LCP cristales líquidos
Súperpolímeros
LCP
Polímeros líquidos cristalinos (poliésteres)
Los LCP son parte de la familia de los poliarilatos (poliésteres aromáticos) y es el único poliéster con base totalmente aromática producido industrialmente hasta el día de hoy. En los poliésteres convencionales, las cadenas moleculares son flexibles y tienen una disposición aleatoria. Los LCP termoplásticos pueden tener estructura amorfa y semicristalina. En general, el material procesado es anisotrópico, de modo que la resistencia y la rigidez son mayores en la dirección del flujo, aunque algunos productos rellenos son menos anisotrópicos. Las aplicaciones ordenadas de LCP van desde componentes moldeados por inyección hasta película soplada y fundida, ya sea en monocapa o coextruida, hasta láminas extruidas y piezas moldeadas por inyección. Los LCP puros también se pueden mezclar con otros polímeros para mejorar el flujo, la rigidez y otras propiedades. Los LCP liotrópico, poliparafenileno tereftalamida, tienen un punto de fusión y de descomposición muy alto (~700°C), se puede solo procesar en solución y tienen un altas fuerzas intermoleculares. Los LCP termotropico, tienen un punto de fusión 200°C a 400°C, procesable por inyeccion, y tienen una fuerzas intermoleculares más débiles. Los cristales líquidos presentan un orden intermedio entre los cristales tridimensionales ordenados y las fases desordenadas amorfas. Combinan así, las propiedades de los sólidos cristalinos (anisotropía) con la de los
líquidos (flujo). Mientras que en el estado cristalino las moléculas presentan
orden tridimensional de largo alcance respecto a sus centros de gravedad
en todo el cristal, el estado mesomórfico no presenta este orden posicional
en, al menos, una de sus dimensiones.
El factor estructural característico de los cristales líquidos es la asimetría molecular, que se consigue mediante la introducción en la molécula
de estructuras rígidas (tipo varilla o disco) denominadas grupos mesógenos.
Estos grupos mesógenos inducen una gran extensión a las cadenas y por
tanto, inducen un orden axial en las macromoléculas.
Los grupos mesógenos en los polímeros cristales líquidos pueden estar unidos entre si, directamente o por medio de cadenas flexibles
(espaciadores).
La posición de estos grupos mesógenos define dos clases de polímeros
cristales líquidos: de cadena principal y de cadena lateral y según sea la
constitución de la cadena principal del polímero, puede considerarse tres
tipos de polímeros cristales líquidos: lineales, ramificados o entrecruzados.
Los polímeros cristales líquidos pueden clasificarse también de acuerdo
con su estructura química y las condiciones en que se forma la mesofase:
anfifilicas y no anfifilicas.
Los compuestos anfifílicos, contiene grupos lipófilos e hidrófilos que
les confieren solubilidad en disolventes orgánicos y agua, respectivamente.
Forman mesofases, participando junto con las moléculas de agua o disolvente orgánico, denominadas cristales líquidos liotrópicos. Cristales líquidos polimérico
Los polímeros cristalinos líquidos se denominan cristal líquido por el hecho de que los polímeros exhiben propiedades cristalinas como líquido. En los LCP hay poco entrelazamiento de moléculas. Los LCP son polímeros que tienen un grado de orden molecular, ya sea en solución (liotrópica) o en un fundido (termotrópico) intermedio entre los de los cristales sólidos y los de los líquidos isotrópicos, y se denominan cristalinos líquidos. La mayoría de los LCP exhiben múltiples transiciones térmicas. Las transiciones de mayor interés son las de la fase cristalina a la nemática (orden tridimensional al orden bidimensional) y la fase nemática a la isotrópica (orden bidimensional al desorden). En el estado fundido, las moléculas se deslizan fácilmente unas sobre otras dando a la resina un flujo muy alto bajo cizallamiento. Por lo tanto, las viscosidades de fusión disminuyen significativamente a medida que aumentan las velocidades de corte. En general, la viscosidad de fusión de los LCP se reduce al aumentar la velocidad de inyección en lugar de temperatura. Las moléculas en forma de barra se disponen en dominios paralelos en el estado fundido en la dirección del flujo y retienen esta condición ordenada en el estado sólido.
LCP cristalinos
Los tipos cristalinos se denominan autorreforzados, son extremadamente inertes e ignífugos sin aditivos antiflama. Los segmentos cristalinos presentes en el material son macromoléculas rígidas, con forma de "palos", enganchados lateralmente a la cadena principal. En la fase fundida, estos flotan permitiendo un procesamiento fácil. Durante la transformación, estas cadenas sufren una fuerte orientación, en forma y con efectos decididamente superiores a los refuerzos normales. Los cristales líquidos poliméricos son una clase de polímeros que unen las propiedades de los polímeros con las de los cristales líquidos.
Propiedades
- Dimensiones particularmente estables y precisas
- Resistencia química muy alta
- Excepcional resistencia a la temperatura de las piezas
- productos, en presencia de paredes extremadamente delgadas
- Alta rigidez, incluso en aplicaciones con paredes delgado
- Bajo coeficiente de dilatación térmica
- Intrínsecamente ignífugo
- Los tipos amorfos son transparentes pero tienen menos rendimiento
- Coeficiente de expansión lineal menor que acero
- Resistencia de montaje SMT, incluido el flujo de retorno de
- Soldadura sin plomo
Tipos de LCP
Hay 2 tipos de LCP:
- Los cristales líquidos poliméricos de la cadena principal de MC-PLC se forman cuando se incorporan elementos rígidos en la cadena principal de polímeros flexibles,
- Los cristales líquidos poliméricos de cadena lateral de SC-PLC muestran una tendencia a separar la cadena principal de los grupos laterales.
Tipos de polímeros de cristal líquido.
Los LCP se pueden dividir en tres categorías en función de la temperatura de deformación térmica:
- Tipo I LCP: HDT superior a 300°C.
- Tipo II LCP (A): HDT entre 240°C y 300°C. Tipo II LCP (B): HDT entre 200°C y 240°C.
- Tipo III LCP: HDT por debajo de 200°C
Estas variaciones en el comportamiento de LCP están estrechamente relacionadas con los comonómeros utilizados en la formulación.
- Tipo I
- Tipo II
- Tipo III
Propiedades fisico-mecanicas
Es un termoplástico cristalino con excelente estabilidad dimensional, excelentes características de amortiguación de vibraciones, alta resistencia a la abrasión, muy alta tenacidad y módulo, la resistencia a la abrasión es mayor que la de aramida-para, especialmente a cargas más altas.
Propiedades térmicas
Tiene un excelente mantenimiento de las propiedades mecánicas incluso después de la exposición a ciclos de temperatura repetidos, coeficiente de expansión térmica modesto. La alta temperatura de proceso de los LCP estándar (transiciones térmicas de 280 a 335°C) han limitado las resinas puras hasta cierto punto, especialmente en mezclas y aleaciones con polímeros de baja temperatura. Esto ha sido superado por los avances recientes, como los LCP de copoliéster totalmente aromáticos y los LCP de éster-amida, que tienen transiciones térmicas tan bajas como 220°C. Excepto por sus temperaturas de procesamiento, los grados de baja temperatura y temperatura estándar tienen un rendimiento mecánico similar, resistencia química, estabilidad; y otras propiedades. Los intentos anteriores para crear LCP de temperatura de fusión más baja incluyeron agregar componentes alifáticos a la molécula. Si bien esto redujo la temperatura de procesamiento, lo hizo a expensas de su capacidad como barrera contra la humedad y los gases, la resistencia química, la resistencia y otras propiedades. En general, los LCP de baja temperatura totalmente aromáticos (anillo cerrado) funcionan mejor que los LCP que contienen componentes alifáticos (de cadena abierta).
Propiedades electricas
Los LCP por encima de su temperatura de transición vítrea Tg pueden alinearse mediante campos eléctricos y magnéticos apropiados.
Resistencia química
Los LCP estándar sin relleno, tanto de poliéster totalmente aromático como de copoliéster-amida, tienen mejor resistencia química y propiedades mecánicas que muchos termoplásticos reforzados con fibra de vidrio. Además, su estabilidad dimensional y propiedades de barrera en películas, láminas y laminados son iguales o mejores que la mayoría de los otros polímeros procesables por fusión.
Polimerización
Tipo de preparación "I"
El monómero utilizado para la producción de LCP tipo "I" termotrópico puede ser p-HBA (ácido para-hidroxibenzoico o ácido 4-hidroxibenzoico). Los LCP polimerizados solos con p-HBA no se funden y, como tales, no pueden procesarse . Por lo tanto, se polimerizan con otros monómeros (copolimerización) encontrando un equilibrio entre el punto de fusión y las propiedades de los cristales líquidos. Químicamente, un LCP comercial es un copoliéster aromático producido por policondensación de l (ácido para-hidroxibenzoico o ácido 4-hidroxibenzoico) p -HBA con ácido 4,4-dihidroxi-difenilo y tereftálico Aproximadamente del 70-75% en moles de ácido hidroxibenzoico (HBA) y del 25-30% en moles de ácido hidroxinafténico (HNA).
Tipo de preparación "II"
Los monómeros utilizados para la producción de LCP termotrópico tipo "II" son ácido 4-hidroxibenzoico y ácido 6-hidroxinaftaleno-2-carboxílico.
Tipo de preparación "III"
Los monómeros utilizados para la producción de LCP termotrópico tipo "III" son etilenglicol 4-hidroxibenzoico y ácido tereftálico.
LCP de poliéster más importantes comercialmente
Los LCP de poliéster más importantes comercialmente se basan en ácido p-hidroxibenzoico, HBA. Los poliésteres cristalinos líquidos termoplásticos generalmente tienen estructuras rígidas en forma de varilla, por ejemplo, anillos aromáticos unidos a paraposiciones mediante enlaces éster. El homopolímero de HBA tiene una estructura rígida en forma de barra. Los primeros informes sobre la fabricación de poliésteres a partir de HBA fueron en la década de 1880, donde se prepararon dímeros, trímeros y oligómeros. En la década de 1960, se preparó poli (1,4-benzoato) de alto peso molecular, PHBA. Las piezas se fabricaron mediante técnicas de formación de metal, como la pulverización por plasma y la forja de alta velocidad. PHBA exhibe un punto de fusión de ~ 600°C. Este material no era fácil de fundir y no formó una masa fundida cristalina líquida. Sin embargo, las modificaciones de la estructura rígida en forma de varilla pueden disminuir la temperatura de fusión por debajo de 400 ° C y hacer que los poliésteres sean líquidos, cristalinos y procesables por fusión. A mediados de la década de 1960 se inició el trabajo para preparar copolímeros de PHBA procesables por fusión con tereftalato de bifenol (BPT). De hecho, la copolimerización de HBA con 4,4'-bifenol y ácido tereftálico (TTA) dio como resultado poliésteres cristalinos líquidos procesables por fusión, que fueron comercializados. Las propiedades son una función de las relaciones de monómero. Típicamente, la Tg está alrededor de 180 ° C y la Tm 340-400 ° C. Estos polímeros eran difíciles de fabricar y procesar.
Mezclas y ayudas de proceso
El copoliéster, la esteramida y los LCP ionoméricos totalmente aromáticos se han mezclado con muchos termoplásticos, incluidas poliolefinas, policarbonatos (PC), poliésteres, poliamidas, polieterimidas e incluso resinas intratables de alta temperatura como las poliimidas. Tales mezclas mejoran la resina base al aumentar la rigidez, la resistencia al impacto, la resistencia térmica, la impermeabilidad al vapor de agua y oxígeno, y adhesión entre componentes en laminados. En un caso, los LCP estándar combinados con PC a velocidades de adición de 5% a 30% redujeron la viscosidad de fusión frente a la PC sola en hasta aproximadamente un 25%. Por ejemplo, cuando se mezcló una PC con una viscosidad de fusión de aproximadamente 3.000 poises (1.000 / segundos a 290 ° C) con LCP de copoliéster estándar (tasa de adición del 30%), la viscosidad cayó a aproximadamente 2.250 poises. El LCP también aumentó el módulo de tracción a medida que disminuyó el espesor de la pared. Con un espesor de pared de 0,8 mm, la mezcla 70/30 PC-LCP tenía un módulo de tracción de aproximadamente 5.100 MPa frente a aproximadamente 2.300 MPa solo para PC. En otro caso, se mezcló un LCP de baja temperatura en una poliolefina a una tasa de 5% a 15%.
Procesabilidad
Los polímeros de cristal líquido (LCP), gracias a su estructura única, permiten ciclos de moldeo por inyección súper rápidos, especialmente en secciones delgadas. En muchos casos, los LCP superan tanto a los polímeros termoendurecibles como a ciertas cerámicas en aplicaciones complejas que requieren paredes particularmente delgadas y requieren alta resistencia al calor. Las piezas moldeadas LCP tienen una estabilidad dimensional muy alta, incluso a temperaturas muy altas. Los LCP también ofrecen muchas ventajas de procesamiento. A medida que se procesa una masa fundida LCP, sus moléculas superficiales se alinean en la dirección del flujo para formar una piel que generalmente representa entre el 15% y el 30% del espesor de la pieza. La característica distintiva es la resistencia a la llama, lo que lo convierte en un material ampliamente utilizado en interiores de aviones. Cuando se agregan LCP a niveles bajos como auxiliares de procesamiento, mejoran la resistencia y el flujo de las resinas de baja y alta temperatura de fusión durante la extrusión. Esto puede facilitar el procesamiento de películas y fibras y mejorar la resistencia y rigidez de las fibras. Los LCP como auxiliares del proceso también pueden mejorar la rigidez en las poliolefinas y reducir la viscosidad en polieterimida, polieteretercetona y otras resinas viscosas de alta temperatura.
Los LCP tienen propiedades anisotrópicas, es decir, las propiedades son diferentes en la dirección del flujo y perpendiculares a la dirección del flujo. Esto genera un autorreforzamiento efecto en la dirección del flujo, lo que resulta en extremadamente alta resistencia y módulo elástico en el dirección del flujo. Por otra parte, el coeficiente de lineal la expansión en la dirección del flujo es muy pequeña exhibiendo valores en un orden de magnitud menor que los plásticos convencionales. Cuanto más delgado es el artículo moldeado, cuanto mayor sea la proporción de las moléculas orientadas, mayor resistencia y módulo de elasticidad pueden ser logrado el producto más delgado.
Resinas LCP marcables con láser
Tanto el polifenilen sulfuro como el polímero de cristal líquido son resinas muy opacas, el marcado con láser logrará marcas con un contraste razonable, pero no tan alto en contraste como se logra con otras resinas como el acetal o el nylon. Nuevamente, las marcas tienen un contraste aceptable para las marcas funcionales o informativas, pero pueden no tener suficiente contraste para ser consideradas para las marcas decorativas. Dado que estas resinas y aplicaciones en sistemas informáticos y otros sistemas electrónicos, la trazabilidad indeleble y el marcado de identificación son extremadamente importantes, particularmente para las industrias automotriz y aeroespacial. Tanto las resinas PPS como las LCP son generalmente marcables con láser en su estado natural dependiendo del láser empleado. En particular, las resinas PPS y LCP exhiben generalmente una marca oscura contrastante en resina natural y de color claro usando un láser Nd: YAG. A medida que el color del sustrato se oscurece, se observará menos contraste a menos que la formulación se modifique específicamente para mejorar la capacidad de marcado con láser.
Aplicaciones
Gracias a la alta fluidez exhibida, esta clase resulta particularmente adecuada para la extrusión de tubos, películas, placas, para el moldeo de piezas de alta calidad y precisión y para la realización de fibras. Moldeo de conectores, interruptores, soportes para lámparas y LED, bobinas, sensores, estructuras de barrera de combustible y gas, elementos para hornos microondas. Componentes electrónicos y aeronáuticos, elementos de construcción fuertemente estresados en el lado mecánico, térmico y eléctrico para automoción, aerotransportado, aeroespacial, telecomunicaciones, fibra óptica e iluminación. La industria eléctrica y la industria óptica, diferentes componentes electrónicos y eléctricos, en el campo de la medicina también se usa para contenedores / componentes esterilizables, para imágenes, sensores y soportes de chips en electrónica. A menudo, de hecho, este material se prefiere a los metales comunes, o polímeros termoplásticos y termoendurecibles debido a las propiedades particulares exhibido no obtenible a partir de otros materiales.
Actualmente no está disponible, sin embargo, comuníquese con Mexpolimeros para obtener más información, contáctanos tech@mexpolimeros.com