溶液法阻燃热致液晶的制备及其应用

论文摘要

热致液晶高分子（TLCP）是一种高性能材料,其应用广泛,近20多年来引起科学界和工业界极大关注。TLCP本身具有良好的力学性能和加工性能,在液晶共聚酯的分子设计上,除了考虑它的液晶性、热性能及力学性能以外,如果再引入具有某些特殊功能的基团,使液晶共聚酯具有特殊的性能,将进一步提高液晶材料的应用价值。本文采用溶液法合成了含磷元素的酚类物质及一系列的液晶共聚酯,从而使液晶共聚酯的主链上含有介晶单元、侧基上含有阻燃元素磷。利用红外光谱方法对合成液晶的结构进行了分析；利用乌氏粘度计对液晶的特性粘度进行了测定。并对液晶进行了热台偏光显微镜、广角X射线衍射（WAXD）、热失重分析（TG）等测试。结果表明：三种液晶具有热致液晶性,其液晶织构为向列型,结晶性较高,结晶结构规整；利用含磷酚类物质DOPO-A合成的液晶共聚酯Y-3,具有很好的热稳定性,其失重5%时的温度达239℃以上,而且热分解残余量可达41.1%。探讨了合成的三种液晶对ABS复合材料性能的影响。结果表明：三种液晶在ABS基体中均能生成微纤结构,形成增强骨架。所以,三种液晶的加入均使复合材料的拉伸强度得到提高,而Y-3对ABS复合材料拉伸强度的提高幅度是最大的。与纯ABS相比,ABS/Y-3复合材料的拉伸强度增加了6.3MPa,而且Y-3对ABS复合材料的冲击强度没有不利的影响。同时,Y-3在提高ABS复合材料力学性能的同时,还赋予了ABS一定的阻燃性,使ABS的氧指数由17.0%提高到了21.2%。当三种液晶和RDP共同作用于ABS复合材料时,复合材料的阻燃性得到了进一步的提高。其中,Y-3对ABS/RDP复合材料影响效果最明显。ABS/Y-3/RDP复合材料的氧指数比纯ABS的氧指数增加了4.98%,而拉伸强度增加了4.83MPa。选用工业级的原料合成了G系（工业级）的热致液晶,与Y系（分析纯级）的热致液晶相比,G系的热致液晶对ABS复合材料和ABS/RDP复合材料的力学性能和阻燃性影响不大,表明阻燃液晶的合成路线是可行的,并具有工业推广价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 液晶高分子
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 液晶高分子的分类
• 1.1.3 液晶高分子的应用领域
• 1.1.4 国内外液晶高分子发展概况
• 1.2 热致液晶高分子
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 热致液晶高分子的性能
• 1.2.3 制备热致液晶高分子的方法
• 1.3 阻燃热致液晶高分子
• 1.3.1 阻燃剂
• 1.3.1.1 概述
• 1.3.1.2 阻燃剂分类
• 1.3.1.3 阻燃机理
• 1.3.1.4 阻燃剂发展趋势
• 1.3.2 阻燃热致液晶高分子
• 1.4 ABS树脂
• 1.4.1 简介
• 1.4.2 ABS树脂燃烧机理
• 1.5 阻燃ABS
• 1.5.1 阻燃剂选择的原则
• 1.5.2 阻燃ABS的研究概况
• 1.5.2.1 使用添加型阻燃剂
• 1.5.2.2 使用阻燃型聚合物
• 1.5.2.3 使用反应型阻燃剂
• 1.6 TP/LCP共混改性
• 1.6.1 原位复合材料
• 1.6.2 原位复合材料的增强机理
• 1.6.3 TP/LCP共混体系的加工流变性
• 1.6.4 TP/LCP共混体系的力学性能
• 1.6.5 TP/LCP共混体系的界面相容性
• 1.7 本论文研究的主要内容和创新之处
• 1.7.1 本论文研究的主要内容
• 1.7.2 本论文的研究特色和创新之处
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验主要设备、仪器
• 2.2 实验主要原料
• 2.3 单体的合成
• 2.3.1 复合二元酰氯的合成
• 2.3.1.1 复合二元酸的制备
• 2.3.1.2 复合二元酰氯的制备
• 2.3.2 阻燃单体的合成
• 2.3.2.1 DOPO-HQ的制备
• 2.3.2.2 DOPO-A的制备
• 2.4 热致液晶的合成
• 2.4.1 热致液晶Y-1的制备
• 2.4.2 含阻燃元素热致液晶的制备
• 2.5 ABS/TLCP复合材料的制备
• 2.5.1 实验流程
• 2.5.2 工艺条件
• 2.5.3 ABS及TLCP的预处理
• 2.5.4 原料的称量
• 2.5.5 原料的混合
• 2.5.6 ABS/TLCP复合材料的制备
• 2.5.7 ABS/TLCP/RDP复合材料的制备
• 2.6 试样规格
• 2.7 分析测试
• 2.7.1 红外光谱测试
• 2.7.2 液晶织构
• 2.7.3 熔点测定
• 2.7.4 特性粘度的测定
• 2.7.5 广角X射线衍射分析（WAXD）
• 2.7.6 热重分析（TG、DTG）
• 2.7.7 扫描电镜测试（SEM）
• 2.7.8 差示扫描量热分析（DSC）
• 2.7.9 阻燃性能测试
• 2.7.9.1 氧指数测试
• 2.7.9.2 垂直燃烧测试
• 2.7.10 力学性能测试
• 2.7.10.1 拉伸性能测试
• 2.7.10.2 冲击性能测试
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 合成单体的表征
• 3.1.1 复合二元酸单体的结构表征
• 3.1.2 复合二元酰氯单体的结构表征
• 3.1.3 DOPO-HQ单体的结构表征
• 3.1.4 DOPO-A单体的结构表征
• 3.2 反应条件对DOPO-A单体的影响
• 3.2.1 溶剂的选择
• 3.2.2 有无氮气保护的影响
• 3.2.3 反应时间的影响
• 3.2.4 反应温度的影响
• 3.3 热致液晶的结构表征与性能测试
• 3.3.1 红外测试结果
• 3.3.1.1 Y-1的结构表征
• 3.3.1.2 Y-2的结构表征
• 3.3.1.3 Y-3的结构表征
• 3.3.2 特性粘度的测试结果
• 3.3.3 液晶织构的测定
• 3.3.4 广角X射线衍射的分析
• 3.3.4.1 Y-1的X射线衍射分析
• 3.3.4.2 Y-2的X射线衍射分析
• 3.3.4.3 Y-3的X射线衍射分析
• 3.3.5 三种液晶的热性能
• 3.3.5.1 熔程的测定
• 3.3.5.2 热失重分析
• 3.3.5.3 差示扫描量热分析（DSC）
• 3.4 不同的反应条件对Y-3的影响
• 3.4.1 有无氮气保护的影响
• 3.4.2 聚合时间的影响
• 3.4.3 加料顺序的影响
• 3.4.4 单体配比的影响
• 3.4.5 反应温度的影响
• 3.5 不同种类的液晶对ABS/TLCP复合材料性能和微观结构的影响
• 3.5.1 不同种类的液晶对ABS/TLCP复合材料力学性能的影响
• 3.5.1.1 不同种类的液晶对ABS/TLCP复合材料拉伸性能的影响
• 3.5.1.2 不同种类的液晶对ABS/TLCP复合材料冲击强度的影响
• 3.5.2 不同种类的液晶对ABS/TLCP复合材料阻燃性能的影响
• 3.5.2.1 不同种类的液晶对ABS/TLCP复合材料氧指数的影响
• 3.5.2.2 不同种类的液晶对ABS/TLCP复合材料垂直燃烧的影响
• 3.5.3 不同种类的液晶对ABS/TLCP复合材料热失重的影响
• 3.5.4 不同种类的液晶对ABS/TLCP复合材料微观结构的影响
• 3.6 不同种类的液晶对ABS/TLCP/RDP复合材料性能和微观结构的影响
• 3.6.1 不同种类的液晶对ABS/TLCP/RDP复合材料力学性能的影响
• 3.6.1.1 不同种类的液晶对ABS/TLCP/RDP复合材料拉伸性能的影响
• 3.6.1.2 不同种类的液晶对ABS/TLCP/RDP复合材料冲击强度的影响
• 3.6.2 不同种类的液晶对ABS/TLCP/RDP复合材料阻燃性能的影响
• 3.6.2.1 不同种类的液晶对ABS/TLCP/RDP复合材料氧指数的影响
• 3.6.2.2 不同种类的液晶对ABS/TLCP/RDP复合材料垂直燃烧的影响
• 3.6.3 不同种类的液晶对ABS/TLCP/RDP复合材料热失重的影响
• 3.6.4 不同种类的液晶对ABS/TLCP/RDP复合材料微观结构的影响
• 3.7 工业级原料合成液晶对复合材料性能的影响
• 3.7.1 G系液晶对复合材料力学性能的影响
• 3.7.1.1 G系液晶对复合材料拉伸性能的影响
• 3.7.1.2 G系液晶对复合材料冲击性能的影响
• 3.7.2 G系液晶对复合材料阻燃性能的影响
• 3.7.2.1 G系液晶对复合材料氧指数的影响
• 3.7.2.2 G系液晶对复合材料垂直燃烧的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢