乙烯基对苯二甲酸类甲壳型液晶高分子纤维形状记忆特性及其机理研究

Because of its special macromolecular chain structure and the "Jacketed effect", macromolecular chain of Mesogen-jacketed Liquid Crystalline Polymer (MJLCP) demonstrates special "linear" columnar chain characteristics not the usual "random coil" chain. The detailed thermotropic liquid crystalline (LC) behavior of different series MJLCP based on vinyl terephthalate will be investigated in-depth through DSC, POM, WAXD, Varied temperature XRD, ARES, Varied temperature IR, and 2D IR. MJLCP based on vinyl terephthalate show various types of meta-stable LC phase and stable LC phase in phase transition, the latter is useful for the LC spinning of MJLCP based on vinyl terephthalate. The MJLCP fibers based on vinyl terephthalate belong to heat-triggered Shape Memory Polymer (SMP), cyclic thermo-mechanical tests for the shape memory effect of MJLCP fibers based on vinyl terephthalate will be performed through DMA, 2D WAXD and SEM. According to the above experiments and its special macromolecular chain structure, a reasonable mechanism will be proposed. The relationship among macromolecular self-assembly, liquid crystal phase and shape memory effect can been revealed through the shape memory characteristics of different series MJLCP fibers. It is a new idea for the research and application of the novel self-assembled shape memory materials in molecular level.

甲壳型液晶高分子（MJLCP）由于其分子结构的特殊性和"甲壳效应"，本来是"无规线团"的高分子链变成"线性"柱状高分子链，具有特殊的研究意义。本项目选择A、B、C不同系列乙烯基对苯二甲酸类MJLCP作为研究对象，通过DSC、POM、WAXD、变温XRD、ARES、变温IR、2D IR等实验考察其热致液晶行为和精细的液晶相变过程，正确指导乙烯基对苯二甲酸类MJLCP的液晶纺丝。 乙烯基对苯二甲酸类MJLCP纤维属于热触发形状记忆材料，通过DMA、2D WAXD 、SEM等实验手段开展热机械循环实验，测试纤维的形状记忆性能和研究大分子链的变化，拟在大量实验基础上，结合MJLCP分子结构的特殊性，提出乙烯基对苯二甲酸类MJLCP纤维形状记忆机理，进而揭示分子自组装━液晶相━形状记忆性能之间的内在联系，为新型分子水平上自组装的形状记忆纤维的理论研究和应用开发提供新的思想。

新型分子结构的形状记忆材料是功能材料研究领域的一个热点。本项目研究A、B、C不同系列乙烯基对苯二甲酸类甲壳型液晶高分子（MJLCP）的合成，液晶行为，液晶纺丝纤维成形。用DMA测定乙烯基对苯二甲酸类MJLCP纤维的形变回复与温度的关系，形变回复与时间关系，计算形变固定率、形变回复率、形变回复速度，形状记忆实验可以多次重复测试。经形状记忆循环DMA测试，PBPCS纤维具有较好形状记忆性能。PDCHVT纤维是新发现的具有优异形状记忆性能的纤维，平均形状记忆固定率为99.2%，平均形状记忆回复率为97.8%，而且具有很好的形状记忆重复性。.对四种典型甲壳型液晶高分子（PBPCS，PMPCS，PDCHVT，PbiPCS）热压成型，做成的片材都具有很好的形状记忆固定率，均接近100%，原因在于整个大分子链呈现刚性链的特征；而其形状记忆回复效果与液晶高分子侧基的末端基团有关，柔性的末端基团的分子热运动有利于MJLCP的形状回复，侧基末端基团分别为对丁氧基苯基和环己基（对应液晶高分子分别为PBPCS和PDCHVT）时，片材也呈现较好的综合形状记忆性能，形状记忆回复率分别为87%和100%。.MJLCP材料的力学性能较差、回复应力小，分别研究了SBS、多壁碳纳米管（MWCNT）等改性甲壳型液晶高分子的形状记忆性能。随着SBS含量的增加，SBS/MJLCP共混薄膜材料有很好的韧性，断裂拉伸应力和断裂拉伸率都得到提升，断裂拉伸应力从1 MPa左右增加到7 MPa，断裂拉伸率从5%左右增加到800%。.通过溶液共混的办法将MWCNT与PDCHVT制成复合材料，用热压和熔融纺丝的办法分别将MWCNT/PDCHVT制成片材和纤维。在MWCNT的含量为3%时，材料具有最大的断裂拉伸应力和断裂拉伸率。MWCNT的加入，提高了PDCHVT的形状记忆回复速度和形状记忆回复应力。在MWCNT含量为3%，复合材料获得最好的形状记忆性能和拉伸性能。.发现一些文献未报道的MJLCP的有趣现象，并进行GPC、DSC、TGA、POM、变温SAXS的性能测试。研究了以噻吩为主链，三联苯液晶基元为侧链的二维共轭新型甲壳型聚合物P1和P2的光电性能，其光学带隙为1.90 eV，是一种潜在的聚合物太阳能电池给体材料。