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Jul 31, 2023

열방성 액정 코폴리에스테르 섬유의 열에 대한 어닐링 효과

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 13100(2022) 이 기사 인용

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일련의 열방성 액정 코폴리에스테르(Co-TLCP)는 2,5-디에톡시테레프탈산(DTA), 2,7-디히드록시나프탈렌(DHN) 및 p-히드록시벤조산(HBA) 단량체를 사용하여 용융 중합을 통해 제조되었습니다. 함량은 다양했습니다(0~5mol). 3mol HBA에서 Co-TLCP는 네마틱 메조상을 형성한 반면, 이 농도 이하에서는 액정상이 나타나지 않았습니다. 3mol HBA를 함유한 Co-TLCP 샘플을 용융 방사하고 다양한 조건(온도 및 시간)에서 열처리하여 열-기계적 특성 및 결정화도에 미치는 영향을 조사했습니다. 목적은 방사된 Co-TLCP 섬유의 특성을 최대화할 수 있는 임계 열처리 조건을 결정하는 것이었습니다. 열처리된 섬유의 미세구조를 주사전자현미경을 이용하여 조사하였고, 방사 시 가해지는 열과 압력 조건의 변화에 ​​따라 스킨-코어 구조를 나타내는 섬유의 형태를 바탕으로 최적의 어닐링 조건을 확인하였다.

TLCP(Thermotropic Liquid Crystal Polymer)는 초고강도 섬유로서의 응용으로 인해 큰 주목을 받고 있습니다. TLCP는 높은 강도와 ​​탄성, 우수한 내열성 및 내화학성, 낮은 성형 수축률, 가공 중 작은 선팽창 계수로 인해 고성능 섬유, 엔지니어링 플라스틱, 고분자 복합재 등 다양한 응용 분야에 사용되고 있습니다. 또한, 범용 열가소성 수지와 TLCP의 용융 블렌딩은 고분자 복합재료의 강도와 탄성을 향상시킬 뿐만 아니라 우수한 가공성과 고성능을 제공할 수 있기 때문에 현재 광범위하게 연구가 진행되고 있다1,2.

완전 방향족 TLCP는 우수한 기계적 특성, 내열성, 치수 안정성 및 내화학성을 나타냅니다. 대부분의 TLCP는 주쇄3,4,5에서 단단한 막대형 완전 방향족 단량체로 구성됩니다. 일반적으로 사용되는 일부 단량체에는 테레프탈산, 하이드로퀴논, 4,4'-비페놀 및 p-하이드록시벤조산(HBA)이 포함되며, 이는 TLCP에 우수한 물리적 및 열-기계적 특성을 부여합니다. 또는 주쇄의 기본 구조에 파라 치환된 카르복실기나 벤젠 고리가 포함된 6-히드록시나프토산(HNA), 나프탈렌 디올 유도체, 나프탈렌 디카르복실산 이성질체 등의 단량체로 구성된 TLCP는 높은 만남을 나타냅니다. 약 600°C6,7,8의 온도.

단단한 막대형 TLCP는 우수한 열적, 기계적 특성을 나타내지만 단단한 막대형 구조로 인해 가공이 어렵거나 일반적인 용매에 대한 용해도가 매우 낮습니다. 이러한 단점을 보완하기 위해 메소겐인 선형 방향족 에스테르 이외의 다양한 방법과 구조에 대한 연구가 진행되고 있다9,10,11. 그러한 방법 중 하나는 분자 사슬 패킹을 방지하기 위해 단단한 주쇄에 유연한 알킬 또는 알콕시 구조를 도입하여 융점을 낮추는 것입니다. 분자 폭과 분자 사슬 사이의 거리가 증가함에 따라 등방성 온도가 낮아지는 문제가 있지만, 생성된 TLCP는 적절한 치환기를 사용하여 쉽게 용융 가공할 수 있습니다. 또는 견고한 선형 구조 대신 구부러진 구조의 모노머를 주쇄에 도입하여 완벽한 직선 막대 모양 구조를 파괴합니다. 이는 또한 주 사슬에 비대칭 구조를 도입하거나 부피가 큰 치환기를 측기로 사용함으로써 달성될 수도 있습니다. 보고된 바에 따르면, 유연한 알킬 또는 알콕시 그룹을 포함하는 단량체, 벌크 치환기, 비대칭 구조의 단량체, 분지형 또는 메타 치환 단량체를 사용하여 400°C 미만에서 TLCP를 용융 또는 사출 성형할 수 있어 가공성이 향상됨을 시사합니다3,9,11. 그러나 이러한 TLCP는 열-기계적 특성이 크게 감소하는 경우가 많습니다.