液晶-柔性鏈聚合物各向異性界面性質(zhì)及共混物形態(tài)演變與流變行為的研究.pdf

1、聚合物共混物的性能與其加工條件和所形成的形態(tài)有密切關(guān)系。對共混物形態(tài)及其變化的研究和對共混物流變性能的研究，在共混物研究中占有重要的地位。當(dāng)共混物中包含有液晶材料組分時，由于液晶材料的分子各向異性和在外場作用下容易取向，不相容體系表現(xiàn)出在外場作用下與柔性鏈聚合物體系截然不同的性質(zhì)。為了更好地了解加工過程和控制產(chǎn)品的最終性能，必須要深刻理解液晶/聚合物之間的各向異性界面性質(zhì)，以及液晶在聚合物基體中的相形態(tài)演變。由于液晶分子具有與柔性鏈分子

2、不同的結(jié)構(gòu)特征和流場響應(yīng)，液晶特有參數(shù)像指向矢的取向、界面定位能等都會影響到兩組分之間的界面性質(zhì)以及液滴相形態(tài)的演變過程，然而相關(guān)的理論和實驗研究都非常欠缺。對于液晶分散相液滴在流場中的相形態(tài)演變進(jìn)行系統(tǒng)的實驗和理論研究可以填補(bǔ)這一空白，并為更好理解各向異性體系共混物流變行為提供理論基礎(chǔ)，對于各向異性體系共混物材料加工工藝和材料性能的控制具有重要的指導(dǎo)意義。在本文中我們系統(tǒng)研究了液晶/柔性鏈聚合物共混物的各向異性界面性質(zhì)，液晶分散相在柔

3、性鏈聚合物中在流場作用下的相形態(tài)演變，以及液晶/柔性鏈共混物的電流變行為： (1)液晶/柔性鏈體系之間的界面表現(xiàn)出與柔性鏈體系不同的行為，這些都是液晶指向矢取向結(jié)構(gòu)在外場作用下發(fā)生變化引起的。我們采用液滴回縮法和Maffettone-Minale模型測量并計算了液晶和柔性鏈聚合物PDMS之間的表觀界面張力，同時考慮了液滴變形的初始形變度、不同液晶液滴大小和溫度等因素對兩相界面張力的影響。首次通過實驗發(fā)現(xiàn)液晶/聚合物之間的表觀界面

4、張力值表現(xiàn)出對初始形變度的依賴性，這是由于不同的流場強(qiáng)度會引起不同的液滴指向矢取向程度；首次通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，表觀界面張力會出現(xiàn)隨液晶粒徑的增大而增大的趨勢，這與各向同性液滴界面張力一般會隨粒徑增大而減小相反。這是由于液晶界面定位作用對液晶指向矢的影響不同；研究了液晶/柔性鏈聚合物表觀界面張力隨溫度的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)表觀界面張力在液晶的向列相會隨著溫度而上升，這是由液晶液滴界面指向矢取向有序降低引起的。 (2)采用外加直流電場控制

5、液晶液滴指向矢取向，并研究了不同液晶取向結(jié)構(gòu)對各向異性界面性能的影響，首次實驗研究發(fā)現(xiàn)初始取向方向不同的液滴在聚合物基體中的回縮快慢不同，指向矢平行排布的情況下液滴回縮會隨時間減慢，而指向矢垂直排布情況下液滴回縮會隨時間加快；通過液滴回縮法和YB大形變模型計算兩組分之間的表觀界面張力，首次通過實驗發(fā)現(xiàn)不同初始取向方向的液滴對表觀界面張力的影響不同，指向矢平行排布時界面張力會隨時間而減小，指向矢垂直排布時則正好相反。這種差異有力地證明了液

6、晶不同取向結(jié)構(gòu)對各向異性界面性能的影響。 (3)從實驗和模型計算系統(tǒng)研究了兩種小分子液晶在線性二維流場中的液滴變形和回縮過程，研究了液晶分散相形態(tài)演變與各向同性液滴之間的差別，這種差別正反映了液晶各向異性取向結(jié)構(gòu)對液滴分散相形態(tài)和相界面的影響：首次實驗研究了5CB和8CB在不同線性二維流場中的液滴變形過程和回縮過程，用MM模型和YzLC模型進(jìn)行了計算對比，YZLC模型由于考慮了向列相液晶結(jié)構(gòu)以及兩相組分之間的耦合作用等因素，比M

7、M模型得到更好的擬合結(jié)果；在向列相液晶液滴回縮的過程中，首次發(fā)現(xiàn)液晶液滴在回縮過程中取向角會發(fā)生變化，這與其他各向同性液滴在回縮過程中取向角不發(fā)生偏轉(zhuǎn)不同，而且在瞬態(tài)流場和穩(wěn)態(tài)流場中得到取向角的變化趨勢不同。用YZLC模型可以定性地預(yù)測到取向角這一變化的趨勢，取向角的變化與液晶界面能和定位能的能量恢復(fù)有關(guān)；首次通過液滴回縮法計算了近晶相8CB/PDMS之間的表觀界面張力，而用傳統(tǒng)的懸滴法無法得到該數(shù)值。首次觀測到近晶相8CB液滴在不同流

8、場強(qiáng)度下與向列相8CB完全不同的形態(tài)變化，這種差異來自于液晶近晶相的不同取向結(jié)構(gòu)。 (4)首次實驗研究了小分子液晶分散在柔性鏈聚合物中所形成共混物的電流變性能，液晶/聚合物體系表現(xiàn)出與傳統(tǒng)電流變流體不同的響應(yīng)特征：8CB在近晶相和柔性鏈聚合物PDMS共混時可以形成類凝膠結(jié)構(gòu)，通過對近晶A相8CB液滴在線性流場中的液滴形變研究，認(rèn)為這種類凝膠結(jié)構(gòu)來源于8CB液晶在流場中產(chǎn)生的微顆粒之間形成的相互作用。類凝膠結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和粘度要顯