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Jun 01, 2023

Efeito de recozimento de fibras termotrópicas de copoliéster líquido cristalino sobre

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 13100 (2022) Citar este artigo

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Uma série de copoliésteres de cristal líquido termotrópicos (Co-TLCPs) foi preparada por polimerização por fusão usando monômeros de ácido 2,5-dietoxitereftálico (DTA), 2,7-dihidroxinaftaleno (DHN) e ácido p-hidroxibenzóico (HBA), onde o HBA o conteúdo foi variado (0-5 mol). Em 3 mol HBA, os Co-TLCPs formaram mesofases nemáticas, enquanto abaixo desta concentração, a fase líquida cristalina não apareceu. A amostra de Co-TLCP com 3 mol de HBA foi submetida a fiação por fusão e tratada termicamente sob várias condições (temperatura e tempo) para investigar seu efeito nas propriedades termomecânicas e no grau de cristalinidade. O objetivo era determinar a condição crítica de tratamento térmico que pode maximizar as propriedades das fibras fiadas de Co-TLCP. A microestrutura da fibra tratada termicamente foi investigada usando microscopia eletrônica de varredura, e as condições ótimas de recozimento foram confirmadas com base na morfologia da fibra, que exibiu uma estrutura de núcleo de pele devido às condições variáveis ​​de calor e pressão aplicadas durante a fiação.

O polímero de cristal líquido termotrópico (TLCP) está atraindo atenção significativa devido à sua aplicação como uma fibra de ultra-alta resistência. Devido à sua alta resistência e elasticidade, excelente resistência térmica e química, baixa contração de moldagem e pequeno coeficiente de expansão linear durante o processamento, os TLCPs estão sendo empregados em várias aplicações, incluindo fibras de alto desempenho, plásticos de engenharia e compósitos poliméricos. Além disso, a mistura por fusão de resina termoplástica de uso geral e TLCP está sendo amplamente estudada porque pode melhorar a resistência e a elasticidade de materiais compostos poliméricos, bem como proporcionar excelente processabilidade e alto desempenho1,2.

Um TLCP totalmente aromático exibe excelentes propriedades mecânicas, resistência ao calor, estabilidade dimensional e resistência química. A maioria dos TLCPs é composta por monômeros totalmente aromáticos de haste rígida na cadeia principal3,4,5. Alguns monômeros comumente usados ​​incluem ácido tereftálico, hidroquinona, 4,4'-bifenol e ácido p-hidroxibenzóico (HBA), que conferem boas propriedades físicas e termomecânicas aos TLCPs. Alternativamente, TLCPs compostos de monômeros como ácido 6-hidroxinaftóico (HNA), derivados de naftaleno diol e isômeros de ácido naftaleno dicarboxílico, nos quais a estrutura básica da cadeia principal contém um grupo carboxila para-substituído ou um anel benzênico, exibem alta concentração temperaturas de aproximadamente 600 °C6,7,8.

Embora os TLCPs do tipo bastão rígido apresentem excelentes propriedades térmicas e mecânicas, eles são difíceis de processar ou exibem solubilidade extremamente baixa em solventes comuns devido à sua estrutura rígida do tipo bastão. Para compensar essas deficiências, estudos de vários métodos e estruturas diferentes dos ésteres aromáticos lineares como mesógenos estão sendo conduzidos9,10,11. Um desses métodos é o de diminuir o ponto de fusão pela introdução de uma estrutura alquila ou alcoxi flexível na cadeia principal rígida para evitar o empacotamento da cadeia molecular. Embora a largura molecular aumentada e a distância entre as cadeias moleculares apresentem o problema de baixas temperaturas isotrópicas, o TLCP resultante pode ser facilmente processado por fusão usando um substituinte apropriado. Alternativamente, um monômero com uma estrutura dobrada em vez de uma estrutura linear rígida é introduzido na cadeia principal para interromper a estrutura em forma de haste reta perfeita. Isso também pode ser obtido pela introdução de uma estrutura assimétrica na cadeia principal ou pelo uso de um substituinte volumoso como grupo lateral. Alegadamente, é possível fundir ou moldar por injeção o TLCP abaixo de 400 °C usando monômeros contendo grupos alquil ou alcoxi flexíveis, substituintes a granel, monômeros com estruturas assimétricas e monômeros ramificados ou meta-substituídos, sugerindo melhor processabilidade3,9,11. No entanto, esses TLCPs geralmente exibem uma diminuição significativa nas propriedades termomecânicas.