Новости

Jun 01, 2023

Влияние отжига термотропных жидкокристаллических сополиэфирных волокон на термостойкость

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 13100 (2022) Цитировать эту статью

700 доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Ряд термотропных жидкокристаллических сополиэфиров (Со-ТЛКП) получен полимеризацией в расплаве с использованием мономеров 2,5-диэтокситерефталевой кислоты (ДТА), 2,7-дигидроксинафталина (ДГН) и п-гидроксибензойной кислоты (ГБК), где ГБК содержание варьировалось (0–5 моль). При концентрации 3 моль ГБК Со-ТЛКП образовывали нематические мезофазы, а ниже этой концентрации жидкокристаллическая фаза не появлялась. Образец Co-TLCP с 3 моль ГБК был подвергнут формованию из расплава и термообработке при различных условиях (температуре и времени) для исследования их влияния на термомеханические свойства и степень кристалличности. Цель состояла в том, чтобы определить критические условия термообработки, которые могут максимизировать свойства пряденных волокон Co-TLCP. Микроструктура термообработанного волокна была исследована с помощью сканирующей электронной микроскопии, и оптимальные условия отжига были подтверждены на основе морфологии волокна, которое имело структуру оболочка-сердцевина из-за изменяющихся условий тепла и давления, применяемых во время прядения.

Термотропный жидкокристаллический полимер (ТЛКП) привлекает значительное внимание благодаря его использованию в качестве сверхвысокопрочных волокон. Благодаря своей высокой прочности и эластичности, превосходной термо- и химической стойкости, низкой усадке при формовании и небольшому коэффициенту линейного расширения во время обработки TLCP используются в различных областях, включая производство высокопроизводительных волокон, конструкционных пластиков и полимерных композитов. Кроме того, в настоящее время широко изучается смешивание в расплаве термопластичной смолы общего назначения и TLCP, поскольку оно может улучшить прочность и эластичность полимерных композиционных материалов, а также обеспечить превосходную технологичность и высокие эксплуатационные характеристики1,2.

Полностью ароматический TLCP демонстрирует превосходные механические свойства, термостойкость, стабильность размеров и химическую стойкость. Большинство TLCP состоят из полностью ароматических мономеров с жесткими стержнями в основной цепи3,4,5. Некоторые обычно используемые мономеры включают терефталевую кислоту, гидрохинон, 4,4'-бифенол и п-гидроксибензойную кислоту (HBA), которые придают TLCP хорошие физические и термомеханические свойства. Альтернативно, TLCP, состоящие из мономеров, таких как 6-гидроксинафтойная кислота (HNA), производные нафталиндиола и изомеры нафталиндикарбоновой кислоты, в которых основная структура основной цепи содержит паразамещенную карбоксильную группу или бензольное кольцо, демонстрируют высокую степень взаимодействия. температура около 600 °C6,7,8.

Хотя TLCP типа жесткого стержня демонстрируют превосходные термические и механические свойства, их трудно обрабатывать или они обладают чрезвычайно низкой растворимостью в обычных растворителях из-за своей структуры типа жесткого стержня. Чтобы компенсировать эти недостатки, проводятся исследования различных методов и структур, отличных от линейных ароматических эфиров как мезогенов9,10,11. Одним из таких методов является снижение температуры плавления путем введения гибкой алкильной или алкоксильной структуры в жесткую основную цепь для предотвращения упаковки молекулярных цепей. Хотя увеличенная ширина молекулы и расстояние между молекулярными цепями создают проблему низких изотропных температур, полученную TLCP можно легко переработать в расплаве с использованием подходящего заместителя. Альтернативно, в основную цепь вводится мономер с изогнутой структурой вместо жесткой линейной структуры, чтобы разрушить идеальную прямую стержнеобразную структуру. Этого также можно достичь путем введения асимметричной структуры в основную цепь или использования объемного заместителя в качестве боковой группы. Сообщается, что TLCP можно плавить или лить под давлением при температуре ниже 400 °C, используя мономеры, содержащие гибкие алкильные или алкоксигруппы, объемные заместители, мономеры с асимметричной структурой, а также разветвленные или метазамещенные мономеры, что предполагает улучшенную технологичность3,9,11. Однако эти TLCP часто демонстрируют значительное снижение термомеханических свойств.