液晶纺丝.ppt

液晶纺丝 小组成员：王梦远、张洁、卢英俏、尹丽敏 主要内容 一、液晶概述 二、发展历史 三、液晶的应用 四、液晶高聚物的分类 五、液晶纺丝的概念 六、液晶纺丝工艺、纤维结构与性能 一、液晶概述 液晶是介于固态晶体的三维有序和无规液态之间的一种中间相态，又称作介晶相，是一种取向有序流体，既具有液体的易流动性，又有晶体的双折射等各向异性的特征。 二、发展历史 1888 年奥地利植物学家Reinitzer首次发现液晶 Lehmann首次合成液晶对氧化偶氮基苯甲醚 1941年Kargin提出液晶态是聚合物体系的一种普遍存在状态 1950年Elliot和Ambrose首先提出高聚物的液晶结构 (1)在液晶显示技术上的应用 　　主要是利用向列型液晶灵敏的电响应特性和光学响应特性，制造液晶显示器；利用胆甾型液晶的颜色随温度变化的特性，制造温度测量器，灵敏可达到小于0.1oC。 (2)在高聚物加工中的应用 　　可以降低高聚物的加工温度，防止高聚 物在高温下分解，同时改进高聚物材料的性 能。 (3)在纺丝中的应用 根据高分子液晶溶液的浓度—温度—粘度之间的关系，现在已经创造出了一个新的纺丝技术—液晶纺丝。这一技术解决了通常情况下难以解决的高浓度必然伴随高粘度的问题。 同时由于液晶分子的取向特性，纤维可以在较低的拉伸倍率下获得较高的取向度，避免纤维在高拉伸倍率下，产生内应力和损伤纤维，从而可以获得高强度、高模量、综合性能好的纤维。 四、液晶高聚物的分类 (1)按照液晶的形成条件 主要分溶致性和热致性 溶致性液晶是依靠溶剂的溶解分散，在一定浓度范围形成的液晶态物质。 热致性液晶是依靠温度的变化，在某一温度范围形成的液晶态物质。 (2)按分子的排列形式和有序性 (3)按介晶单元在高分子链中的位置 可分为主链型液晶和侧链型液晶 五、液晶纺丝的概念 液晶纺丝的特点是纺丝的溶液或熔体是液晶，这时刚性链聚合物大分子呈伸直棒状，有利于获得高取向度的纤维,也有利于大分子在纤维中获得最紧密的堆砌,减少纤维中的缺陷，从而大大提高纤维的力学性能。 六、液晶纺丝工艺、纤维结构与性能 1、溶致性液晶高分子——PPTA 聚对苯二甲酰对苯二胺(Kevlar) 1972年由DuPont公司首次生产，是溶致性高分子液晶纺丝得到高性能有机纤维商业化的一个成功的例子。 PPTA纺丝工艺 干喷-湿法纺丝： PPTA通常溶解在浓硫酸中，含量为15%~20%（质量），处于各向异性态。 温度约80~95℃ 凝固浴通常采用水溶性混合物 纺丝后热处理 PPTA的纤维结构 高精度、单轴取向纤维 PPTA纤维性能 表中清楚地表明在室温下，PPTA纤维的断裂拉伸强度大于2.8GPa，这比钢丝的高5倍还多，是尼龙、聚酯和玻璃纤维的两倍。PPTA纤维的初始模量也异常的高，可达62~143GPa，这比任何一种钢丝、尼龙和聚酯的初始模量都高得多。PPTA纤维的断裂伸长率较低（2.5%~4%），这又反映了PPTA的伸直链构象和纤维的高结晶度。 影响PPTA纤维性能的因素 1.纤维的加工技术 2.聚合物分子量（粘度开始降低点的临界浓度） 3.化学组成 图7.3--随浓度的增加，粘度首先增加到某一临界值再开始降低。这是由于液晶有序的分子发展，在临界浓度之下，分子在溶液中是各向同性的，而一旦超过临界值，就会出现各向异性的溶致性液晶，结果导致溶液的粘度降低。---液晶纺丝的依据 浓度与黏度的关系 小结： (1)随着浓度的增加，粘度首先增加，当粘度达到某一临界值时，粘度开始降低。 (2)粘度对浓度的依赖性，是由于液晶有序的分子发展。在临界浓度之下，分子在溶液中是各向同性的。而一旦浓度超过临界值，就会出现各向异性的溶致性液晶，结果导致溶液的粘度降低。 2、由各向同性溶液态纺制的液晶高分子纤维——芳香族聚酰亚胺 聚酰亚胺，由Akron大学开发的 初生纤维没有明显的拉伸性能，纤维只有在升温下拉伸和热定形后才具有高强高模的性能 采用一步聚合法合成，聚酰酸产物母体不是独立的，可溶于酚类溶剂，可采用干喷-湿法纺丝 芳族聚酰亚胺与PPTA比较 3、热致性液晶聚合物纤维 热致性液晶可注塑、挤出成型, 主要以芳香族聚酯及其共聚酯为代表 熔体粘度低、易于成型、强度高、耐热、耐化学试剂、屏蔽性佳等特点 低序液晶态、各向异性的流动行为 熔融纺丝工艺 纺丝工艺及热处理 熔融纺丝 类似传统熔融纺丝，温度在300-400度 热处理 热处理时间相比传统的聚酯的时间要长，因为高温下长时间的固态聚合反应可显著提高分子量，从而提高纤维的拉伸性能 好 耐强酸性 好 耐碱性 好（无N-H键） 抗紫外线性能 PPTA 芳族聚酰亚胺