Ministerul Educației și Științei Federația Rusă
Kazan (regiunea Volga) universitate federală
Institutul de Chimie. A. M. Butlerova
Scaun Chimie anorganică
Rezumat pe subiect:
« Polimeri cu cristale lichide»
Lucrare finalizată
grupa elevului 714
Hikmatova G.Z.
Verificat lucrarea
Ignatieva K.A.
Kazan-2012.
Introducere………………………………………………………………………………..3
1. Cristale lichide………………………………………………………………………………
1.1.Istoria descoperirii…………………………………………………….……...4
1.2. Tipuri de faze cristaline……………………………………………….……....7
1.3.Metode de studiere a cristalelor lichide………..…………….…………....11
2. Polimeri cu cristale lichide……..……………………………………….13
2.1.Principii de proiectare moleculară a polimerilor LC…………...14
2.2. Principalele tipuri de polimeri cu cristale lichide…………………….18
2.3.Structura și proprietățile polimerilor LC………….….20
2.4.Domenii de aplicare………………………………………………………..
2.4.1 Controlul câmpului electric – modalitatea de obținere a materialelor optice cu peliculă subțire………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………….
2.4.2 Polimeri LC colesteric - filtre spectro-zonale și polarizatoare circulare……………………………………………………………………………….23
2.4.3.Polimerii LC ca medii controlate optic activ pentru înregistrarea informațiilor………………………………………………….……..24
2.4.4 Fibre de foarte mare rezistență și materiale plastice auto-întărite…………………………………………………………………………………………….25
Literatura utilizată………………………………………………………28
Aplicație.
Introducere.
Anii 1980 în știința polimerilor au fost marcați de nașterea și dezvoltarea rapidă a unui nou domeniu - chimia și fizica polimerilor cu cristale lichide. Această zonă, care a reunit chimiști sintetici, fizicieni teoreticieni, chimiști în fizică clasică, oameni de știință polimeri și tehnologi, a crescut într-o nouă direcție intens dezvoltată, care a adus foarte repede succes practic în crearea fibrelor chimice de înaltă rezistență, iar astăzi atrage atenția optici și specialiști în microelectronică. Dar principalul lucru nu este nici măcar acesta, ci faptul că starea lichid-cristalină în polimeri și sistemele polimerice, după cum sa dovedit, nu este doar extrem de comună - multe sute de cristale lichide polimerice au fost descrise astăzi - ci reprezintă și un echilibru stabil. starea de fază a corpurilor polimerice.
Există chiar și un paradox în asta. 1988 a marcat 100 de ani de la descrierea de către botanistul austriac F. Reinitzer a primei substanțe lichid-cristaline, benzoatul de colesteril. În anii 30 ai secolului trecut, a fost dezvoltată fizica cristalelor lichide organice cu molecul scăzut, iar în anii 60 milioane de dispozitive bazate pe aceste cristale funcționau deja în lume. Cu toate acestea, în anii 1960 și 1970, majoritatea oamenilor de știință din domeniul polimerilor nu și-au putut imagina, de exemplu, existența polimerilor lichid-cristalini termotropi de tip colesteric și, în general, astfel de sisteme păreau a fi reprezentanți exotici ai obiectelor macromoleculare atipice. Și de fapt, în ultimii ani a avut loc un fel de „explozie” a informațiilor, iar astăzi nimeni nu este surprins de polimerii cu cristale lichide liotropi și termotropi, sintetizați de zeci de ori pe lună.
În această lucrare, am vrut să vorbesc despre când și cum a fost descoperită starea cristalelor lichide, care este unicitatea cristalelor lichide în comparație cu alte obiecte, despre polimerii cu cristale lichide și de ce sunt interesanți și remarcabili.
cristale lichide.
Majoritatea substanțelor pot exista doar în trei stări de agregare: solidă, lichidă și gazoasă. Prin modificarea temperaturii unei substanțe, aceasta poate fi transferată succesiv dintr-o stare în alta. Structura este de obicei luată în considerare solide, care includ cristale și corpuri amorfe. O trăsătură distinctivă a cristalelor este existența ordinii pe distanță lungă și anizotropia proprietăților în ele (cu excepția cristalelor cu un centru de simetrie). În solidele amorfe, există doar ordine pe distanță scurtă și, în consecință, sunt izotrope. Ordinea de rază scurtă există și într-un lichid, dar lichidul are o vâscozitate foarte scăzută, adică are fluiditate.
Pe lângă aceste trei stări agregate ale materiei, există o a patra, numită cristal lichid. Este intermediar între solid și lichid și se mai numește stare mezomorfă. Această stare poate fi foarte un numar mare de substanțe organice cu molecule complexe în formă de tijă sau disc. În același timp, sunt chemați cristale lichide sau mezofază.
În această stare, substanța are multe caracteristici ale cristalului, în special, se caracterizează prin anizotropie a proprietăților mecanice, electrice, magnetice și optice și, în același timp, au proprietățile unui lichid. Ca și lichidele, curg și iau forma vasului în care sunt așezate.
Prin propriile lor proprietăți generale LCD-ul poate fi împărțit în două grupuri mari. Se numesc cristale lichide care se formează la schimbările de temperatură termotrop. Cristale lichide care apar în soluții atunci când concentrația lor se modifică sunt numite liotrop.
1.1. Cristalele lichide au fost descoperite în 1888. Profesor austriac de botanică F. Reinitzer în studiul unei noi substanțe sintetizate de el benzoatul de colesteril, care este un ester al colesterolului și al acidului benzoic.
El a descoperit că atunci când este încălzită la 145°, faza cristalină (pulbere albă) trece într-un lichid ciudat tulbure, iar la încălzirea suplimentară la 179°, se observă o tranziție într-un lichid transparent obișnuit. A încercat să purifice această substanță, deoarece nu era sigur că are benzoat de colesteril pur, dar totuși aceste două tranziții de fază au fost reproduse. El a trimis o mostră din această substanță prietenului său fizician Otto von Lehmann. Lehman a fost implicat în studiul cristalelor obișnuite, inclusiv a cristalelor de plastic, care sunt moi la atingere, sunt diferite de cristalele dure obișnuite. Principala metodă de studiu a fost microscopia optică polarizată - acesta este un microscop în care lumina trece printr-un polarizator, trece printr-o substanță și apoi printr-un analizor - printr-un strat subțire de substanță. Când este plasat între un polarizator și un analizor de cristale dintr-o anumită substanță, se pot vedea texturi - imagini caracteristice pentru diferite substanțe cristaline - și astfel se pot studia proprietățile optice ale cristalelor. S-a întâmplat ca Otto von Lehmann să fie ajutat să înțeleagă care este cauza stării intermediare, amăgirea. Otto von Lehmann era serios convins că toate proprietățile substanțelor cristaline, cristalele depind numai de forma moleculelor, adică nu contează modul în care sunt situate în acest cristal, forma moleculelor este importantă. Și în cazul cristalelor lichide, s-a dovedit a avea dreptate - forma moleculelor determină capacitatea de a forma o fază de cristal lichid (în principal forma moleculelor). În 1888, Reinitzer a scris că există cristale a căror moliciune este de așa natură încât pot fi numite lichide, apoi Lehman a scris un articol despre cristalele fluide, de fapt el a inventat termenul cristale lichide. S-a constatat că cristalele lichide sunt foarte numeroase și joacă un rol important în procesele biologice. Ele sunt, de exemplu, parte a creierului, a țesutului muscular, a nervilor, a membranelor. Termenul de „cristale lichide”, bazat pe folosirea în comun a două, într-un anumit sens, cuvinte opuse – „lichid” și „cristalin”, a prins bine rădăcini, deși termenul de „mezofază” introdus de fizicianul francez J. Friedel. la treizeci de ani de la descoperirea lui F. Reinitzer, derivat din cuvântul grecesc „mesos” (intermediar), este, aparent, mai corect. Aceste substanțe sunt o fază intermediară între cristalin și lichid, apar în timpul topirii fazei solide și există într-un anumit interval de temperatură până când, la încălzirea ulterioară, se transformă într-un lichid obișnuit. Un episod istoric important: în anii 20-30, fizicianul sovietic Frederiks a studiat influența diferitelor câmpuri magnetice și electrice asupra proprietăților optice ale cristalelor lichide și a descoperit un lucru important că orientarea moleculelor din cristalele lichide se schimbă foarte ușor sub acțiunea câmpurilor externe, iar aceste câmpuri foarte slabe și schimbările sunt foarte rapide. De la sfârșitul anilor 60, a început un boom în studiul sistemelor de cristale lichide, fazele de cristale lichide și este asociat cu faptul că au învățat cum să le folosească. Inițial, pentru sistemele de afișare a informațiilor din ceasurile electronice digitale convenționale, apoi în calculatoare și odată cu apariția tehnologiei informatice, a devenit clar că cristalele lichide pot fi utilizate în mod activ pentru a face afișaje. Desigur, un astfel de salt tehnologic a stimulat studiul cristalelor lichide din punct de vedere al științei fundamentale, dar trebuie remarcat ce mare decalaj de timp există între descoperirile științifice legate de cristalele lichide. De fapt, oamenii erau interesați de ele din curiozitate, nu exista niciun interes utilitarist, nimeni nu știa să le folosească și, mai mult, în acei ani (20-30) teoria relativității era mult mai interesantă. Apropo, Fredericks este un popularizator al teoriei relativității în Uniunea Sovietică, apoi a fost reprimat și a murit în lagăre. De fapt, au trecut 80 de ani de la descoperirea cristalelor lichide, până când au învățat să le folosească.
1.2. În procesul de studiere a cristalelor lichide, cauzele fizice ale celei de-a patra starea de agregare substante. Principala este forma nesferică a moleculelor. Moleculele din aceste substanțe sunt alungite într-o singură direcție sau sub formă de disc. Astfel de molecule sunt situate fie de-a lungul unei anumite linii, fie într-un plan selectat. Există trei tipuri principale de fază cristalină: nematic(din cuvântul grecesc „nema” - fir), smectic(din cuvântul grecesc „smegma” - săpun), colesteric.
În cristalele lichide nematice, centrele de masă ale moleculelor sunt localizate și se mișcă aleatoriu, ca într-un lichid, iar axele moleculelor sunt paralele. Astfel, ordinea pe distanță lungă există doar în ceea ce privește orientarea moleculelor. De fapt, moleculele nematice funcționează nu numai mișcări de translație, dar și fluctuații de orientare. Prin urmare, nu există un paralelism strict al moleculei, ci predomină o orientare medie (Fig. 7.19).Amplitudinea vibrațiilor de orientare depinde de temperatură. Pe măsură ce temperatura crește, apar din ce în ce mai multe abateri de la paralelism în orientare, iar în punctul de tranziție de fază, orientarea moleculelor devine haotică. În acest caz, cristalul lichid se transformă într-un lichid obișnuit.
Cel mai mare interes pentru aplicații practice reprezintă substanţe care există în mezofaza nematică la temperatura camerei. În prezent, se pregătesc amestecuri diverse substante, nematicile se obțin în regiunea de la -20 la +80 de grade și chiar într-un interval mai larg de temperatură.
Pentru a caracteriza ordinea de orientare în cristale lichide, se introduc de obicei doi parametri: director și gradul de ordin de orientare, numit și parametrul de comandă. Directorul este un vector unitar I, a cărui direcție coincide cu direcția orientării medii a axelor lungi ale moleculelor. În cristalele lichide nematice, directorul coincide cu direcția axei optice. Vectorul I caracterizează fenomenologic ordinea cu rază lungă în aranjarea moleculelor. Determină doar direcția de orientare a moleculelor, dar nu oferă nicio informație despre cât de perfectă este ordonarea mezofazelor. Măsura ordinii de orientare pe rază lungă este parametrul de comandă S, definit după cum urmează: S=1/2(3 ² θ -1) (*), unde θ este unghiul dintre axa unei molecule individuale și directorul de cristale lichide. Media în (*) se efectuează pe întregul ansamblu de molecule. Valoarea S=1 corespunde ordinii de orientare completă, adică un cristal lichid ideal, în timp ce S=0 înseamnă tulburare de orientare completă și corespunde unei nematice care a trecut într-un lichid izotrop.
Cristale lichide colestericeÎși iau numele de la colesterol, deoarece în majoritatea cazurilor sunt esteri ai colesterolului. În același timp, pe lângă esterii de colesterol, o serie de alte substanțe formează mezofaza colesterică. Moleculele tuturor compușilor care formează un colesteric conțin un atom de carbon asimetric legat prin patru legaturi covalente cu diferiți atomi sau grupuri de atomi. Astfel de molecule nu pot fi combinate cu ele însele prin suprapunere simplă, la fel ca mâinile stângi și drepte. Sunt chemați chiral molecule (din greaca veche „mostenitor” - mana).
Cristalele lichide colesterice constând din molecule chirale sunt similare ca structură cu nematicii, dar au o diferență fundamentală. Constă în faptul că, spre deosebire de o nematică, orientarea uniformă a moleculelor într-un colesteric este energetic nefavorabilă. Moleculele colesterice chirale pot fi aranjate paralel între ele într-un monostrat subțire, dar în stratul adiacent moleculele trebuie rotite printr-un anumit unghi. Energia unei astfel de stări va fi mai mică decât cu o orientare uniformă. În fiecare strat următor, directorul I, care se află în planul stratului, se rotește din nou printr-un unghi mic. Astfel, se creează o ordine spirală a moleculelor într-un cristal lichid colesteric (Fig. 7.20). Aceste spirale pot fi fie la stânga, fie la dreapta. Unghiul α dintre vectorii I ai straturilor învecinate este de obicei sutimi de rotație completă, adică. α≈1®. În acest caz, pasul helixului colesteric R este de câteva mii de angstromi și este comparabilă cu lungimea de undă a luminii din partea vizibilă a spectrului. Cristalele lichide nematice pot fi considerate ca un caz special de cristale lichide colesterice cu un pas de helix infinit (Р→∞). Ordinea spirală a moleculelor poate fi distrusă de un câmp electric sau magnetic aplicat perpendicular pe axa helixului.
Cristalele lichide smectice sunt mai ordonate decât cele nematice și colesterice. Sunt ca niște cristale bidimensionale. Pe lângă ordonarea orientativă a moleculelor, care este similară cu ordonarea în nematică, există o ordonare parțială a centrelor de masă ale moleculelor. În acest caz, directorul fiecărui strat nu se mai află în planul stratului, ca în cazul colestericilor, ci formează un unghi cu acesta.
În funcție de natura ordonării moleculelor în straturi, cristalele lichide smectice sunt împărțite în două grupe: smectici cu nestructuraleși smectice cu straturi structurale.
LA cristale lichide smectice cu straturi nestructurale centrele de masă ale moleculelor din straturi sunt localizate aleatoriu, ca într-un lichid. Moleculele se pot mișca destul de liber de-a lungul stratului, dar centrele lor de masă sunt pe același plan. Aceste planuri, numite smectice, sunt situate la aceeași distanță unul de celălalt, aproximativ egală cu lungimea moleculei. Pe fig. 7.21 a arată dispunerea moleculelor într-un astfel de smectic. Pentru cristalul lichid smectic prezentat în figură, directorul I și normala n la plan coincid în direcție. Cu alte cuvinte, axele lungi ale moleculelor sunt perpendiculare pe straturile smectice. Astfel de cristale lichide se numesc smectici A. În fig. 7.21b prezintă un smectic cu straturi nestructurale, în care directorul nu este îndreptat de-a lungul normalei către strat, ci formează un anumit unghi cu acesta.Cristale lichide cu o astfel de aranjare de molecule se numesc smectici C. Într-un număr de Cristale lichide smectice, există o ordonare mai complexă decât la smecticii A și C. Un exemplu este smecticul F, detaliile ordonării în care nu sunt încă pe deplin înțelese.
LA smectice cu straturi structurale avem deja de-a face cu ordonarea statistică tridimensională. Aici, centrele de masă ale moleculelor se află, de asemenea, în straturi smectice, dar formează o rețea bidimensională. Cu toate acestea, spre deosebire de substanțele cristaline, straturile pot aluneca liber unul față de celălalt (ca și în cazul altor smectici!). Datorită acestei alunecări libere a straturilor, toți smecticii se simt săpunoase la atingere. De aici și numele lor (cuvântul grecesc „smegma” este săpun). Într-un număr de smectici, există o ordonare a centrelor de masă ale moleculelor care este aceeași ca la smecticii B, dar unghiul dintre directorul I și normalul. n la straturi este diferit de zero. În acest caz, se formează o ordonare monoclinică pseudohexagonală. Astfel de smectici se numesc smectici H. Există și smectici D care sunt aproape de o structură cubică cu o rețea centrată pe corp. Printre cristalele lichide nou sintetizate, se numără cele care nu pot fi atribuite nematicilor, colestericilor și smecticilor. Ele sunt denumite în mod obișnuit mezofaze exotice. Acestea includ, de exemplu, așa-numitele cristale lichide în formă de disc, sau discotice, care sunt studiate intens.
1.3. Microscopia polarizante este prima metodă de studiere a cristalelor lichide, adică deja din imaginea pe care un cercetător o observă într-un microscop polarizant de polarizatoare încrucișate, se poate judeca ce fel de mezofază, ce tip de fază de cristal lichid se formează. Aceasta este imaginea tipică pentru o fază nematică ale cărei molecule formează doar o ordine orientativă. Așa arată faza smectică. Astfel încât să vă imaginați scara tuturor acestor lucruri, adică este mult mai mare decât scara moleculară: lățimea imaginii este de sute de microni, adică aceasta este o imagine macroscopică, mult mai mare decât lungimea de undă a luminii vizibile. Și analizând astfel de imagini, se poate judeca ce fel de structură există. Desigur, există metode mai precise pentru determinarea structurii și a unor caracteristici structurale ale acestor mezofaze - cum ar fi analiza de difracție cu raze X, diferite tipuri de spectroscopie - acest lucru ne permite să înțelegem cum și de ce moleculele sunt împachetate într-un fel sau altul.
Mezofaza colesterică arată așa - una dintre imaginile tipice.
Când temperatura se schimbă, se observă o modificare a refracției, deci culorile se schimbă, ne apropiem de tranziție - și se observă o tranziție la o topire izotropă, adică totul se întunecă, o imagine întunecată este vizibilă în polarizatoarele încrucișate.
polimeri cu cristale lichide.
Polimerii cu cristale lichide (LC) sunt compuși cu molecul mare capabili să se transforme în starea LC în anumite condiții (temperatură, presiune, concentrație în soluție). Starea LC a polimerilor este o stare de fază de echilibru, care ocupă o poziție intermediară între starea amorfă și cea cristalină, de aceea este adesea numită și mezomorfă sau mezofază (din grecescul mezo - intermediar). Trăsăturile caracteristice ale mezofazei sunt prezența ordinii de orientare în aranjarea macromoleculelor (sau fragmentele acestora) și anizotropia. proprietăți fiziceîn absenţa influenţelor externe. Este foarte important de subliniat faptul că faza LC se formează spontan, în timp ce ordinea de orientare în polimer poate fi introdusă cu ușurință prin simpla întindere a probei datorită anizodimetriei (asimetriei) ridicate a macromoleculelor.
Dacă polimerii trec în starea LC sau mezofază ca urmare a acțiunii termice (încălzire sau răcire), se numesc polimeri LC termotropi, dacă faza LC se formează prin dizolvarea polimerilor în anumiți solvenți, se numesc polimeri LC liotropi.
Primii oameni de știință care au prezis posibilitatea formării mezofazei de către polimeri au fost V.A. Kargin și P.Flory.
MOSCOVA, 21 august - RIA Novosti. Angajații Facultății de Chimie și ai Facultății de Inginerie fizică și chimică fundamentală a Universității de Stat din Moscova, denumite după M.V. Lomonosov, în colaborare cu colegii străini, a sintetizat și investigat noi polimeri cu cristale lichide sensibile la lumină. Lucrarea a fost realizată ca parte a unui proiect susținut de un grant de la Fundația Rusă pentru Știință, iar rezultatele sale au fost publicate în revista Macromolecular Chemistry and Physics.
Oamenii de știință de la Universitatea de Stat din Moscova, în colaborare cu colegii cehi de la Institutul de Fizică (Praga), au sintetizat și studiat noi polimeri LC care combină proprietățile optice ale cristalelor lichide și proprietățile mecanice ale polimerilor. Astfel de polimeri pot schimba rapid orientarea moleculelor sub acțiunea câmpurilor externe și, în același timp, sunt capabili să formeze acoperiri, filme și părți de forme complexe. Un avantaj important al unor astfel de sisteme față de cristalele lichide cu greutate moleculară mică este că polimerii LC la temperatura camerei există într-o stare sticloasă care fixează orientarea moleculelor.
© Alexey Boblrovsky, Universitatea de Stat din Moscova
© Alexey Boblrovsky, Universitatea de Stat din Moscova
Polimerii LC sunt compuși din molecule cu un înalt greutate moleculară care se numesc macromolecule. Au o structură asemănătoare unui pieptene: fragmentele de azobenzen „dure” sensibile la lumină (C₆H₅N=NC₆H₅) sunt atașate de lanțul polimeric flexibil principal prin intermediul unei „decuplări” a moleculelor CH2 conectate secvenţial. Aceste fragmente tind să fie ordonate și pot forma cel mai mult tipuri diferite„pachete” - faze cu cristale lichide. Când astfel de polimeri sunt expuși la lumină, grupările de azobenzen se rearanjează, determinând modificarea proprietăților optice ale polimerilor. Astfel de polimeri sunt numiți fotocromici.
Oamenii de știință au acordat o atenție deosebită proceselor de fotoizomerizare și fotoorientare. Fotoizomerizarea este rearanjarea legăturilor într-o moleculă de polimer sub acțiunea luminii. Fotoorientarea este o schimbare a orientării fragmentelor rigide de azobenzen (în acest caz) sub acțiunea luminii polarizate liniar, în fasciculul căruia direcția de oscilație câmp electric strict definite. În timpul ciclurilor de fotoizomerizare sub acțiunea luminii polarizate, fragmentele de azobenzen își schimbă unghiul. Aceasta are loc până în momentul în care orientarea lor devine perpendiculară pe planul de polarizare al luminii incidente, iar fragmentele nu mai sunt capabile să absoarbă lumina.
În primul rând, oamenii de știință de la Universitatea de Stat din Moscova, în colaborare cu colegii de la Institutul de Fizică al Academiei de Științe a Republicii Cehe, au sintetizat monomeri, din care s-au obținut polimeri LC la Universitatea de Stat din Moscova. Comportamentul de fază și temperaturi tranziții de fază Polimerii au fost studiați de autori folosind microscopie optică de polarizare și calorimetrie cu scanare diferențială. Structura detaliată a fazelor a fost studiată prin analiza de difracție cu raze X la Facultatea de Inginerie Fizică și Chimică Fundamentală a Universității de Stat din Moscova.
© Academia Rusă de Științe
© Academia Rusă de Științe
Explică unul dintre autorii articolului, profesor al Academiei Ruse de Științe, doctor în științe chimice, șef Cercetător Departamentul de Compuși Macromoleculari, Facultatea de Chimie, Universitatea de Stat din Moscova numită după M.V. Lomonosov Alexey Bobrovsky: „Foizomerizarea și orientarea foto deschid perspective mari pentru crearea așa-numitelor materiale inteligente. Ele răspund la diverse influențe externe și pot fi folosite pentru a stoca, înregistra și transmite informații în dispozitive optice de complexitate diferită. Este puțin probabil ca acești polimeri specifici să fie să fie folosite în practică "pentru că sunt prea scumpe și sinteza lor nu este ușoară. Pe de altă parte, este departe de a fi întotdeauna posibil să se prezică ce sisteme, când și cum își vor găsi aplicație", a concluzionat omul de știință.
Polimerii cu cristale lichide (LCP) sunt o clasă de termoplastice unice care conțin în principal inele de benzen în lanțuri polimerice, care sunt structuri asemănătoare tijelor organizate în matrici paralele mari. Sunt materiale termoplastice foarte cristaline, ignifuge în mod natural, termotrope (orientate la topire). Deși similar cu polimerii semi-cristalini, LCP-urile au propriile lor caracteristici distincte.
Orez. 1. Structura tipicăpolimer cu cristale lichide - Ticona.Polimerii semicristalini tradiționali, atunci când se topesc, au o structură haotică (dezordonată), care, pe măsură ce se răcește, formează regiuni cristaline foarte ordonate, înconjurate de o matrice amorfă. Moleculele LCP rămân bine ordonate chiar și în topitură și alunecă cu ușurință unele pe lângă altele atunci când sunt forfecate. Drept urmare, au o vâscozitate de topire foarte scăzută, ceea ce face ușoară umplerea pereților foarte subțiri și reproducerea celor mai complicate forme. Ele prezintă o contracție foarte mică (sau deloc) în direcția curgerii și durează foarte puțin timp pentru a se întări sau întări. Pentru a menține procesul precis, mulți producători și designeri folosesc polimeri cu cristale lichide pentru a realiza piese cu pereți subțiri care ar putea trebui să reziste la temperaturi ridicate.
Vectra E130: mărci electrice LCP
Polimerii cristalini lichidi Vectra (LCP), fabricați de Ticona (divizia de polimeri de inginerie a Celanese/Hoechst AG), sunt termoplastice foarte cristaline, termotrope (orientate la topire), care pot produce dimensiuni excepțional de precise și stabile, performanțe excelente la temperaturi ridicate, rigiditate ridicată și rezistența la impact substanțe chimice când este folosit pentru a produce pereți foarte subțiri. Polimerul are, de asemenea, un coeficient scăzut de dilatare termică, același în toate cele trei dimensiuni axiale (x,y,z). Rezistă la temperaturile de lipire montate pe suprafață, inclusiv la temperaturile necesare pentru lipirea fără plumb. Astfel de proprietăți au condus la utilizarea Vectra LCP pentru multe aplicații electronice precum: prize, bobine, întrerupătoare, conectori și senzori. Multe clase au depășit ceramica, termorezistența și alte materiale plastice la temperaturi înalte, fără a produce reziduuri de carbon (sau o cantitate neglijabilă).
Când Vaupell Industrial Plastics a trebuit să creeze un capac interior al carcasei bateriei pentru un dispozitiv militar de precizie de vedere pe timp de noapte, au folosit Vectra E130i LCP pentru a ușura dezvoltarea produsului, eliminând practic contracția mucegaiului. De asemenea, produsul a oferit o durabilitate excelentă pe o gamă largă de temperaturi.
Garnitura interioară a carcasei bateriei este introdusă în carcasa exterioară de aluminiu, distanța dintre ele nu este mai mare de 0,05 mm. Piesa, realizată sub formă de frunză de trifoi, are dimensiunea maximă a secțiunii transversale de 5,08 cm.Lungimea este tot de 5,08 cm, pereții, deschiși în jos și în sus, au o grosime de 0,56 mm. O flanșă rotunjită în jurul marginii superioare îl menține în poziție în interiorul carcasei exterioare.
LCP-uri de înaltă generație de înaltă generație
Gradele de performanță de rășină polimerică cu cristale lichide de ultimă generație de la DuPont, Zenite LCP, oferă mari speranțe pentru rezistență, rigiditate și precizie în conectorii dispozitivelor electronice și alte componente turnate. Testele au arătat că conectorii turnați din Zenite 6130LX oferă o rezistență excelentă la deteriorare în timpul introducerii automate a pinii și a asamblarii plăcii. Noua rășină poate fi folosită și pentru a produce piese cu mai puțină deformare, ceea ce îmbunătățește potrivirea pieselor și crește temperatura de tranziție a randamentului lipirii. La testarea distructivă a capului panoului de fundal, noua rășină oferă o creștere cu 21% a rezistenței la rupere, o creștere cu 32% a deformarii înainte de eșuare și un model de fractură mai elastic/mai puțin fragil. Testul folosește o presă echipată cu un instrument cu un capăt conic pentru a împinge pereții conectorilor. Au fost măsurate forța de rupere și deformarea pereților. Îmbunătățirea rezistenței și rigidității este, de asemenea, evidentă în comparație cu datele standard pentru rezistența la tracțiune, rezistența la tracțiune, modulul de încovoiere și rezistența la încovoiere.
Probele de conector turnate realizate din Zenite 6130LX au arătat, de asemenea, o îmbunătățire semnificativă a rezistenței liniei. Când contactele au fost plasate în eșantioane de testare realizate din LCP-uri de generație timpurie, au apărut mici fisuri pe liniile de lipit. Nu s-au găsit fisuri pe piesele turnate din noile rășini. Alte teste au arătat că piesele realizate din noua rășină sunt mai puțin deformate. Convergența pereților laterali ai conectorului testat a fost cu 23% mai mică decât convergența piesei turnate din prima generație LCP. Zenite 6130LX este, de asemenea, mai rezistent la diferite condiții de lipire. Rezistența la căldură la încovoiere este de 280 °C, care este cu 15 °C mai mare decât alte LCP. Cele mai tipice aplicații includ o gamă largă de componente pentru: industria electrică/electronică, iluminat, telecomunicații, sisteme de aprindere și încărcare a combustibilului auto, industria aerospațială, fibre optice, fabricarea motoarelor, dispozitive de imagistică, senzori, echipamente pentru cuptoare, structuri de combustibil și bariere de gaz , etc.
Grade medicale Vectra MT LCP
Polimerul cu cristale lichide Vectra a înlocuit oțelul inoxidabil într-o gamă largă de aplicații medicale. Unele clase de Vectra LCP respectă reglementările USP Clasa VI și sunt rezistente la radiații gama, autoclave cu abur și majoritatea metodelor de sterilizare chimică.
Ticona are opt grade de Vectra LCP MT pentru utilizare în aplicații de tehnologie medicală (MT), cum ar fi dispozitive medicale, sisteme de ambalare și livrare medicamente, și alte aplicații în sistemul de sănătate. Gradele MT de la Ticona îndeplinesc cerințele USP 23 Clasa VI pentru biocompatibilitatea pielii, sângelui și țesuturilor. Calitățile Ticona pentru aplicații medicale respectă și Directiva Comunității Europene 2002/72/EC pentru aplicații în contact cu alimentele și, respectiv, standardele BfR. BfR înseamnă Institutul Federal German pentru Evaluarea Riscurilor (fostul BgVV, Institutul Federal German pentru Sănătatea Consumatorului și Medicină Veterinară). Rășinile Ticona Vectra LCP pentru tehnologia medicală oferă producătorilor de medicamente și echipamente o gamă largă de opțiuni de proiectare și procesare. Aceasta include grade umplute și neumplute pentru turnare prin injecție și extrudare, precum și grade cu proprietăți diferite de curgere și aditivi care produc piese cu frecare scăzută și rezistență ridicată la uzură, îmbunătățite. aspect, rigiditate mai mare și alte proprietăți. Calitățile Vectra LCP MT oferă o rezistență excelentă, rigiditate, rezistență la fluaj, stabilitate dimensională și debit mare pentru secțiunile lungi și subțiri. Au o rezistență excelentă la căldură și chimică și sunt capabile să reziste la cicluri repetate de sterilizare. Ele pot înlocui metalul în echipamentele medicale și dentare, pot fi utilizate în componentele foarte structurate ale sistemelor de administrare a medicamentelor și pot satisface nevoile dispozitivelor pentru chirurgia minim invazivă și alte domenii.
Sfârșitul mesei. 2
Pentru polimerii liniari, temperatura de tranziție sticloasă depinde de greutatea moleculară, crescând odată cu creșterea acesteia. În polimerii de rețea, formarea unei structuri reticulate duce la o creștere T s, cu cât este mai mare, cu atât grila spațială este mai densă.
Procesul de tranziție sticloasă este însoțit de o modificare a multor proprietăți ale polimerului: conductivitate termică, conductivitate electrică, indice de refracție, iar aceste proprietăți se modifică brusc la T Cu.
Când temperatura scade sub T c în polimer, mișcarea termică a fragmentelor cinetice de macromolecule scade. Pentru a provoca chiar și o mică deformare a polimerului vitrificat, trebuie să i se aplice o sarcină mecanică mare. În acest caz, polimerul se comportă ca un corp elastic sau elastic-vâscos. Odată cu o scădere suplimentară a temperaturii, polimerul este distrus, ca un corp casant, cu o deformare aproape de dispariție. Temperatura la care are loc ruptura fragilă a unui polimer se numește temperatura de fragilitate. T creastă Polimerii, de regulă, sunt operați într-o stare sticloasă, care corespunde zonei eu pe curba termomecanica (vezi Fig. 8).
Stare foarte elastică(HES) polimerului se caracterizează printr-o mobilitate relativ mare a segmentelor de macromolecule. Se manifestă numai atunci când macromoleculele sunt de lungime considerabilă (masă mare) și este caracteristică în special polimerilor cu lanț flexibil cu forțe mici de interacțiune intermoleculară.
Cu o interacțiune intermoleculară semnificativă (dipoli, legătură de hidrogen), HEA se observă la temperaturi ridicate, adică. când forțele interacțiunii intermoleculare sunt slăbite. Ușurința relativă a macromoleculei de a adopta cele mai diverse conformații sub influența stresului mecanic extern explică deformațiile mari de mai sus. T s (sute de procente). După îndepărtarea încărcăturii, datorită deplasării termice a segmentelor, macromoleculele revin la conformațiile inițiale și dispare deformația elastică înaltă realizată, adică. este reversibil. Dacă procesul de deformare a unui polimer liniar se desfășoară lent, astfel încât macromoleculele să aibă timp să se transfere de la o conformație de echilibru la alta, în locul HEA, polimerul va ajunge în stare vâscoasă(VTS). Pentru materialele termoplastice, HEA este observată în intervalul de temperatură T Cu - T spre ce
T k - temperatura de fluiditate (topire) a polimerului din zonă II
(vezi fig. 8).
În HTS, un polimer termoplastic este un lichid și este capabil să curgă ireversibil sub influența unor forțe externe relativ mici, de exemplu. prezintă deformare plastică. În timpul curgerii, are loc mișcarea macromoleculelor individuale una față de alta. Deformarea în VTS se poate dezvolta la infinit și este ireversibilă. Starea vâscos-fluid corespunde zonei IIIîn fig. opt.
Unii polimeri de rețea sunt, de asemenea, capabili să se transfere în HEA. Cu toate acestea, pe măsură ce temperatura crește deasupra T cu acestea se înmoaie ușor și apoi sunt distruse ireversibil.
Stare de cristal polimeri. Mulți polimeri termoplastici pot exista în stare cristalină. Deci, polietilena, polipropilena, poliamidele pot forma cristale microscopice.
Polimerii cristalini, cu cristale lichide și amorfi orientați, precum monocristalele, prezintă proprietăți de anizotropie(Fig. 9).
Polimerii trec în stare cristalină din lichid (topitură, soluție) cu scăderea temperaturii. Cristalizarea are loc ca urmare a fixării poziției segmentelor individuale și a apariției elementelor de ordine tridimensională de lungă durată în aranjarea lor.
Pentru implementarea procesului de cristalizare în polimeri, este necesar să se respecte unele condiții necesare, dar nu întotdeauna suficiente.
Orez. 9. Anizotropia macromoleculelor ordonate. Indicatorii determinați de detector vor diferi semnificativ de direcția testului.
În primul rând, pentru a construi o structură de cristal, este necesar ca moleculele de polimer să fie regulat, adică poseda o structură liniară a lanțului cu o anumită alternanță de verigi și același tip de aranjare a acestora în spațiu față de lanțul principal.
În al doilea rând, în timpul unei transformări de fază, stivuirea lanțurilor sau a segmentelor trebuie să aibă loc conform principiului de împachetare apropiată. Factorii de împachetare (raportul dintre volumul intrinsec al macromoleculelor și volumul real al corpului) pentru majoritatea polimerilor cristalizați sunt în intervalul 0,62...0,67 și sunt aproape de factorii de împachetare ai solidelor obișnuite. Evident, împachetarea strânsă este dificilă pentru macromoleculele care conțin ramuri și substituenți laterali voluminosi, care creează obstacole sterice.
În al treilea rând, pentru implementarea cristalizării, moleculele de polimer trebuie să aibă o anumită mobilitate, astfel încât lanțurile să se poată deplasa și să se potrivească în structura cristalină. În practică, cristalizarea poate avea loc aproape și sub punctul de topire T mp Polimerii cu cristale lichide își păstrează organizarea cristalină chiar și la temperaturi mai mari T mp
Dar chiar și atunci când toate aceste condiții sunt îndeplinite, polimerii nu sunt complet cristalini.
Alături de cristalin, polimerii conțin întotdeauna regiuni amorfe, motiv pentru care sunt denumite și cristalizante. Astfel, conținutul fazei cristaline în polietilena de înaltă densitate ajunge la 75...90%, în timp ce în polietilena de joasă densitate nu depășește 60%. Structurile cristaline, la rândul lor, sunt întotdeauna defecte morfologic (ca formă și organizare spațială).
Spre deosebire de compușii cu greutate moleculară mică, topirea polimerilor nu are loc la o anumită temperatură, ci într-un interval de temperatură determinat de structura lor chimică, greutatea moleculară și caracteristicile cinetice. O anumită temperatură medie a acestui interval este luată ca punct de topire.
Gradul de cristalinitate, morfologia structurilor cristaline și intervalul de temperatură de topire a polimerului sunt asociate cu natura temporală, precum și cu natura de relaxare a procesului de cristalizare. Dacă temperatura scade încet, se formează structuri cristaline mai diverse.
În tabel. 3 prezintă punctele medii de topire ale unor polimeri.
Tabelul 3
Temperaturi medii de topire
unii polimeri
Din aceste date reiese clar că T mp crește odată cu creșterea polarității unităților elementare ale polimerilor, cu regularitatea structurii lor și cu o scădere a flexibilității macromoleculelor.
Structura supramoleculară a polimerilor(NMS) reflectă organizarea fizică a macrolanțurilor și este caracteristic tuturor polimerilor, indiferent de starea lor fizică și de fază. Motivul apariției NMS constă în interacțiunea intermoleculară a macrolanțurilor. Din punct de vedere morfologic, NMS de polimeri sunt agregate complexe, distinse spațial, de diferite dimensiuni și forme, create prin stivuirea macromoleculelor într-un anumit mod. În crearea structurilor supramoleculare, se manifestă o proprietate fundamentală a unui lanț flexibil - capacitatea de a se plia în pliuri (pachete) sau de a se plia în bile „pe ei înșiși”.
Macromoleculele flexibile pot lua forma unor bobine. Stabilitatea acestei forme este determinată cele mai mici valori energie de suprafață și de suprafață. Bobina este formată din una sau mai multe macromolecule, în timp ce părțile individuale ale lanțului din interiorul acesteia sunt aranjate aleatoriu. Un astfel de NMS este tipic pentru majoritatea polimerilor amorfi și se formează în timpul preparării lor.
În polimeri cu M> 10 4 structuri sunt larg răspândite, apar de obicei în stadiul unei topituri sau soluții ca urmare a acțiunii forțelor intermoleculare, fie atunci când o macromoleculă sau segmentele sale sunt pliate, fie când fragmente liniare ale macromoleculelor învecinate se apropie unele de altele. formațiuni pliate ( pachete) pot forma agregate structurale mai mari și complicate din punct de vedere morfologic - fibrile(Fig. 10,
A, b). În polimeri sintetizați fascicul-fibrilar structura (Fig. 10, în) precede formarea unor structuri supramoleculare mai dezvoltate - lamele(Fig. 10, G).
Orez. zece. A– schema formării unui pachet și a unei fibrile în polimeri; b– stivuirea macromoleculelor într-un polimer cristalin orientat; în este o diagramă a structurii unei fibrile cristaline cu așezarea ulterioară în lamele ( G)
În funcție de condițiile de cristalizare, NMS poate rămâne fibrilar sau se poate transforma în lamelar (lamelar) sau sferulită(Fig. 11, în, G).
| A) |
| G) |
| în) |
| b) |
Orez. 11. Tipuri de formațiuni cristaline în polimeri: A– cristalit;
b– fibrilă; în– sferulite radiale; G– sferulite inelare
Acestea din urmă provin din fibrile care se dezvoltă dintr-un centru sub forma unei sfere și sunt ținute de așa-numitele prin lanțuri, adică zone de macromolecule care fac parte din sferulitele vecine. Lanțurile prin intermediul formează regiuni amorfe în polimerul cristalin. Sferulitele pot fi create nu numai prin stivuirea fibrilelor, ci și prin lamele.
Densitatea polimerului în cristale, datorită împachetării mai dense a macromoleculelor, se dovedește a fi mai mare decât în zonele interstructurale pline cu macrolanțuri dezordonate și mai mare decât în regiunile amorfe. Valorile densității medii a unor polimeri (ρ), densitatea componentelor cristaline (ρ cr) și amorfe (ρ am) sunt date în tabel. patru.
Tabelul 4
Valori densității polimerului, kg/m 3
Compania OLENTA comercializează o gamă largă de materiale polimerice. Avem întotdeauna la dispoziție materiale termoplastice de înaltă calitate, inclusiv polimeri cu cristale lichide. Angajații care lucrează la OLENTA au o studii superioare de specialitate și sunt bine familiarizați cu particularitățile producției de polimeri. La noi puteti obtine oricand sfaturi si orice asistenta in ceea ce priveste alegerea materialului si organizarea procesului tehnologic.
Polimerii cu cristale lichide au rigiditate și rezistență foarte ridicate. Nu dați bliț când aruncați. Recomandat pentru turnare de precizie. Au stabilitate dimensională excelentă. Caracterizat printr-un timp de răcire foarte scurt. Diferă prin durabilitatea extrem de scăzută a joncțiunilor. Aici veți găsi compania de polimeri cu cristale lichide Toray. Materialul este produs într-o fabrică din Japonia.
Polimer cu cristale lichide Toray
| Umplere | marca | Descriere | Aplicație |
| Umplutura din sticla | Polimer de înaltă rezistență, 35% umplut cu sticlă | Microelectronica |
|
| pahar scurt | Polimer cu flux mare, 35% umplut cu sticla | Microelectronica |
|
| Sticlă scurtă și minerale | Polimer cu flux foarte mare, 30% umplut cu sticlă | Microelectronica |
|
| Polimer antistatic, umplutură 50%. | Microelectronica |
||
| Sticla si minerale | Deformare scăzută, plin 50%. | Microelectronica |
|
| Minerale | Deformare scăzută, plin 30%. | Microelectronica |
Caracteristicile polimerilor cu cristale lichide
Spre deosebire de compușii polimerici tradiționali, aceste materiale au o serie de proprietăți distinctive. Polimerii cu cristale lichide sunt compuși cu molecul mare care își pot schimba starea sub influența condițiilor externe. Datorită legăturii moleculare flexibile, lanțul de macromolecule este capabil să-și schimbe forma într-o gamă largă și să formeze o structură cristalină stabilă și puternică.
Acești polimeri păstrează proprietăți stabile de rezistență până la temperatura de topire. Au rezistență chimică foarte mare și proprietăți dielectrice.
Polimerii cu cristale lichide sunt utilizați pe scară largă la fabricarea de componente electronice, vase de gătit rezistente la microunde și instrumente medicale.
Despre OLENTA
Compania noastra are o serie de avantaje:
- preturi rezonabile;
- profesioniști cu o vastă experiență;
- respectarea exactă a termenelor și acordurilor;
- o gamă largă de materiale plastice de inginerie;
- cooperarea cu cei mai mari producători de polimeri.
OLENTA furnizează polimeri cu cristale lichide exclusiv de la producători de încredere. Acest lucru nu servește doar ca garanție a calității impecabile, ci și minimizează orice risc asociat cu întreruperile aprovizionării sau îndeplinirea necorespunzătoare a obligațiilor.