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Jun 01, 2023

Effetto di ricottura delle fibre di copoliestere liquido cristallino termotropico su termo

Scientific Reports volume 12,

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 13100 (2022) Citare questo articolo

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Una serie di copoliesteri termotropici a cristalli liquidi (Co-TLCP) è stata preparata mediante polimerizzazione allo stato fuso utilizzando monomeri di acido 2,5-dietossitereftalico (DTA), 2,7-diidrossinaftalene (DHN) e acido p-idrossibenzoico (HBA), dove l'HBA il contenuto era vario (0-5 mol). A 3 mol di HBA, i Co-TLCP formavano mesofasi nematiche, mentre al di sotto di questa concentrazione la fase cristallina liquida non appariva. Il campione di Co-TLCP con 3 mol di HBA è stato sottoposto a filatura a fusione e trattato termicamente in varie condizioni (temperatura e tempo) per studiarne l'effetto sulle proprietà termo-meccaniche e sul grado di cristallinità. L'obiettivo era determinare la condizione critica di trattamento termico in grado di massimizzare le proprietà delle fibre filate Co-TLCP. La microstruttura della fibra trattata termicamente è stata studiata utilizzando la microscopia elettronica a scansione e le condizioni ottimali di ricottura sono state confermate sulla base della morfologia della fibra, che mostrava una struttura skin-core a causa delle variabili condizioni di calore e pressione applicate durante la filatura.

Il polimero termotropico a cristalli liquidi (TLCP) sta attirando molta attenzione grazie alla sua applicazione come fibra ad altissima resistenza. Grazie alla loro elevata robustezza ed elasticità, all'eccellente resistenza al calore e agli agenti chimici, al basso ritiro dallo stampaggio e al piccolo coefficiente di espansione lineare durante la lavorazione, i TLCP vengono impiegati in varie applicazioni, tra cui fibre ad alte prestazioni, tecnopolimeri e compositi polimerici. Inoltre, la miscelazione allo stato fuso di resina termoplastica per uso generale e TLCP è attualmente ampiamente studiata perché può migliorare la resistenza e l'elasticità dei materiali compositi polimerici, oltre a garantire un'eccellente lavorabilità e prestazioni elevate1,2.

Un TLCP interamente aromatico presenta eccellenti proprietà meccaniche, resistenza al calore, stabilità dimensionale e resistenza chimica. La maggior parte dei TLCP sono composti da monomeri interamente aromatici a barra rigida nella catena principale3,4,5. Alcuni monomeri comunemente usati includono acido tereftalico, idrochinone, 4,4′-bifenolo e acido p-idrossibenzoico (HBA), che conferiscono buone proprietà fisiche e termomeccaniche ai TLCP. In alternativa, le TLCP composte da monomeri come acido 6-idrossinaftoico (HNA), derivati ​​del naftalene diolo e isomeri dell'acido naftalene dicarbossilico, in cui la struttura di base della catena principale contiene un gruppo carbossilico para-sostituito o un anello benzenico, presentano un'elevata concentrazione temperature di circa 600 °C6,7,8.

Sebbene i TLCP a barra rigida mostrino eccellenti proprietà termiche e meccaniche, sono difficili da lavorare o presentano una solubilità estremamente bassa nei comuni solventi a causa della loro struttura a barra rigida. Per compensare queste carenze, vengono condotti studi su vari metodi e strutture diversi dagli esteri aromatici lineari come mesogeni9,10,11. Uno di questi metodi è quello di abbassare il punto di fusione introducendo una struttura alchilica o alcossilica flessibile nella catena principale rigida per impedire l'impaccamento della catena molecolare. Sebbene l'aumento della larghezza molecolare e della distanza tra le catene molecolari presenti il ​​problema delle basse temperature isotrope, il TLCP risultante può essere facilmente lavorato allo stato fuso utilizzando un sostituente appropriato. In alternativa, nella catena principale viene introdotto un monomero con una struttura piegata anziché una struttura lineare rigida per interrompere la perfetta struttura a forma di bastoncino dritto. Ciò può essere ottenuto anche introducendo una struttura asimmetrica nella catena principale o utilizzando un sostituente voluminoso come gruppo laterale. Secondo quanto riferito, è possibile fondere o stampare a iniezione il TLCP a temperature inferiori a 400 °C utilizzando monomeri contenenti gruppi alchilici o alcossi flessibili, sostituenti sfusi, monomeri con strutture asimmetriche e monomeri ramificati o meta-sostituiti, suggerendo una migliore lavorabilità3,9,11. Tuttavia, questi TLCP mostrano spesso una diminuzione significativa delle proprietà termo-meccaniche.