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高性能熱固性液晶聚芳酯材料基礎科學、有機高分子材料。

關鍵詞： 液晶聚芳酯、5G通信、高性能纖維、全芳香族聚合物

應用領域

航天航空、5G電子通訊

成果簡介

本成果第一完成人工作主要圍繞高性能全芳香族聚合物。全芳香族聚合物具有優異的熱學、力學、耐腐蝕等性能，因此在航空航天、電子通訊等高精尖領域應用廣泛。隨着科技迅猛發展，兼具優良加工性與高性能的全芳香族聚合物備受關注，但這兩方面的矛盾始終難以調和。因此深入研究全芳香族聚合物結構與性能的關係這一科學問題，研製新型高性能全芳香族聚合物是突破該領域瓶頸的關鍵。針對上述關鍵科學問題，本團隊通過設計合成具有低熔點和熔體粘度的新型熱固性液晶聚芳酯，採用主體液晶聚芳酯取向與客體碳納米材料協同宏觀組裝的策略，研製兼具優良加工性和高強度高模量耐高溫新型高性能纖維。

本團隊設計合成的新型熱固性液晶聚芳酯，其分子量可控，比現有熱塑性液晶聚芳酯具有更低的液晶相轉變溫度、熔體粘度和更優異的加工性能。通常，熱固性樹脂是在足以引起主鏈交聯的高溫下進行的。然而，主鏈交聯通常使固化後的產物變脆。但在本成果中，主體液晶聚芳酯取向與客體碳納米材料被熔融加工並紡成纖維，同時新型活性端基之間的反應可以在低於引起液晶聚合物主鏈明顯交聯的溫度下進行。由於體系中形成了交聯網絡結構，液晶纖維的玻璃化轉變溫度得到了顯著提高，從而拓展了液晶纖維的應用範圍。

本成果所涉及的液晶低聚物本身不含任何溶劑，其固化過程中也無任何小分子生成，在本體熔融紡絲過程中無需脫溶劑，免除了現有紡絲工藝的洗滌、乾燥等步驟，使得纖維製備過程更簡便、高效、環保。

上述新型高性能液晶聚芳酯纖維高分子鏈呈伸直的剛性鏈，形成高度有序的微纖結構，且分子間存在較強的相互作用，從而賦予了纖維很高的強度；新型活性端基熱固化反應後所形成的網絡結構具有優異的阻燃性能、良好的耐腐蝕性能；不同與現有的聚酰亞胺、聚酰胺等高性能纖維，液晶聚芳酯纖維具有優異的耐紫外能力和極低的吸濕性，從而使該纖維更適宜於惡劣環境，具有服役於高性能複合材料增強體、海洋用繩纜、光纜補強件等領域的巨大潛力。

本團隊研製出的一系列兼具優良加工性和高強度高模量高玻璃化轉變溫度(>250°C)熱固性液晶聚芳酯，可以為未來新一代航空航天、國防軍工和尖端科學提供有先導和保障作用的高性能材料。在電子電器領域，可應用於高密度連接器、線圈架、線軸、基片載體、電容器外殼等，尤其是在5G通信行業，目前液晶聚芳酯薄膜材料在國內外有着非常旺盛的需求端；在汽車工業領域，可用於汽車燃燒系統元件、燃燒泵、隔熱部件、精密元件、電子元件等；在航空航天領域，可用於雷達天線屏蔽罩、耐高溫耐輻射殼體等領域。

經濟效益與社會效益

研製出一系列兼具優良加工性和高強度高模量高玻璃化轉變溫度(>250°C)熱固性液晶聚芳酯，可以為未來新一代航空航天、國防軍工和尖端科學提供有先導和保障作用的高性能材料。在電子電器領域，可應用於高密度連接器、線圈架、線軸、基片載體、電容器外殼等，尤其是在5G通信行業，目前液晶聚芳酯薄膜材料在國內外非常旺盛的需求端；在汽車工業領域，可用於汽車燃燒系統元件、燃燒泵、隔熱部件、精密元件、電子元件等；在航空航天領域，可用於雷達天線屏蔽罩、耐高溫耐輻射殼體等領域。