具有液体的流动性和固体的有序性，对外界刺激如光、机械压力、温度、电磁场及化学环境的变化具有较高的灵敏性。

高分子液晶制品具有高强度、高模量，尺寸稳定性、阻燃性、绝缘性好，耐高温、耐辐射、耐化学药品腐蚀、线膨胀率低，并有良好的加工流动性等优异性能。

1、高弹性。

液晶对外场作用较为敏感，即使不大的电磁力、切变力、表面吸附等都能使液晶产生较大形变。

液晶可独立存在展曲、扭曲、弯曲三种弹性形变。

2、粘滞性与流变性。

液晶存在取向有序性，这将影响流体力学行为。

而液晶高分子还具有的高分子的粘滞特性，这与分子长度密切相关。

一般液晶高分子为多畴状态，畴的大小在几微米之内，故在宏观上液晶高分子是各向同性的，其许多物理性质如力学性能等，表观上也是多向同性的。

溶致型液晶高分子溶液在各向同性相时，粘度随浓度增大而增大。

进入液晶相后，粘滞系数突然降低。

分子量越大，进入液晶相浓度也越低，最大粘滞系数升高。

体系进入液晶相后，指向矢受切变流的影响而沿它的流动方向取向，从而迅速降低了粘滞系数。

当切变流动停止一段时间后，样品会逐渐弛豫回原来的多畴状态。

如果在此之前就使液晶高分子降温或溶剂移走成为固态，仍可获得相当好的宏观取向，即各向异性固体。

3、其他性质。

胆甾相液晶具有螺旋结构。

因此有特殊的光学性质，如选择反射、圆二色性、强烈的旋光性及其色散、电光和磁光效应等。

二、高分子液晶的应用。

1、液晶高分子纤维
液晶高分子在适当的条件下，液晶分子有自动沿分子长轴取向的倾向，体系的粘度系数也表现为各向异性，沿分子长轴方向的粘度系数较其他方向小得多，因而很容易在纺丝过程中形成沿纤维轴高度取向的结构，从而获得优异的力学性能，芳纶(Kevlar)是最早开发成功并进行工业化生产的液晶高分子纤维，它的高强度、高棋t以及优良的耐热性使它在增强材料、防护服装、防燃、高温过渔等方面发挥着重要作用。

最近以PBZ和PBO为代表的具有杰出力学性能和耐热性的芳族杂环高分子的研究和开发成功可以说是科学家挑战自我的胜利，是液晶高分子工程最成功的例子之一。

20世纪90年代后，Du pont化学公司与东洋纺合作，成功地生产出了液晶PBO纤维，并以Zylon的商品名推出。

Zylon具有十分优异的性能。

具有2倍于Kevlar的强度和模量，分别达5.8 GPa和300GPa左右，热分解温度达650℃，也只有由液晶高分子制得的纤维才能获得如此接近理论极值的性能。

以及聚芳酯类等高性能液晶高分子纤维。

2、热致性高分子液晶—塑料
由于芳族酰胺和芳族杂环液晶高分子都是溶致性的，即不能采取熔融挤出的加工方法，因此在高性能工程塑料领城的应用受到限制。

以芳族聚酯液晶高分子为代表的热致性液晶离分子正好弥补了溶致性液晶高分子的不足。

高分子液晶，特别是热致性主链液晶具有高模、高强等优异的机械性能，因此特别适合于作为高性能工程材料。

与钢筋相比具有质轻、柔韧性好、耐腐蚀的优点，更重要的是它的极低的膨胀率可以大大减小由温度变化产生的内应力。

高分子液晶的低粘度和高强度性质在作为涂料添加剂方面也得到应用。

加人高分子液晶的涂料粘度下降，因此可以使用更少的溶剂，以减少污染，降低成本。

加人高分子液晶后，涂料成膜后的强度也有较大增加。

3、液晶高分子复合材料
液晶高分子复合材料是以热致性液晶聚合物为增强剂，将其通过适当的方法分散于基体聚合物中，就地形成微纤结构，达到增强基体力学性能的目的。

近年来，关于液晶高分子通过互穿聚合物网络与基体聚合物分子复合的研究也有不少报导，而且近来越来越收到关注，可以说应用前景很好。

4、液晶高分子信息材料
1）液晶高分子在电学方面的应用
聚合物液晶具有在电场作用下从无序透明态到有序非透明态的转变能力，因此也可以应用到显示器件的制作方面。

它是利用向列型液晶在电场作用下的快速相变反应和表现出的光学特点制成的。

把透明体放在透明电极之间，当施加电压时，受电场作用的液晶前体迅速发生相变，分子发生有序排列成为液晶态。

当有序排列部分失去透明性而产生与电极形态相同的图像。

根据这一原理可以制成数码显示器、电光学快门、广告牌及电视屏幕等显示器件。

2）液晶高分子在倍息储存介质及光学方面的应用
液晶高分子特别是侧链型液晶高分子是很有前途的非线性光学材料，因为这类高分子具有易在分子中引人具有高值超极化度和非线性光学活性的液晶单元，易在外电场的作用下实现一致取向，且易加工成形等鲜明特点。