高分子材料论文
液晶高分子（LCP）材料是近年来研究较多的一种功能高分子，它是兼有液体和晶体两种性质的一种中间过渡态聚合物。
LCP材料不但具有不同数量等级的机械强度，而且还具有很高的弹性模量，以及优良的振动吸收等特性；其制品还呈现壁厚越薄，强度反而越大的独有特征；此外，LCP材料是目前线性热膨胀率最逼近金属材料的新时代超级工程塑料，这种正处于不断开发状态的高分子材料，已完全超越了原有的工程塑料的概念。
LCP的基本结构是一种全芳族聚酯，它的主要单体是对-羟基苯甲酸（p-HBA），其分子结构如图1所示。实践证明，由p-HBA单体聚合得到的LCP材料不能熔化，因此也不能被加工。但是，如果将该单体与其他不同的单体进行共聚，从而在熔态和液晶态中找到一种平衡，这种LCP材料就可以被加工，而且还具有良好的加工性能，可以进行注塑、挤出、拉伸、成膜等。
p-HBA和不同单体的共聚产物分为主链型和侧链型两种，而从应用的角度又可分为热致型和溶致型两大类。但这两种分类方法是相互交叉的，即主链型LCP包括热致型和溶致型两种，而热致型LCP同样存在主链型和侧链型。这种p-HBA与不同单体的聚合，也给LCP新材料的不断开发提供了无限发展空间。
不论哪种类型的LCP均具有刚性分子结构，其分子链的长宽比例均大于1,分子链呈棒状构象。
LCP除具有刚性基元外，还具有柔性基元，这种分子之间的强极性基团，使之形成了超强凝聚力的液晶基元。其中芳香族聚酯液晶中，芳环是刚性基元，酯基是柔性键，在一定条件下就可形成液晶相。
因此在LCP成型时，由于熔融状态下分子间的缠结很少，所以只需很轻微的剪切应力就可以使其沿流动方向取向，从而产生自增强效果。特别是在流动方向上，LCP材料的线性膨胀系数与金属相当。另外LCP材料厚度越薄，其表面取向层所占的比例就越大且越接近表壁，材料就越能获得高强度和高模量，同时材料还具有优异的振动吸收特性。
LCP既能在液态下表现出结晶的性质，又可以在冷却或固化后保持其原来的状态。而其他结晶性塑料在经过加工后，其原结晶部分则会被打乱，分子将再次排列而重新结晶。
2 材料特性
2.1 物理性质
LCP的吸湿性非常小，在23℃和相对湿度50%的条件下，其吸水率为0.03%左右。所以成型前原料最好在140~160℃的温度下干燥4 h以上（最长可达24 h）。图2为LCP材料的干燥曲线（140℃）和吸湿曲线（40℃/相对湿度80%）。
尽管LCP材料的熔点相对比较低，但由于其所具有的特殊结晶结构，材料仍然具有良好的热稳定性。LCP材料的热变形温度为160~340℃，连续使用温度为220~240℃，耐焊锡温度为260~310℃（焊接时间10 s）。
此外，使用了回收料的LCP制品，其性能仍可保持在较高水平。表1为两种不同牌号LCP（T130和S475），反复使用5次后的物性保持率。从表1可以看出，即使是反复使用了5次的LCP回收料，其静态强度和弹性模量也能保持在初始值75%~90%的范围内。
但是回收料的使用会使LCP制品轻微变黑。
为了防止色相的变化，回收料用量应保持在25%左右为宜。这是因为25%的回收料掺混量，可使LCP新料和1次回料的总量始终保持在90%左右，从而大大降低原料中多次回料的比例。另外，如果回收料颗粒大小不一，有时会导致计量不稳，还容易混入气体使制品产生气泡。因此在使用回收料前，最好将其再生造粒；如果使用粉碎料，则应去除超大颗粒和粉末，以保证粉碎料颗粒尺寸的均匀性。
2.2 熔体流动性
LCP的流动性测试可采用棒式流动性测试法，该方法与阿基米德螺线测定法相似。图3为几种不同等级的LCP（牌号分别为S475、E473i、T130、S135和A130,其中，英文字母T代表超高耐热和高熔点，S代表超高耐热和高刚性，E代表高耐热和高流动性，A代表标准型，英文后数字1代表的是该系列的玻璃纤维标准型，而4代表的则是低翘曲性），在模具型腔厚度（t）分别为0.2和0.3 mm时的流动长度-注射速度关系曲线。测试条件：机筒温度300~380℃，模具温度80℃。
从图3可以看出，与通用工程塑料相比，LCP的棒流动长度相当长，即使当t为0.2 mm时，也可轻松获得30 mm以上的流动长度，而在t为0.3 mm时，流动长度甚至可以达到50 mm以上，所以LCP材料非常适用于生产薄壁制品。
2.3 成型收缩率
表2为相同测试条件下（样品尺寸80 mm×80mm×1 mm,浇口尺寸2 mm×2 mm×1 mm,注射压力60 MPa,150℃退火2 h）得到的不同等级LCP材料的成型收缩率。从表2可以看出，LCP材料总体上收缩率都很小，但同样遵循高分子材料收缩的规则，即：在流动方向上收缩率小，在垂直方向上收缩率大。但是测试时采用的是特定规格和尺寸的样品，而在生产实践中，制品往往形状复杂且熔体流向紊乱，因此在设计型腔尺寸时，须根据两个方向上的平均收缩率来确定模腔尺寸。
另外，退火温度对LCP制品的收缩率亦有所影响。以A130样品为例，在150和200℃两个温度下对其进行后收缩试验。结果显示：两个温度下的样品，其在垂直方向上的后收缩率均随着退火时间的延长而不断增大，并均在退火2 h时达到最大值（0.5%），此后收缩率不再发生变化，这时后收缩达到饱和状态。但在流动方向上，两个温度下样品的后收缩率则有所不同：退火2 h之前，退火温度为200℃的样品，其后收缩率最大值为0.24%,而退火温度为150℃的样品，其后收缩率最大值仅为0.15%;但当退火时间超过2 h后，样品的收缩率均不再发生变化。这说明对LCP样品进行退火处理时，处理温度高反而会导致收缩率增大；但对于不同退火温度的样品，当退火时间超过2 h后，样品的后收缩均达到饱和状态。因此如对LCP制品有特殊要求，一定要参照以上后收缩试验结果，合理设定工艺条件。
3 LCP制品模具设计
由于LCP为各向异性材料，故LCP制品的物性受其自身及填充材料取向的支配，而这种取向是由材料熔体在流动时受到的剪切应力所决定的。因此在模具设计时，必须将型腔内材料的流动状态，结合制品所要求的具体性能进行综合考虑。一般情况下，LCP制品的厚度越薄，其取向性就越显着；而LCP制品的接缝部分对其强度有很大影响，所以在模具设计时，应尽可能避免产生熔接缝。
3.1 流道
流道按加工难易程度依次分为半圆形、梯形和圆形，而从截面积和压力损失的角度由好到坏则依次为圆形、梯形和半圆形，因此建议使用圆形或梯形流道。
对于LCP模具的流道直径设计，须考虑流道长度、塑件尺寸及经济性等多个因素，但通常可将流道直径设计为2~5 mm.另外，流道长度原则上应尽量缩短，其中对于多型腔模具，为了减少模腔间的差异，最好使到各个模腔的距离保持相等。
如果主流道尺寸远大于注射机的喷嘴孔径，主流道内就容易出现喷射痕，还可能卷入空气，从而使制品产生气泡。因此最好把主流道的最小直径，设计成比喷嘴孔径大0.5 mm左右，并将斜度设为0.5~1°。LCP不但具有良好的脱模性，而且也具有很好的流动性。如果在模具表面出现划痕，就会影响制品的脱模性。因此须对直接浇口和流道进行研磨抛光，并且在直接浇口和流道的末端设置冷料穴结构。