由于液晶聚合物有众多优良性能,但同时也存在明显的缺点,如成本高、取向性大、熔接强度低、成型工艺不易控制等,所以许多生产厂商非常重视对其进行改性研究及开发工作。近年来,人们以惊人的速度开发了许多改性的液晶聚合物新品种及各种合金。其主要研究开发的方向有如下三个方面:
1)开发新型LCP。主要是研究一些芳香族聚合物,在一定条件下使其液晶化组成新型液晶聚合物,如用聚醚酮、聚醚酯、聚硫醚、聚酯酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、热固性聚酰亚胺等生成的液晶聚合物。
2)开发填充改性或增强材料改性品种。这种方法可比较经济有效地实现改性的目的,是目前TLCP
表10-122 Xydar系列的性能
表10-123 Vectra系列的性能
的主要改性方法,可有效地克服TLCP的性能缺点,降低成本,改善加工性,从而拓宽了LCP的应用领域。改性品种很多,如美国Amoco公司的含40%玻璃纤维的G-540、G-640,含65%填料的G-665;美国Celanse公司的含30%(质量分数)玻璃纤维的E-130,碳纤维增强的C-180;日本尤尼奇卡公司的50%(质量分数)矿物填充的LC-5050GN;日本住友化学公司的玻璃纤维增强E6010、E6710等。这些产品流动性好,熔接强度高,取向性小,吸水率低,价格便宜,已广泛用于电子电气及精密仪器领域中作微型、细密间距的接插件、STM安装元件及复印机和照相机等的精密零件。
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表10-124 Vectra高强度TLCP和Ekonol系列的性能
3)开发液晶聚合物合金。由于用大量的填充料或增强材料来实现塑料改性,常会带来一些副作用,如对成型设备及模具的磨损增大、熔体粘度增大或成型温度提高等。但如果利用LCP的自增性及流动性好的特点,用LCP为改性剂与其他塑料配制成合金,则可克服上述缺点,既可发挥LCP的增强作用,又可改造LCP取向性大的缺陷,还可降低成本。该方法对改造高性能、高熔点、难加工的非液晶高聚物特别有效。
TLCP合金实际上是以TLCP为改性剂通过机械共混、溶液共混等方法与其他聚合物(为基体)共混而成的合金。根据TLCP含量及改性目的的不同TLCP合金可分为三类:一类合金中TLCP含量为15%(质量分数)以下,如PET/TLCP、PP/TLCP、PES/TLCP等,其目的是提高性能,改善加工性;第二类合金中TLCP含量为15%~50%(质量分数),如PES/TLCP、PVC/TLCP等,可提高力学性能,降低线胀系数;第三类合金中TLCP含量>50%(质量分数),改性的目的是调节TLCP的性能,克服取向性,降低TLCP的成本。
TLCP合金中TLCP的品种有芳香共聚酯和聚酯酰胺等,共混的各种聚合物有PP、PA、PS、PBT、PET、PC、PES、PET、PTFE、PEEK、PPS、POM、PAR和PEI等。
本节将举例介绍几种改性TLCP及合金。
1.改性TLCP新品种
(1)日本石油化学公司的产品 Xydar系列中有G、M、MG和CX等品种。
1)高性能、低成本的Xydar G500/600系列,如40%(质量分数)玻璃纤维增强的G540、G640及无机填充的G665等,增强品种具有尺寸稳定性好,刚性及熔接强度高、耐焊锡性优异的特性。
2)易脱模的G330。其脱模力为通用品种的1/2,宜用作小型、薄壁、精密制品,如间距密集的多线精密接插件等。
3)低翘曲品级,如含无机填料的M450和MG450,40%(质量分数)玻璃纤维增强的G540、G640等品种,都能有效地抑制各向异性,制品的内翘曲量比G330低40%左右。
4)耐磨级CX系列,如CX583可作硬质耐磨材料,在高温和室温时都具有高润滑性,不含玻璃纤维及碳纤维,不会损伤对磨材料,是一种可连续使用的高润滑性材料;CX-1082及CX-1090是软质高润滑性材料,尺寸稳定性好,可作精密滑动零件。(www.xing528.com)
(2)小型、薄壁制品TLCP 如日本东丽公司的LC系列(LC201G30、LC301G30)、日本聚合塑料公司VetraE系列(E6008等),都具有耐高温、流动性优异、强度高等优点,且成本较低。另外,日本三菱瓦斯公司的N/D系列品种,还可改善抗蠕变、耐冲击及耐水解等特性。
部分改性TLCP新品种的性能见表10-125和表10-126。
表10-125 Xydar系列电子产品专用料的性能
注:填料配比均为质量分数。
表10-126 新品TLCP的性能
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2.TLCP合金
(1)PC/TLCP合金 合金性能随TLCP品种及含量而变化,当TLCP含量>50%时,强度及刚性大,与GFPC相似,但熔体粘度低于PC和GFPC,且具有非牛顿流体特性,剪切速率对熔体粘度影响较大,有利于成型加工。此外,其耐热性优于PC,韧性比GFPC好。
(2)PA/TLCP合金 用PA6、PA60、PA12等品种可与LCP组成合金及玻璃纤维增强合金,合金性能与LCP含量有关,可提高PA的拉伸强度、刚性,降低线胀系数及熔体粘度。例如,PA12/LCP合金,当LCP含量达50%(质量分数)时,拉伸强度可达200MPa,线胀系数接近于0,如果LCP含量>60%(质量分数),则线胀系数会变成负值。又如PA12(剪刀速率=208s-1)在300℃时熔体粘度为140Pa·s,加入10%(质量分数)LCP后熔体粘度可降至最低,达20Pa·s。
(3)PET(PBT)/TLCP合金 合金可提高PET、PBT的冲击强度、抗蠕变性和尺寸稳定性,热变形温度可达200℃,可作食品加热或冷冻容器。
(4)PPS/TLCP合金 合金可降低PPS熔体粘度,改善加工性,可代替环氧树脂作电子元件封装材料。用40%玻璃纤维增强合金(如美国Hoechst Cel-anese公司的Vectra V-140),可降低成本,其拉伸强度可达165.48MPa,弯曲模量为16.6GPa,Izod冲击强度为80J/m,热变形温度(1.82MPa)为265℃,可用注射成型加工集成电路芯片运载器、接线匣和线圈轴芯等元件。
(5)PEEK/TLCP合金 用Xydar与PEEK组成合金可提高PEEK的冲击强度及弹性模量。
(6)PES/TLCP合金 合金可提高PES的拉伸强度、弹性模量及加工性,同时其机械磨损量比GFPES小,熔体粘度明显低于PES,在同样成型温度下,注射压力可降低1/2左右。
(7)PAR/TLCP合金 合金可提高PAR的强度及模量1/3~1/2,但伸长率、冲击强度下降。同时,降低了熔体粘度,改善了加工性。
(8)PI/TLCP合金 在PI中加入少量LCP有显著的改性作用,可提高强度、模量和尺寸稳定性,降低粘度及线胀系数,而且阻气性好,介电常数低,目前已用于食品包装、电子元件封装、医疗器械及宇航等方面。
(9)EP/TLCP合金 用LCP加入普通EP中可有效地提高韧性、强度和耐热性,热失重温度可达330℃。
(10)PP/TLCP合金 合金的强度及模量比PP高1/3左右,具有较好的力学性能及加工性。
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