Ministarstvo prosvjete i nauke Ruska Federacija
Kazan (Volga region) federalni univerzitet
Chemical Institute. A. M. Butlerova
Stolica neorganska hemija
Sažetak na temu:
« Polimeri s tekućim kristalima»
Radovi završeni
student 714 grupa
Hikmatova G.Z.
Provjerio rad
Ignatieva K.A.
Kazan-2012.
Uvod…………………………………………………………………………………………………..3
1. Tečni kristali…………………………………………………………………………..
1.1.Istorija otkrića………………………………………………………………….……...4
1.2. Vrste kristalne faze………………………………………………………….……..7
1.3.Metode za proučavanje tečnih kristala………..…………….…………..11
2. Polimeri s tekućim kristalima……………………………………………….13
2.1.Principi molekularnog dizajna LC polimera…………...14
2.2. Glavne vrste polimera s tekućim kristalima……………………………….18
2.3.Struktura i svojstva LC polimera..………………….….20
2.4. Područja primjene……………………………………………………………………..
2.4.1 Kontrola električnog polja – način dobijanja tankoslojnih optičkih materijala……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
2.4.2 Holesterični LC polimeri - spektralno-zonalni filteri i kružni polarizatori………………………………………………………………….23
2.4.3.LC polimeri kao kontrolirani optički aktivni medij za snimanje informacija……………………………………………….………………..24
2.4.4 Vlakna super visoke čvrstoće i samoojačana plastika…………………………………………………………………………………………….25
Korištena literatura…………………………………………………………28
Aplikacija.
Uvod.
Osamdesete godine u nauci o polimerima bile su obilježene rođenjem i brzim razvojem nove oblasti - hemije i fizike polimera s tekućim kristalima. Ova oblast, koja je okupila sintetičke hemičare, teoretske fizičare, klasične fizikalne hemičare, polimere naučnike i tehnologe, prerasla je u intenzivno razvijan novi pravac, koji je vrlo brzo doneo praktične uspehe u stvaranju hemijskih vlakana visoke čvrstoće, a danas privlači pažnju optičari i specijalisti za mikroelektroniku. Ali glavna stvar nije čak ni to, već da tečno-kristalno stanje u polimerima i polimernim sistemima, kako se ispostavilo, nije samo izuzetno uobičajeno - danas je opisano više stotina polimernih tečnih kristala - već predstavlja i stabilnu ravnotežu fazno stanje polimernih tijela.
U tome postoji čak i paradoks. 1988. obilježena je 100. godišnjica od opisa prve tečno-kristalne supstance, holesteril benzoata, koju je napisao austrijski botaničar F. Reinitzer. Tridesetih godina prošlog veka razvijena je fizika niskomolekularnih organskih tečnih kristala, a 60-ih godina u svetu su već radili milioni uređaja baziranih na ovim kristalima. Međutim, 60-ih i 70-ih godina većina polimernih znanstvenika nije mogla zamisliti, na primjer, postojanje termotropnih tečno-kristalnih polimera holesterskog tipa, i općenito su se takvi sistemi činili egzotičnim predstavnicima atipičnih makromolekularnih objekata. I zapravo, u poslednjih godina došlo je do svojevrsne "eksplozije" informacija, a danas nikoga ne iznenađuju liotropni i termotropni tečni kristalni polimeri, sintetizirani na desetine puta mjesečno.
U ovom radu želeo sam da pričam o tome kada i kako je otkriveno stanje tečnog kristala, koja je jedinstvenost tečnih kristala u poređenju sa drugim objektima, o polimerima tečnih kristala i zašto su zanimljivi i izuzetni.
tečni kristali.
Većina tvari može postojati u samo tri agregatna stanja: čvrstom, tekućem i plinovitom. Promjenom temperature tvari može se sukcesivno prenositi iz jednog stanja u drugo. Struktura se obično razmatra čvrste materije koji uključuju kristale i amorfna tela. Posebnost kristala je postojanje dalekosežnog reda i anizotropije svojstava u njima (osim kristala sa centrom simetrije). U amorfnim čvrstim materijama postoji samo poredak kratkog dometa i, kao posledica toga, oni su izotropni. Poredak kratkog dometa postoji iu tečnosti, ali tečnost ima veoma mali viskozitet, odnosno ima tečnost.
Pored ova tri agregatna stanja materije, postoji i četvrto, tzv tečni kristal. On je srednji između čvrste i tečne i još se naziva mezomorfno stanje. Ovo stanje može biti veoma veliki broj organske tvari sa složenim molekulama u obliku štapa ili diska. Istovremeno se zovu tečni kristali ili mezofaza.
U ovom stanju, tvar ima mnoge karakteristike kristala, a posebno je karakterizira anizotropija mehaničkih, električnih, magnetskih i optičkih svojstava, a istovremeno imaju svojstva tekućine. Poput tečnosti, one teku i poprimaju oblik posude u koju su smeštene.
Sami opšta svojstva LCD se može podijeliti u dvije velike grupe. Zovu se tekući kristali koji nastaju pri promjenama temperature termotropna. Nazivaju se tekući kristali koji se pojavljuju u otopinama kada se njihova koncentracija promijeni liotropna.
1.1. Tečni kristali otkriveni su 1888. Austrijski profesor botanike F. Reinitzer u proučavanju nove supstance koju je sintetizirao od njega holesteril benzoat, koji je estar holesterola i benzojeve kiseline.
Otkrio je da kada se zagrije na 145°, kristalna faza (bijeli prah) prelazi u čudnu zamućenu tekućinu, a daljnjim zagrijavanjem na 179° uočava se prijelaz u običnu prozirnu tekućinu. Pokušao je da pročisti ovu supstancu, jer nije bio siguran da ima čisti holesterol benzoat, ali su se ipak ova dva fazna prelaza reprodukovala. Poslao je uzorak ove supstance svom prijatelju fizičaru Ottu von Lehmannu. Lehman se bavio proučavanjem običnih kristala, uključujući i plastične kristale, koji su mekani na dodir, razlikuju se od običnih tvrdih kristala. Glavna metoda proučavanja bila je polarizirajuća optička mikroskopija - ovo je mikroskop u kojem svjetlost prolazi kroz polarizator, prolazi kroz supstancu, a zatim kroz analizator - kroz tanak sloj tvari. Kada se postavi između polarizatora i analizatora kristala određene tvari, mogu se vidjeti teksture - karakteristične slike za različite kristalne tvari - i tako proučavati optička svojstva kristala. Desilo se da je Otto von Lehmann pomogao da shvati šta je uzrok međustanja, zablude. Otto von Lehmann je bio ozbiljno uvjeren da sva svojstva kristalnih supstanci, kristala zavise isključivo od oblika molekula, odnosno nije bitno kako se nalaze u ovom kristalu, važan je oblik molekula. A u slučaju tekućih kristala, pokazao se u pravu - oblik molekula određuje sposobnost formiranja faze tekućeg kristala (uglavnom oblik molekula). Godine 1888. Reinitzer je napisao da postoje kristali čija je mekoća takva da se mogu nazvati tekućim, zatim je Lehman napisao članak o fluidnim kristalima, zapravo on je skovao termin tečni kristali. Utvrđeno je da su tečni kristali veoma brojni i da se igraju velika uloga u biološkim procesima. Oni su, na primjer, dio mozga, mišićnog tkiva, živaca, membrana. Izraz "tečni kristali", zasnovan na zajedničkoj upotrebi dve, u određenom smislu, suprotne reči - "tečnost" i "kristalni", dobro se ukorijenio, iako je termin "mezofaza" koji je uveo francuski fizičar J. Friedel trideset godina nakon otkrića F. Reinitzera, izvedena od grčke riječi "mesos" (srednji), je, po svemu sudeći, ispravnija. Ove supstance su međufaza između kristalne i tečne, pojavljuju se tokom topljenja čvrste faze i postoje u određenom temperaturnom opsegu sve dok se daljim zagrevanjem ne pretvore u običnu tečnost. Važna istorijska epizoda: sovjetski fizičar Frederiks je 20-30-ih godina proučavao uticaj različitih magnetnih i električnih polja na optička svojstva tečnih kristala i otkrio važnu stvar da se orijentacija molekula u tečnim kristalima vrlo lako menja pod uticajem djelovanje vanjskih polja, a ta polja su vrlo slaba i promjene su vrlo brze. Od kraja 60-ih godina počinje procvat proučavanja sistema tečnih kristala, faza tečnih kristala, a to je povezano sa činjenicom da su naučili kako da ih koriste. U početku, za sisteme za prikaz informacija u konvencionalnim elektronskim digitalnim satovima, zatim u kalkulatorima, a s pojavom kompjuterske tehnologije postalo je jasno da se tekući kristali mogu aktivno koristiti za izradu displeja. Naravno, takav tehnološki skok podstakao je proučavanje tečnih kristala sa stanovišta fundamentalne nauke, ali treba napomenuti koliki je vremenski jaz između naučnim otkrićima povezane sa tečnim kristalima. U stvari, ljudi su ih zanimali iz radoznalosti, nije bilo utilitarnog interesa, niko nije znao kako da ih koristi, a štaviše, tih godina (20-30-ih) teorija relativnosti je bila mnogo zanimljivija. Inače, Fredericks je popularizator teorije relativnosti u Sovjetskom Savezu, potom je bio represivan i umro u logorima. U stvari, prošlo je 80 godina od otkrića tečnih kristala, dok nisu naučili kako da ih koriste.
1.2. U procesu proučavanja tekućih kristala, fizički uzroci četvrti stanje agregacije supstance. Glavni je nesferični oblik molekula. Molekule u ovim supstancama su izdužene u jednom smjeru ili u obliku diska. Takvi molekuli se nalaze ili duž određene linije ili u odabranoj ravni. Postoje tri glavne vrste kristalne faze: nematic(od grčke riječi "nema" - konac), smectic(od grčke riječi "smegma" - sapun), cholesteric.
U nematskim tekućim kristalima centri mase molekula se nalaze i kreću se nasumično, kao u tekućini, a osi molekula su paralelne. Dakle, poredak na daljinu postoji samo u odnosu na orijentaciju molekula. U stvari, nematske molekule ne rade samo translatorni pokreti, ali i orijentacijske fluktuacije. Dakle, ne postoji strogi paralelizam molekula, ali postoji dominantna prosječna orijentacija (slika 7.19).Amplituda orijentacijskih vibracija ovisi o temperaturi. Kako temperatura raste, dolazi do sve više odstupanja od paralelizma u orijentaciji, a u tački faznog prijelaza orijentacija molekula postaje haotična. U tom slučaju tečni kristal se pretvara u običnu tekućinu.
Najveće interesovanje za praktične primjene predstavljaju supstance koje postoje u nematskoj mezofazi na sobnoj temperaturi. Trenutno se pripremaju smjese razne supstance, nematici se dobijaju u području od -20 do +80 stepeni pa čak i u širem temperaturnom opsegu.
Za karakterizaciju orijentacijskog reda u tekućim kristalima obično se uvode dva parametra: direktora i stepen orjentacije reda, koji se naziva i parametar narudžbe. Direktor je jedinični vektor I, čiji se smjer poklapa sa smjerom prosječne orijentacije dugih osa molekula. Kod nematičnih tekućih kristala, direktor se poklapa sa smjerom optičke ose. Vektor I fenomenološki karakterizira dalekosežni poredak u rasporedu molekula. On samo određuje smjer orijentacije molekula, ali ne daje nikakvu informaciju o tome koliko je savršen poredak mezofaze. Mjera orijentacijskog poretka dugog dometa je parametar reda S, definisano kako slijedi: S=1/2(3 ² θ -1) (*), gdje θ je ugao između ose pojedinačne molekule i direktora tekućeg kristala. Usrednjavanje u (*) se vrši za čitav ansambl molekula. Vrijednost S=1 odgovara potpunom orijentacijskom redu, odnosno idealnom tekućem kristalu, dok S=0 znači potpuni orijentacioni poremećaj i odgovara nematiku koji je prešao u izotropnu tečnost.
Holesterični tečni kristali Ime su dobili po holesterolu jer su u većini slučajeva estri holesterola. Istovremeno, pored estera holesterola, niz drugih supstanci formiraju holestersku mezofazu. Molekuli svih spojeva koji tvore holesterik sadrže asimetrični atom ugljika koji je povezan sa četiri kovalentne veze sa različitim atomima ili grupama atoma. Takvi molekuli se ne mogu kombinirati sami sa sobom jednostavnom superpozicijom, baš kao lijeva i desna ruka. Zovu se chiral molekule (od starogrčkog "nasljednik" - ruka).
Holesterični tečni kristali koji se sastoje od kiralnih molekula slični su po strukturi nematicima, ali imaju fundamentalnu razliku. Sastoji se u tome što je, za razliku od nematika, ujednačena orijentacija molekula u holesteriku energetski nepovoljna. Kiralni holesterični molekuli mogu biti raspoređeni paralelno jedan s drugim u tankom monosloju, ali u susjednom sloju molekuli moraju biti rotirani pod nekim uglom. Energija takvog stanja bit će manja nego s ujednačenom orijentacijom. U svakom sljedećem sloju, direktor I, koji leži u ravni sloja, opet rotira pod malim uglom. Tako se u holesteričnom tekućem kristalu stvara spiralni poredak molekula (slika 7.20). Ove spirale mogu biti ili lijeve ili desne. Ugao α između vektora I susjednih slojeva je obično stoti dio punog okreta, tj. α≈1®. U ovom slučaju, visina holesterskog heliksa R iznosi nekoliko hiljada angstroma i uporediv je sa talasnom dužinom svetlosti u vidljivom delu spektra. Nematski tečni kristali se mogu posmatrati kao poseban slučaj holesteričnih tečnih kristala sa beskonačno velikim korakom spirale (R→∞). Zavojni poredak molekula može se uništiti električnim ili magnetsko polje primijenjen okomito na osu spirale.
Smektički tekući kristali su uređeniji od nematskih i holesteričnih. Oni su kao dvodimenzionalni kristali. Pored orijentacijskog uređenja molekula, koji je sličan poretku kod nematika, postoji i parcijalno sređivanje centara mase molekula. U ovom slučaju, direktor svakog sloja više ne leži u ravni sloja, kao u slučaju holesterika, već formira ugao s njim.
Ovisno o prirodi poretka molekula u slojevima, smektički tekući kristali se dijele u dvije grupe: smektika sa nestrukturnim i smektika sa strukturnim slojevima.
AT smektički tečni kristali sa nestrukturnim slojevima centri mase molekula u slojevima nalaze se nasumično, kao u tečnosti. Molekuli se mogu prilično slobodno kretati duž sloja, ali su njihovi centri mase u istoj ravni. Ove ravni, koje se nazivaju smektički, nalaze se na istoj udaljenosti jedna od druge, približno jednakoj dužini molekula. Na sl. 7.21 a prikazuje raspored molekula u takvom smektiku. Za smektički tekući kristal prikazan na slici, direktor I i normala n na ravan se poklapaju u smjeru. Drugim riječima, duge ose molekula su okomite na smektičke slojeve. Takvi tečni kristali se nazivaju smektici A. Na sl. 7.21b prikazuje smektiku sa nestrukturnim slojevima, u kojoj direktor nije usmjeren duž normale na sloj, već sa njim formira određeni ugao.Tečni kristali s takvim rasporedom molekula nazivaju se smektici C. U velikom broju smektičkih tekućina kristala, postoji složeniji poredak nego kod smektika A i C. Primer je smektik F, detalji redosleda u kojem još nisu u potpunosti shvaćeni.
AT smektika sa strukturnim slojevima već se bavimo trodimenzionalnim statističkim uređenjem. Ovdje centri mase molekula također leže u smektičkim slojevima, ali formiraju dvodimenzionalnu rešetku. Međutim, za razliku od kristalnih supstanci, slojevi mogu slobodno kliziti jedan u odnosu na drugi (kao u drugim smekticima!). Zbog ovog slobodnog klizanja slojeva, svi smektici su sapunasti na dodir. Otuda i njihovo ime (grčka reč „smegma“ je sapun).U velikom broju smektika postoji poredak centara mase molekula koji je isti kao i kod smektika B, ali ugao između direktora I i normale n prema slojevima je različit od nule. U tom slučaju se formira pseudoheksagonalni monoklinski poredak. Takve smektike se nazivaju H smektike. Postoje i D smektike koje su bliske kubičnoj strukturi sa rešetkom usredsređenom na telo. Među novosintetizovanim tečnim kristalima ima i onih koji se ne mogu pripisati nematicima, holestericima i smektima. Obično se nazivaju egzotičnim mezofazama. Tu spadaju, na primjer, takozvani tekući kristali u obliku diska, ili diskotici, koji se intenzivno proučavaju.
1.3. Polarizujuća mikroskopija je prva metoda za proučavanje tečnih kristala, odnosno već iz slike koju istraživač posmatra u polarizacionom mikroskopu ukrštenih polarizatora može se suditi kakva je mezofaza, koja vrsta tekuće kristalne faze nastaje. Ovo je tipična slika za nematičku fazu čiji molekuli formiraju samo orijentacijski red. Ovako izgleda smektička faza. Tako da zamislite skalu svega toga, odnosno mnogo je veća od molekularne skale: širina slike je stotine mikrona, odnosno makroskopska je slika, mnogo veća od talasne dužine vidljive svetlosti. A analizom takvih slika može se procijeniti kakva je to struktura. Naravno, postoje preciznije metode za određivanje strukture i nekih strukturnih karakteristika ovih mezofaza - poput metoda kao što su analiza difrakcije rendgenskih zraka, razne vrste spektroskopije - što nam omogućava da shvatimo kako i zašto su molekuli pakirani na ovaj ili onaj način.
Kolesterična mezofaza izgleda ovako - jedna od tipičnih slika.
Kada se temperatura promijeni, uočava se promjena refrakcije, pa se mijenjaju boje, približavamo se prijelazu - i uočava se prijelaz u izotropno taljenje, odnosno sve potamni, vidljiva je tamna slika u ukrštenim polarizatorima.
tečnih kristalnih polimera.
Polimeri tečnih kristala (LC) su visokomolekularna jedinjenja sposobna da pređu u LC stanje pod određenim uslovima (temperatura, pritisak, koncentracija u rastvoru). LC stanje polimera je ravnotežno fazno stanje, koje zauzima srednju poziciju između amorfnog i kristalnog stanja, pa se često naziva i mezomorfno ili mezofazno (od grčkog mesos - intermedijer). Karakteristične karakteristike mezofaze su prisustvo orijentacijskog reda u rasporedu makromolekula (ili njihovih fragmenata) i anizotropija fizička svojstva u odsustvu spoljnih uticaja. Vrlo je važno naglasiti da LC faza nastaje spontano, dok se orijentacijski red u polimeru može lako uvesti jednostavnim rastezanjem uzorka zbog visoke anizodijametrije (asimetrije) makromolekula.
Ako polimeri pređu u LC stanje ili mezofazu kao rezultat termičkog djelovanja (zagrijavanje ili hlađenje), nazivaju se termotropni LC polimeri, ako LC faza nastaje otapanjem polimera u određenim otapalima, nazivaju se liotropnim LC polimeri.
Prvi naučnici koji su predvidjeli mogućnost formiranja mezofaze polimerima bili su V.A. Kargin i P.Flory.
MOSKVA, 21. avgusta - RIA Novosti. Zaposleni na Hemijskom fakultetu i Fakultetu za fundamentalnu fiziku i hemijsko inženjerstvo Moskovskog državnog univerziteta po imenu M.V. Lomonosov je u saradnji sa stranim kolegama sintetizovao i istraživao nove polimere tečnih kristala osetljivih na svetlost. Rad je izveden u sklopu projekta podržanog grantom Ruske naučne fondacije, a rezultati su objavljeni u časopisu Macromolecular Chemistry and Physics.
Naučnici Moskovskog državnog univerziteta u saradnji sa češkim kolegama sa Instituta za fiziku (Prag) sintetizirali su i proučavali nove LC polimere koji kombinuju optička svojstva tečnih kristala i mehanička svojstva polimera. Takvi polimeri mogu brzo promijeniti orijentaciju molekula pod djelovanjem vanjskih polja i istovremeno su u stanju formirati prevlake, filmove i dijelove. složenih oblika. Važna prednost ovakvih sistema u odnosu na tečne kristale male molekulske težine je da LC polimeri na sobnoj temperaturi postoje u staklastom stanju koje fiksira orijentaciju molekula.
© Alexey Boblrovsky, Moskovski državni univerzitet
© Alexey Boblrovsky, Moskovski državni univerzitet
LC polimeri se sastoje od molekula sa visokom molekularna težina koje se nazivaju makromolekule. Imaju češljastu strukturu: "tvrdi" azobenzenski fragmenti osjetljivi na svjetlost (C₆H₅N=NC₆H₅) su pričvršćeni za glavni fleksibilni polimerni lanac uz pomoć "razdvajanja" sekvencijalno povezanih molekula CH2. Ovi fragmenti imaju tendenciju da budu uređeni i mogu se formirati najviše različite vrste"paketi" - tečno-kristalne faze. Kada su takvi polimeri izloženi svjetlosti, azobenzenske grupe se preuređuju, uzrokujući promjenu optičkih svojstava polimera. Takvi polimeri se nazivaju fotohromni.
Naučnici su posebnu pažnju posvetili procesima fotoizomerizacije i fotoorijentacije. Fotoizomerizacija je preuređenje veza unutar molekula polimera pod djelovanjem svjetlosti. Fotoorijentacija je promjena orijentacije krutih azobenzenskih (u ovom slučaju) fragmenata pod djelovanjem linearno polarizirane svjetlosti, u čijem se snopu smjer osciliranja električno polje strogo definisano. Tokom ciklusa fotoizomerizacije pod dejstvom polarizovane svetlosti, fragmenti azobenzena menjaju svoj ugao. To se dešava do trenutka kada njihova orijentacija postane okomito na ravan polarizacija upadne svjetlosti, a fragmenti više nisu u stanju da apsorbuju svjetlost.
Prvo su naučnici sa Moskovskog državnog univerziteta, u saradnji sa kolegama sa Instituta za fiziku Akademije nauka Češke, sintetizirali monomere od kojih su na Moskovskom državnom univerzitetu dobijeni LC polimeri. Fazno ponašanje i temperature fazni prelazi Polimere su autori proučavali pomoću polarizacione optičke mikroskopije i diferencijalne skenirajuće kalorimetrije. Detaljna struktura faza proučavana je analizom difrakcije rendgenskih zraka na Fakultetu fundamentalne fizičke i hemijske tehnike Moskovskog državnog univerziteta.
© Ruska akademija nauke
© Ruska akademija nauka
Objašnjava jedan od autora članka, profesor Ruske akademije nauka, dr hemijske nauke, glavni Istraživač Katedra za makromolekularna jedinjenja, Hemijski fakultet Moskovskog državnog univerziteta po imenu M.V. Lomonosov Alexey Bobrovsky: "Fotoizomerizacija i fotoorijentacija otvaraju velike izglede za stvaranje takozvanih pametnih materijala. Oni reagiraju na različite vanjske utjecaje i mogu se koristiti za pohranu, snimanje i prijenos informacija u optičkim uređajima različite složenosti. Malo je vjerovatno da će ovi specifični polimeri biti koristiti u praksi "jer su preskupi i njihova sinteza nije laka. S druge strane, daleko je od uvijek moguće predvidjeti koji će sistemi, kada i kako naći primjenu", zaključio je naučnik.
Polimeri s tekućim kristalima (LCP) su klasa jedinstvenih termoplasta koji sadrže prvenstveno benzenske prstenove u polimernim lancima, koji su strukture nalik šipkama organizirane u velike paralelne matrice. Oni su visoko kristalni, prirodno otporni na plamen, termotropni (otopljeni) termoplasti. Iako su slični polukristalnim polimerima, LCP imaju svoje posebne karakteristike.
Rice. 1. Tipična strukturatečni kristalni polimer - Ticona.Tradicionalni polukristalni polimeri, kada se tope, imaju haotičnu (poremećenu) strukturu, koja, kako se hladi, formira visoko uređena kristalna područja okružena amorfnom matricom. LCP molekuli ostaju dobro uređeni čak iu topljenju i lako klize jedni pored drugih kada se srezuju. Kao rezultat toga, imaju vrlo nisku viskoznost taline, što olakšava popunjavanje vrlo tankih zidova i reprodukciju najsloženijih oblika. Pokazuju vrlo malo (ili nimalo) skupljanje u smjeru protoka i potrebno im je vrlo malo vremena da se stvrdnu ili očvrsnu. Da bi proces bio precizan, mnogi proizvođači i dizajneri koriste polimere s tekućim kristalima za izradu dijelova s tankim zidovima koji će možda morati izdržati visoke temperature.
Vectra E130: LCP električni brendovi
Vectra tečni kristalni polimeri (LCP), koje proizvodi Ticona (odjel inženjerskih polimera Celanese/Hoechst AG), su visoko kristalni, termotropni (orijentirani na topljenje) termoplasti koji mogu proizvesti izuzetno precizne i dimenzionalno stabilne, odlične performanse pri visoke temperature, visoka krutost i otpornost na udarce hemijske supstance kada se koristi za proizvodnju vrlo tankih zidova. Polimer takođe ima nizak koeficijent termičkog širenja, isti u sve tri aksijalne dimenzije (x,y,z). Podnosi temperature lemljenja za površinsku montažu, uključujući temperature potrebne za lemljenje bez olova. Ovakva svojstva dovela su do upotrebe Vectra LCP za mnoge elektronske aplikacije kao što su: utičnice, zavojnice, prekidači, konektori i senzori. Mnoge vrste su imale bolji učinak od keramike, termoreaktivnih materijala i druge visokotemperaturne plastike bez stvaranja ostataka ugljika (ili zanemarljive količine).
Kada je Vaupell Industrial Plastics trebao napraviti unutrašnji poklopac kućišta baterije za vojni precizni uređaj za noćno osmatranje, koristili su Vectra E130i LCP kako bi olakšali razvoj proizvoda praktički eliminirajući skupljanje kalupa. Proizvod je također pružio odličnu izdržljivost u širokom temperaturnom rasponu.
Unutrašnja brtva kućišta baterije umetnuta je u aluminijsku vanjsku školjku, razmak između njih nije veći od 0,05 mm. Dio, izrađen u obliku lista djeteline, ima maksimalnu dimenziju poprečnog presjeka 5,08 cm, dužine je takođe 5,08 cm, zidovi otvoreni donje i odozgo su debljine 0,56 mm. Zaobljena prirubnica oko gornje ivice drži ga na poziciji unutar vanjske ljuske.
Sljedeća generacija LCP-a visoke čvrstoće
DuPont-ova nova generacija tečnih kristalnih polimernih smola, Zenite LCP, obećava veću snagu, krutost i preciznost u konektorima za elektronske uređaje i drugim oblikovanim komponentama. Testovi su pokazali da konektori oblikovani od Zenite 6130LX pružaju odličnu otpornost na oštećenja tokom automatskog umetanja pinova i sklapanja ploče. Nova smola se takođe može koristiti za proizvodnju delova sa manje deformacije, što poboljšava pristajanje dela i povećava tačku popuštanja lemljenja. U destruktivnom ispitivanju glave stražnje ploče, nova smola daje povećanje otpornosti na lom za 21%, povećanje ugiba prije loma za 32% i elastičniji/manje krhki uzorak loma. Test koristi presu opremljenu alatom sa suženim krajem da razdvoji zidove konektora. Izmjerena je sila loma i otklon zidova. Poboljšanje čvrstoće i krutosti također je evidentno u poređenju sa standardnim podacima za vlačnu čvrstoću, zateznu čvrstoću, modul savijanja i čvrstoću na savijanje.
Uzorci oblikovanih konektora napravljeni od Zenite 6130LX također su pokazali značajno poboljšanje u čvrstoći linije. Kada su kontakti postavljeni u probne uzorke napravljene od LCP-a prve generacije, na linijama lemljenja su se pojavile male pukotine. Na dijelovima oblikovanim od novih smola nisu pronađene pukotine. Drugi testovi su pokazali da su dijelovi napravljeni od nove smole manje deformisani. Konvergencija bočnih stijenki testiranog konektora bila je 23% manja od konvergencije dijela oblikovanog iz LCP-a rane generacije. Zenite 6130LX je takođe otporniji na različite uslove lemljenja. Njegova toplotna otpornost na savijanje je 280ºC, što je 15ºC više od ostalih LCP-ova. Najtipičnije primjene uključuju širok spektar komponenti za: električnu/elektronsku industriju, rasvjetu, telekomunikacije, automobilske sisteme za paljenje i punjenje goriva, avio industriju, optička vlakna, proizvodnju motora, uređaje za snimanje, senzore, opremu za peći, strukture goriva i plinske barijere , itd.
Vectra MT LCP medicinske klase
Vectra polimer s tekućim kristalima zamijenio je nehrđajući čelik u širokom spektru medicinskih primjena. Neki tipovi Vectra LCP su u skladu sa propisima USP klase VI i otporni su na gama zračenje, parni autoklav i većinu metoda hemijske sterilizacije.
Ticona ima osam razreda Vectra LCP MT za upotrebu u aplikacijama medicinske tehnologije (MT) kao što su medicinski uređaji, pakovanje i sistemi isporuke lijekovi, i druge primjene u zdravstvenom sistemu. Ticona-ine MT ocjene ispunjavaju zahtjeve USP 23 klase VI za biokompatibilnost kože, krvi i tkiva. Ticonine ocjene za medicinske primjene također su u skladu sa Direktivom Evropske zajednice 2002/72/EC za aplikacije u kontaktu s hranom i BfR standardima. BfR je skraćenica za njemački savezni institut za procjenu rizika (ranije BgVV, njemački savezni institut za zdravlje potrošača i veterinarsku medicinu). Ticona Vectra LCP smole za medicinsku tehnologiju pružaju proizvođačima lijekova i opreme širok spektar mogućnosti dizajna i obrade. Ovo uključuje punjene i nepunjene vrste za brizganje i ekstruziju, kao i tipove sa različitim svojstvima tečenja i aditiva koji proizvode dijelove s niskim trenjem i visokom otpornošću na habanje, poboljšane izgled, veća krutost i druga svojstva. Vectra LCP MT tipovi daju odličnu čvrstoću, krutost, otpornost na puzanje, stabilnost dimenzija i visok protok za duge tanke preseke. Imaju odličnu toplotnu i hemijsku otpornost i mogu da izdrže ponovljene cikluse sterilizacije. Mogu zamijeniti metal u medicinskoj i stomatološkoj opremi, koristiti u visoko strukturiranim komponentama sistema za isporuku lijekova i zadovoljiti potrebe uređaja za minimalno invazivnu hirurgiju i druga polja.
Kraj stola. 2
Za linearne polimere, temperatura staklastog prijelaza ovisi o molekulskoj težini, koja raste s njenim rastom. U mrežnim polimerima, formiranje umrežene strukture dovodi do povećanja T s, što je veće, to je prostorna mreža gušća.
Proces staklene tranzicije je praćen promjenom mnogih svojstava polimera: toplotne provodljivosti, električne provodljivosti, indeksa prelamanja, a ta se svojstva naglo mijenjaju pri T With.
Kada temperatura padne ispod T c u polimeru se smanjuje termičko kretanje kinetičkih fragmenata makromolekula. Da bi se izazvala čak i mala deformacija vitrificiranog polimera, na njega se mora primijeniti veliko mehaničko opterećenje. U ovom slučaju, polimer se ponaša kao elastično ili elastično-viskozno tijelo. Daljnjim smanjenjem temperature polimer se uništava, poput krtog tijela, uz gotovo nestajuću deformaciju. Temperatura na kojoj dolazi do krtog loma polimera naziva se temperatura lomljivosti. T greben Polimeri, po pravilu, rade u staklastom stanju, što odgovara površini I na termomehaničkoj krivulji (vidi sliku 8).
Visoko elastično stanje(HES) polimera karakteriše relativno visoka pokretljivost segmenata makromolekula. Ona se manifestuje samo kada su makromolekule velike dužine (velike mase), a posebno je karakteristična za polimere sa fleksibilnim lancem sa malim silama međumolekularne interakcije.
Uz značajnu međumolekularnu interakciju (dipoli, vodikova veza), HEA se opaža na povišenim temperaturama, tj. kada su sile međumolekularne interakcije oslabljene. Relativna lakoća usvajanja najrazličitijih konformacija makromolekula pod utjecajem vanjskog mehaničkog naprezanja objašnjava velike deformacije iznad. T s (stotine posto). Nakon uklanjanja opterećenja, zbog termičkog pomaka segmenata, makromolekule se vraćaju u prvobitne konformacije i postignuta visokoelastična deformacija nestaje, tj. reverzibilan je. Ako se proces deformacije linearnog polimera odvija sporo, tako da makromolekule imaju vremena da pređu iz jedne ravnotežne konformacije u drugu, umjesto HEA, polimer će završiti u viskozno stanje(VTS). Za termoplaste, HEA se opaža u temperaturnom opsegu T sa - T gdje
T k - temperatura fluidnosti (topljenja) polimera u tom području II
(vidi sliku 8).
U HTS-u, termoplastični polimer je tekućina i sposoban je da nepovratno teče pod utjecajem relativno malih vanjskih sila, tj. pokazuju plastičnu deformaciju. Tokom strujanja dolazi do pomeranja pojedinačnih makromolekula u odnosu jedan na drugi. Deformacija u VTS-u može se razvijati neograničeno i nepovratna je. Stanje viskoznog fluida odgovara površini III na sl. osam.
Neki mrežni polimeri su također sposobni za prijenos u HEA. Međutim, kako temperatura raste iznad T s tim da malo omekšaju, a zatim se nepovratno unište.
Kristalno stanje polimera. Mnogi termoplastični polimeri mogu postojati u kristalnom stanju. Dakle, polietilen, polipropilen, poliamidi mogu formirati mikroskopske kristale.
Kristalni, tekući kristali i orijentirani amorfni polimeri, poput monokristala, pokazuju svojstva anizotropije(Sl. 9).
Polimeri prelaze u kristalno stanje iz tečnosti (rastop, rastvor) sa opadanjem temperature. Kristalizacija se odvija kao rezultat fiksiranja položaja pojedinih segmenata i pojave elemenata dugog trodimenzionalnog reda u njihovom rasporedu.
Za sprovođenje procesa kristalizacije u polimerima potrebno je poštovati neke neophodne, ali ne uvek dovoljne uslove.
Rice. 9. Anizotropija uređenih makromolekula. Pokazatelji koje je odredio detektor značajno će se razlikovati od smjera testa.
Prvo, da bi se izgradila kristalna struktura, neophodno je da molekuli polimera budu redovno, tj. posjedovao je linearnu strukturu lanca sa određenom izmjenom karika i istim tipom njihovog rasporeda u prostoru u odnosu na glavni lanac.
Drugo, tokom fazne transformacije, slaganje lanaca ili segmenata mora se odvijati prema principu bliskog pakovanja. Faktori pakovanja (odnos unutrašnje zapremine makromolekula i pravog volumena tela) za većinu kristalizovanih polimera su u opsegu od 0,62...0,67 i blizu su faktorima pakovanja konvencionalnih čvrstih materija. Očigledno je da je blisko pakovanje teško za makromolekule koje sadrže grane i glomazne bočne supstituente, koji stvaraju sterične prepreke.
Treće, za realizaciju kristalizacije, molekuli polimera moraju imati određenu pokretljivost kako bi se lanci mogli kretati i uklapati u kristalnu strukturu. U praksi, kristalizacija se može dogoditi blizu i ispod tačke topljenja T sq. Polimeri s tekućim kristalima zadržavaju svoju kristalnu organizaciju čak i na temperaturama iznad T sq.
Ali čak i kada su ispunjeni svi ovi uslovi, polimeri nisu potpuno kristalni.
Uz kristalne, polimeri uvijek sadrže amorfne regije, zbog čega se nazivaju i kristalizirajućim. Tako sadržaj kristalne faze u polietilenu visoke gustine dostiže 75…90%, dok u polietilenu niske gustine ne prelazi 60%. Kristalne strukture su, pak, uvijek morfološki defektne (u obliku i prostornoj organizaciji).
Za razliku od jedinjenja male molekularne težine, topljenje polimera se ne dešava na određenoj temperaturi, već u temperaturnom opsegu određenom njihovom hemijskom strukturom, molekulskom težinom i kinetičkim karakteristikama. Za tačku topljenja uzima se neka prosječna temperatura ovog intervala.
Stepen kristalnosti, morfologija kristalnih struktura i raspon temperature topljenja polimera povezani su sa vremenskom, kao i relaksacionom prirodom procesa kristalizacije. Ako se temperatura polako snižava, tada se formiraju raznovrsnije kristalne strukture.
U tabeli. 3 prikazuje prosječne tačke topljenja nekih polimera.
Tabela 3
Prosjeci temperature topljenja
neki polimeri
Iz ovih podataka je jasno da T mp raste s povećanjem polariteta elementarnih jedinica polimera, pravilnosti njihove strukture i sa smanjenjem fleksibilnosti makromolekula.
Supramolekularna struktura polimera(HMS) odražava fizičku organizaciju makrolanaca i karakterističan je za sve polimere, bez obzira na njihovu fizičku i fazno stanje. Razlog za pojavu NMS leži u intermolekularnoj interakciji makrolanaca. Morfološki, NMS polimera su složeni, prostorno izdvojeni agregati različitih veličina i oblika, nastali slaganjem makromolekula na određeni način. U stvaranju supramolekularnih struktura očituje se osnovno svojstvo fleksibilnog lanca - sposobnost savijanja u nabore (pakovanja) ili savijanja u kuglice "na sebe".
Fleksibilne makromolekule mogu imati oblik zavojnica. Stabilnost ovog oblika je određena najmanjih vrednosti površinska i površinska energija. Zavojnica se sastoji od jedne ili više makromolekula, dok su pojedini dijelovi lanca unutar njega raspoređeni nasumično. Takav NMS je tipičan za većinu amorfnih polimera i nastaje tokom njihove pripreme.
U polimerima sa M> 10 4 strukture su široko rasprostranjene, obično nastaju u fazi rastapanja ili otopine kao rezultat djelovanja intermolekularnih sila, bilo kada se jedna makromolekula ili njeni segmenti presavijaju, ili kada se linearni fragmenti susjednih makromolekula približavaju jedni drugima. Presavijene formacije ( pakovanja) mogu formirati veće i morfološki složene strukturne agregate - fibrili(Sl. 10,
a, b). U sintetizovanim polimerima snop-fibrilar struktura (sl. 10, in) prethodi formiranju razvijenijih supramolekularnih struktura - lamele(Sl. 10, G).
Rice. deset. a– shema formiranja paketa i fibrila u polimerima; b– slaganje makromolekula u orijentisani kristalni polimer; in je dijagram strukture kristalnog fibrila s naknadnim polaganjem u lamele ( G)
U zavisnosti od uslova kristalizacije, NMS može ostati fibrilaran ili se transformisati u lamelarni (lamelarni) ili sferulit(Sl. 11, in, G).
| a) |
| G) |
| u) |
| b) |
Rice. 11. Vrste kristalnih formacija u polimerima: a– kristalit;
b– fibril; in– radijalni sferuliti; G– prstenasti sferuliti
Potonji nastaju iz fibrila koji se razvijaju iz jednog centra u obliku kugle i drže se tzv. kroz lance, tj. područja makromolekula koja su dio susjednih sferulita. Kroz lance formiraju amorfne regije u kristalnom polimeru. Sferuliti se mogu stvoriti ne samo slaganjem fibrila, već i lamelama.
Gustoća polimera u kristalima, zbog gušćeg pakiranja makromolekula, veća je nego u interstrukturnim zonama ispunjenim neuređenim makrolancima i veća nego u amorfnim područjima. Vrijednosti prosječne gustoće nekih polimera (ρ), gustine kristalnih (ρ cr) i amorfnih (ρ am) komponenti date su u tabeli. četiri.
Tabela 4
Vrijednosti gustine polimera, kg/m 3
Kompanija OLENTA prodaje veliki asortiman polimernih materijala. Uvijek imamo na raspolaganju visokokvalitetne termoplaste, uključujući polimere s tekućim kristalima. Zaposleni koji rade u OLENTI imaju višu stručnu spremu i dobro su upoznati sa specifičnostima proizvodnje polimera. Kod nas uvijek možete dobiti savjet i bilo kakvu pomoć u vezi izbora materijala i organizacije tehnološkog procesa.
Polimeri s tekućim kristalima imaju vrlo visoku krutost i čvrstoću. Nemojte davati blic prilikom bacanja. Preporučuje se za precizno livenje. Imaju odličnu dimenzijsku stabilnost. Karakterizira ga vrlo kratko vrijeme hlađenja. Razlikuju se po izuzetno niskoj izdržljivosti spojeva. Ovdje ćete pronaći tečne kristalne polimere kompanije Toray. Materijal se proizvodi u fabrici u Japanu.
Toray Liquid Crystal Polymer
| Punjenje | brand | Opis | Aplikacija |
| Stakleno punjenje | Polimer visoke čvrstoće, 35% ispunjen staklom | Mikroelektronika |
|
| kratko staklo | Polimer visoke tečnosti, 35% punjen staklom | Mikroelektronika |
|
| Kratko staklo i minerali | Polimer super visoke tečnosti, 30% punjen staklom | Mikroelektronika |
|
| Antistatički polimer, 50% punjenje | Mikroelektronika |
||
| Staklo i minerali | Nisko savijanje, 50% puna | Mikroelektronika |
|
| Minerali | Nisko savijanje, 30% puna | Mikroelektronika |
Karakteristike polimera s tekućim kristalima
Za razliku od tradicionalnih polimernih spojeva, ovi materijali imaju niz karakterističnih svojstava. Polimeri s tekućim kristalima su visokomolekularna jedinjenja koja mogu promijeniti svoje stanje pod utjecajem vanjskih uvjeta. Zbog fleksibilne molekularne veze, lanac makromolekula može mijenjati svoj oblik u širokom rasponu i formirati stabilnu i jaku kristalnu strukturu.
Ovi polimeri zadržavaju stabilna svojstva čvrstoće do tačke topljenja. Imaju vrlo visoku hemijsku otpornost i dielektrična svojstva.
Polimeri s tekućim kristalima se široko koriste u proizvodnji elektronskih komponenti, posuđa otpornog na mikrovalne pećnice i medicinskih instrumenata.
O OLENTI
Naša kompanija ima niz prednosti:
- razumne cijene;
- profesionalci sa velikim iskustvom;
- tačno poštovanje rokova i dogovora;
- širok spektar inženjerske plastike;
- saradnja sa najvećim proizvođačima polimera.
OLENTA isporučuje polimere s tekućim kristalima isključivo od provjerenih proizvođača. Ovo ne služi samo kao garancija besprijekornog kvaliteta, već i minimizira sve rizike povezane s prekidima u snabdijevanju ili nepravilnim izvršavanjem obaveza.