CN110054718A - 组合物、多畴液晶弹性体、单畴液晶弹性体及其制备、加工和焊接方法 - Google Patents

组合物、多畴液晶弹性体、单畴液晶弹性体及其制备、加工和焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于形成单畴液晶弹性体的组合物，所述组合物包括液晶分子、柔性链、交联剂以及引发剂，所述液晶分子含有第一双键基团，所述液晶分子、所述柔性链以及所述交联剂能够相互连接形成交联网络，并在所述交联网络中形成第二双键基团，所述引发剂用于产生引发剂自由基，引发所述第二双键基团的自由基加成反应，形成单畴液晶弹性体。本发明还公开了一种多畴液晶弹性体、一种单畴液晶弹性体、一种单畴液晶弹性体制备方法、一种单畴液晶弹性体加工方法以及一种单畴液晶弹性体焊接方法。

Description

组合物、多畴液晶弹性体、单畴液晶弹性体及其制备、加工和 焊接方法
技术领域
本发明涉及液晶弹性体领域，特别是涉及一种组合物、多畴液晶弹性体、单畴液晶弹性体及其制备、加工和焊接方法。
背景技术
液晶弹性体是一类具有广泛应用的新型智能材料，由于液晶弹性体具有各向异性的液晶结构，这些结构在取向的过程中能够带来液晶弹性体宏观形变，使得液晶弹性体能够将受到的外界温度变化转化为力学信号，与此同时，由于液晶弹性体材料本身的优良稳定性能，通过掺杂光热材料的方式能够实现液晶弹性体多种刺激相应，拥有制备人工肌肉，盲人显示器的潜力。
但是，通常方法制备的液晶弹性体是多畴液晶弹性体。这一状态下的液晶弹性体处于短程有序，长程无序的状态。要实现液晶弹性体的优良性能，必须将其中的液晶基元取向后制备为单畴液晶弹性体。目前存在两种制备单畴液晶弹性体的方法，早期两步法的方式合成，存在交联密度小，加工难度大的问题；近年来提出的将动态酯交换催化剂引入液晶弹性体网络，实现液晶弹性体先交联，后取向的制备方法，由于体系中存在酯交换催化剂作用，这种方法制备的单畴液晶弹性体存在耐热性能差，单畴易消失的缺陷。
发明内容
基于此，有必要针对单畴易消失的问题，提供一种组合物、多畴液晶弹性体、单畴液晶弹性体以及制备、加工和焊接方法。
一种组合物，用于形成单畴液晶弹性体，所述组合物包括液晶分子、柔性链、交联剂以及引发剂，所述液晶分子含有第一双键基团，所述液晶分子、所述柔性链以及所述交联剂能够相互连接形成交联网络，并在所述交联网络中形成第二双键基团；所述引发剂用于产生引发剂自由基，引发所述第二双键基团的自由基加成反应，形成单畴液晶弹性体。
在其中一个实施例中，所述液晶分子的所述第一双键基团为作为端基的碳碳双键基团，所述柔性链的端基为巯基。
在其中一个实施例中，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、偶氮二异庚腈、过氧化环己酮以及叔丁基过氧化氢中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述液晶分子包括RM257以及RM82中的一种或多种，所述柔性链包括2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇以及1,11-十一烷二硫醇中的一种或多种，所述交联剂包括四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯。
在其中一个实施例中，所述组合物由所述液晶分子、所述柔性链、所述交联剂以及所述引发剂组成。
一种多畴液晶弹性体，具有所述的组合物中的所述液晶分子、所述柔性链、所述交联剂聚合形成的交联网络及负载在所述交联网络中的所述引发剂。
在其中一个实施例中，所述液晶分子的所述第一双键基团作为端基，所述第二双键基团由所述柔性链的端基与所述液晶分子的端基发生迈克尔加成反应形成。
一种多畴液晶弹性体，具有交联网络及负载在所述交联网络中的引发剂，所述交联网络包括第二双键基团，所述引发剂用于产生引发剂自由基，引发所述第二双键基团的自由基加成反应。
在其中一个实施例中，所述第二双键基团为碳碳双键、硫硫双键、氮氮双键、碳氮双键、碳硫双键及硫氮双键基团中的一种或多种。
一种单畴液晶弹性体，具有交联网络及负载在所述交联网络中的引发剂，所述交联网络包括液晶单元，所述液晶单元含有第二双键基团，所述第二双键基团能够在所述引发剂的引发下发生自由基加成反应。
一种单畴液晶弹性体的制备方法，包括以下步骤：
将含有第一双键基团的液晶分子、柔性链、交联剂以及引发剂加入溶剂中形成混合物溶液；
将所述混合物溶液进行聚合反应，使所述液晶分子、所述柔性链以及所述交联剂聚合，形成交联网络，所述引发剂负载在所述交联网络中，从而得到多畴液晶弹性体，所述交联网络含有第二双键基团；
对所述多畴液晶弹性体进行取向处理，施加力的作用，使所述多畴液晶弹性体具有第一形变量；
对所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体进行诱发处理，使所述第二双键基团发生自由基加成反应；
使所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体的取向固定；以及
撤去所述力的作用，得到单畴液晶弹性体。
在其中一个实施例中，所述诱发处理为对所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体加热，使所述引发剂产生引发剂自由基；所述使所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体的所述取向固定为冷却所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体。
在其中一个实施例中，所述加热温度为65℃～135℃，加热时间为60min～180min。
在其中一个实施例中，进一步包括在所述聚合反应前，将催化剂加入所述混合物溶液，所述催化剂为正己胺、二丙胺及三乙胺中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述引发剂和所述第二双键基团在所述自由基加成反应后有剩余。
一种单畴液晶弹性体的加工方法，包括以下步骤：
提供所述单畴液晶弹性体，对所述单畴液晶弹性体进行取向处理，使所述单畴液晶弹性体具有第二形变量；
对所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体进行诱发处理，使所述第二双键基团发生自由基加成反应；
使所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体的取向固定；以及
撤去所述力的作用，得到新的单畴液晶弹性体。
在其中一个实施例中，所述诱发处理为对所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体加热，使所述剩余引发剂产生引发剂自由基；所述使所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体的所述取向固定为冷却所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体。
在其中一个实施例中，所述加热温度为65℃-120℃，加热时间为1h～3h。
一种单畴液晶弹性体的焊接方法，包括以下步骤：
提供具有第一焊接部位的第一单畴液晶弹性体和具有第二焊接部位的第二单畴液晶弹性体，所述第一单畴液晶弹性体和所述第二单畴液晶弹性体具有交联网络及负载在所述交联网络中的引发剂，所述交联网络包括液晶单元，所述液晶单元含有第二双键基团，所述第二双键基团能够在所述引发剂的引发下发生自由基加成反应；
对所述第一焊接部位和所述第二焊接部位施加力的作用，使所述第一焊接部位和所述第二焊接部位接触并相互压紧；以及
对所述接触的所述第一焊接部位和所述第二焊接部位进行诱发处理，使所述第一单畴液晶弹性体的第二双键基团和所述第二单畴液晶弹性体的第二双键基团发生自由基加成反应，使所述第一焊接部位与所述第二焊接部位连接；以及
撤去所述力的作用。
在其中一个实施例中，所述诱发处理为对所述接触的所述第一焊接部位和所述第二焊接部位加热，使所述引发剂产生引发剂自由基；在所述自由基加成反应后还包括冷却所述接触的所述第一焊接部位和所述第二焊接部位。
在其中一个实施例中，所述加热温度为120℃-160℃，加热时间为20min～60min。
本发明通过将含有第一双键基团的液晶分子、柔性链以及交联剂连接的方式形成交联网络，形成含有第二双键基团的多畴液晶弹性体。在诱发处理下，引发剂能够产生引发剂自由基，从而诱发所述第二双键基团的自由基加成反应，使多畴液晶弹性体的取向固定，形成单畴液晶弹性体。采用双键自由基加成的方式实现取向，使得单畴液晶弹性体的取向固定，由于通过引发剂引发的双键基团的自由基加成反应是不可逆的，形成的第二双键不可断开，这种方法形成的单畴液晶弹性体的取向结构不会因外界环境变化而被破坏，形成的结构更牢固，取向固定后不会消失。
附图说明
图1为本发明一实施例的单畴液晶弹性体的制备方法流程图；
图2为本发明实施例1的单畴液晶弹性体取向前后的对比照片；
图3为本发明实施例1的单畴液晶弹性体取向前后的XRD图；
图4为本发明实施例1的单畴液晶弹性体自发伸缩的示意图；
图5为本发明实施例1的单畴液晶弹性体的应变-温度图；
图6为本发明实施例2的单畴液晶弹性体焊接的示意图；
图7为本发明实施例3的单畴液晶弹性体自发伸缩的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的组合物、多畴液晶弹性体、单畴液晶弹性体以及制备、加工和焊接方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种用于形成单畴液晶弹性体的组合物，所述组合物包括包括液晶分子、柔性链、交联剂以及引发剂，所述液晶分子含有第一双键基团，所述液晶分子、所述柔性链以及所述交联剂能够相互连接形成交联网络，并在所述交联网络中形成第二双键基团，所述引发剂用于产生引发剂自由基，引发所述第二双键基团的自由基加成反应，形成单畴液晶弹性体。所述液晶分子包括RM257以及RM82中的一种或多种，所述柔性链包括2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇以及1,11-十一烷二硫醇中的一种或多种，所述交联剂包括四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯。
本发明实施例还提供一种多畴液晶弹性体，所述多畴液晶弹性体具有交联网络及负载在所述交联网络中的引发剂，所述交联网络包括第二双键基团，所述引发剂用于产生引发剂自由基，引发所述第二双键基团的自由基加成反应。具体的，所述第二双键基团为碳碳双键、硫硫双键、氮氮双键、碳氮双键、碳硫双键以及硫氮双键基团中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述多畴液晶弹性体由上述的组合物中的所述液晶分子、所述柔性链、所述交联剂聚合形成交联网络，在所述交联网络中负载有所述引发剂，能够在取向时引发所述第二双键基团的自由基加成反应，使取向固定，形成单畴液晶弹性体。
优选的，所述液晶分子的端基作为第一双键基团，所述第二双键基团由所述柔性链的端基与所述液晶分子的所述第一双键基团发生迈克尔加成反应形成。更优选的，作为所述第一双键基团的所述液晶分子的端基为碳碳双键基团，所述柔性链的端基为巯基，形成的所述第二双键基团为碳硫双键基团。
本发明实施例还提供一种单畴液晶弹性体，所述单畴液晶弹性体由所述多畴液晶弹性体经过取向形成。具有交联网络及负载在所述交联网络中的引发剂，所述交联网络包括液晶单元，所述液晶单元含有第二双键基团，所述第二双键基团能够在所述引发剂的引发下发生自由基加成反应，能够用于进一步的加工和焊接，形成新的单畴液晶弹性体。所述引发剂和所述第二双键基团为所述多畴液晶弹性体取向形成单畴液晶弹性体后的剩余引发剂和剩余第二双键基团。
所述单畴液晶弹性体体是通过将含有第一双键基团的液晶分子、柔性链以及交联剂连接的方式形成交联网络，形成含有第二双键基团并负载有引发剂的多畴液晶弹性体。经过一定条件的引发处理，引发剂能够产生引发剂自由基，从而诱发所述第二双键基团的加成反应，使多畴液晶弹性体的取向固定，形成单畴液晶弹性体。采用双键加成的方式实现取向，使得单畴液晶弹性体的取向固定，由于双键基团的自由基加成反应是不可逆的，形成的第二双键不可断开，这种方法形成的单畴液晶弹性体取向结构不会因外界环境变化而被破坏，形成的结构更牢固，取向固定后不会消失。
请参阅图1，本发明实施例还提供一种单畴液晶弹性体的制备方法，包括以下步骤：
S100，将含有第一双键基团的液晶分子、柔性链、交联剂以及引发剂加入溶剂中形成混合物溶液；
S200，将所述混合物溶液进行聚合反应，使所述液晶分子、所述柔性链以及所述交联剂聚合，形成交联网络，所述引发剂负载在所述交联网络中，从而得到多畴液晶弹性体，所述交联网络含有第二双键基团；
S300，对所述多畴液晶弹性体进行取向处理，施加力的作用，使所述多畴液晶弹性体具有第一形变量；
S400，对所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体进行诱发处理，使所述第二双键基团发生自由基加成反应；
S500，使所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体的取向固定；以及
S600，撤去所述力的作用，得到单畴液晶弹性体。
在步骤S100中，液晶分子优选为具有刚性结构的液晶基元，碳原子个数为3-6的柔性链结构以及可与柔性链、交联剂反应连接的端基。液晶分子的第一双键基团可以在所述液晶分子的非端基或者端基。端基可以为丙烯酸酯基团、环氧基团、异氰酸酯基团或双键基团。优选为，第一双键基团作为液晶分子的端基，更有选为第一双键基团为含碳碳双键的丙烯酸酯基团。当端基选自丙烯酸酯基团时，液晶分子优选为RM257或RM82。RM257的结构式如式(I)所示，RM82的结构式如式(II)所示。
柔性链的端基需与液晶分子的端基配合，能够发生反应。当液晶分子的端基为丙烯酸酯基团或双键基团时，柔性链单体的端基对应为巯基；当液晶分子的端基为环氧基团时，柔性链单体的端基对应为羧基或氨基；当液晶分子的端基为异氰酸酯基团时，柔性链的端基对应为羟基。当端基为巯基时，柔性链的分子通式可以为CnH2n+2OmS2，其中，n≥6，m＝0、2、4等。在一实施例中，柔性链优选为2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇(EDDET)，结构式如式(III)所示。
交联剂中能参与反应的官能团数需大于等于3，端基与柔性链的端基相同，均需与液晶分子的端基配合。在一实施例中，端基优选为巯基，对应的，交联剂优选为四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯(PETMP)，分子式为C17H28O8S4，结构式如式(IV)所示。
溶剂为有机溶剂，且挥发性好，沸点低，例如二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯及氯仿中的至少一种。
在一实施例中，液晶分子、交联剂和柔性链的混合比例优选为化学计量比，例如，当液晶分子具有丙烯酸酯基团，而柔性链和交联剂均含有巯基时，混合物溶液中的丙烯酸酯基团与巯基的摩尔比为1.05:1～1.2:1，优选为1.1:1，以保证在网络取向前体系中存在过量的丙烯酸官能团用于进一步的热取向反应，以使反应充分，杂质较少。
单畴液晶弹性体的制备方法在步骤S200之前，进一步包括：在所述聚合反应前，将催化剂加入混合物溶液中。催化剂的加入，简化了聚合反应的条件，使得反应在常温下即可进行，同时加快了反应速率。催化剂优选为正己胺、二丙胺及三乙胺中的至少一种。
在步骤S200中，在所述催化剂的催化作用下，所述液晶分子、所述柔性链以及所述交联剂聚合形成交联网络，形成多畴液晶弹性体。优选的，所述液晶分子的第一双键基团为端基的碳碳双键基团，所述柔性链的端基为巯基，所述液晶分子、所述柔性链发生迈克尔加成反应连接，并通过所述交联剂形成有交联网络的多畴液晶弹性体。通过迈克尔加成反应，所述液晶分子的端基和所述柔性链的端基形成碳硫双键基团，作为第二双键基团。所述第二双键基团能够在后续的引发剂引发发生双键基团自由基加成反应。
在步骤S200中，还可进一步包括成型处理，将混合物溶液注入模具中进行成型。通过将混合物溶液注入不同的模具中，可以制备不同形状的多畴液晶弹性体，以满足不同的应用需求。
具体的，可以将混合物溶液快速倾倒在基底并使其铺开并施加压力，即得到片状液晶弹性体；也可以将混合物溶液注入聚四氟乙烯孔道中直接成型，或注入后在孔道里插入直径小于孔道直径的实心圆棒，可得到圆柱型液晶弹性体或圆筒形液晶弹性体。
步骤S200得到多畴液晶弹性体由于是未取向的聚合物，未取向的聚合物是各向同性的，即各方向上的性能相同。在外力作用下，聚合物的取向作用使聚合物分子链、链段的取向以及结晶聚合物的晶片等沿特定方向的择优排列。取向后的聚合物是各向异性的，即方向不同，性能不同。各向异性的单畴液晶弹性体材料的应用范围更广。
在步骤S300中，取向处理包括：对所述多畴液晶弹性体进行第一形变处理，通过施加力的作用使所述多畴液晶弹性体具有第一形变量。可根据实际需要施加不同的力，使多畴液晶弹性体具有预期的第一形变量。
具体的，形变处理优选为拉伸处理。拉伸的部位可以为整体或局部中的至少一种，拉伸的方向可以是任意方向的，例如可以为沿液晶弹性体的径向或轴向中的至少一种。根据不同的需求来选择拉伸的部位与方向即可。可以满足多种应用需求，扩大应用范围。
更为具体的，第一形变量的数值具有较大的选择范围，根据需要设置。以片状液晶弹性体为例，当拉伸方向(取向方向)沿片状液晶弹性体的长度方向时，优选为100-200％。当拉伸方向(取向方向)沿片状液晶弹性体的厚度方向时，液晶弹性体的厚度为0.3mm时，第一形变量优选为4-6mm。第一形变量的数值会影响最终取向的程度，第一形变量数值越大，液晶弹性体的取向程度就越高，最后可以固定下来的取向程度也就越高，液晶弹性体在转变温度附近发生的伸缩量也就越大。
在步骤S400中，对所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体进行诱发处理，使所述第二双键基团发生自由基加成反应。优选的，引发剂为热引发剂，诱发处理可以为加热处理，加热能够诱发引发剂产生引发剂自由基。更优选的，加热处理的加热温度为65℃～135℃，加热时间为60min～180min。
热引发剂在混合物的聚合过程中不发挥作用。在后期进行取向加热时，热引发剂裂解产生引发剂自由基，引发液晶分子的第二双键基团产生第二双键基团自由基，第二双键基团自由基通过自由基加成反应连接在一起，固定得到具有第一形变处理产生的取向的单畴液晶弹性体。热引发剂可以为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、偶氮二异庚腈、过氧化环己酮以及叔丁基过氧化氢等中的至少一种。
优选的，在进行诱发处理后，去除引发剂。将经过诱发处理的液晶弹性体在有机溶剂中溶胀，通过溶解除去残余的引发剂。
优选的，在进行诱发处理后，包括步骤S500使所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体的取向固定，具体的，当诱发处理为加热处理时，所述使所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体的所述取向固定为冷却所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体。还包括步骤S600，撤去所述力的作用，得到单畴液晶弹性体。
优选的，得到所述单畴液晶弹性体后，所述单畴液晶弹性体具有剩余第二双键基团和引发剂，所述剩余的引发剂能够进一步诱发所述剩余的第二双键基团发生自由基加成反应，能够用于进一步的加工和焊接，形成新的单畴液晶弹性体。
本发明实施例还提供一种单畴液晶弹性体的加工方法，包括以下步骤：
S710，提供上述单畴液晶弹性体，对所述单畴液晶弹性体进行取向处理，使所述单畴液晶弹性体具有第二形变量；
S720，对所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体进行诱发处理，使所述剩余第二双键基团发生自由基加成反应；
S730，使所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体的取向固定；以及
S740，撤去所述力的作用，得到新的单畴液晶弹性体。
在一实施例中，所述诱发处理为对所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体加热，使所述剩余引发剂产生引发剂自由基。所述使所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体的所述取向固定为冷却所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体。在一实施例中，引发剂为热引发剂，诱发处理为热处理。加热温度为65℃-120℃，加热时间为1h～3h。
通过对单畴液晶弹性体的第二形变处理，产生第二形变量，单畴液晶弹性体存在过量的引发剂和可用于加成反应的第二双键基团，引发剂在有法处理下，产生引发剂自由基，引发剩余第二双键基团产生第二双键基团自由基，第二双键基团自由基通过自由基加成反应连接在一起，固定得到具有第二形变量取向的新的单畴液晶弹性体。
在一实施例中，还进一步包括步骤：对经过第二形变处理得到的取向后的新的液晶弹性体进行加热。加热可以使液晶弹性体收缩，产生收缩后，再将液晶弹性体置于室温下，通过观察液晶弹性体是否进行伸长，即可判断取向是否固定成功。具体的，热处理的温度优选为80-100℃，热处理的时间优选为2-5min。
所述单畴液晶弹性体经再次取向后能够产生伸缩形变，形成新的单畴液晶弹性体，可以应用于人工肌肉、盲人显示器、感应器、光动马达、微流体系统阀门或智能响应界面材料等。
本发明实施例还提供一种单畴液晶弹性体的焊接方法，利用上述方法制备的单畴液晶弹性体，并包括以下步骤：
对所述第一焊接部位和所述第二焊接部位施加力的作用，使所述第一焊接部位和所述第二焊接部位接触并相互压紧；以及
对所述接触的所述第一焊接部位和所述第二焊接部位进行诱发处理，使所述第一单畴液晶弹性体的第二双键基团和所述第二单畴液晶弹性体的第二双键基团发生自由基加成反应，使所述第一焊接部位与所述第二焊接部位连接；以及
撤去所述力的作用。
S810，提供具有第一焊接部位的第一单畴液晶弹性体和具有第二焊接部位的第二单畴液晶弹性体，所述第一单畴液晶弹性体和所述第二单畴液晶弹性体具有交联网络及负载在所述交联网络中的剩余引发剂，所述交联网络包括液晶单元，所述液晶单元含有剩余第二双键基团，所述剩余第二双键基团能够在所述剩余引发剂的引发下发生自由基加成反应；
S820，对所述第一焊接部位和所述第二焊接部位施加力的作用，使所述第一焊接部位和所述第二焊接部位接触并相互压紧；以及
S830，对所述接触的所述第一焊接部位和所述第二焊接部位进行诱发处理，使所述第一单畴液晶弹性体的第二双键基团和所述第二单畴液晶弹性体的第二双键基团发生自由基加成反应，使所述第一焊接部位与所述第二焊接部位连接；
S840，冷却所述接触的部位；以及
S850，撤去所述力的作用。
在一实施例中，所述诱发处理为对所述接触的所述第一焊接部位和所述第二焊接部位加热，使所述引发剂产生引发剂自由基；在所述自由基加成反应后还包括冷却所述接触的所述第一焊接部位和所述第二焊接部位。优选的，所述焊接时的加热温度为120℃-160℃，加热时间为20min～60min。
第一焊接部位和第二焊接部位具有剩余的引发剂和剩余的第二双键基团，剩余引发剂在有法处理下，产生引发剂自由基，引发剩余第二双键基团产生双键基团自由基，双键基团自由基通过自由基加成反应连接在一起，从而使第一单畴液晶弹性体和第二单畴液晶弹性体通过第一焊接部位和第二焊接部位焊接为一体结构。通过剩余引发剂引发的双键基团的自由基加成反应是不可逆的，形成的第二双键不可断开，这种方法形成的单畴液晶弹性体的焊接结构不会因外界环境变化而被破坏，形成的焊接结构更牢固。
实施例1
将0.509mmol RM257、0.400mmol EDDET以及0.0500mmol PETMP溶解于二氯甲烷中，得到混合溶液。将0.060mmol偶氮二异丁腈加入混合溶液中，以及将0.020mmol二丙胺加入到混合物溶液中，形成反应物溶液。将反应物溶液快速倾倒在基底并使其铺开，进行聚合反应，并施加压力，形成多畴液晶弹性体。将多畴液晶弹性体取出并干燥，得到片状的多畴液晶弹性体。
请参阅图2，对具有初始长度的片状多畴液晶弹性体，沿轴向进行第一次拉伸，使其长度变为初始长度的140％，保持拉力，放入恒温为75℃的烘箱，保持烘箱温度，3h后冷却至室温，冷却过程中保持拉力。将样品拉力松开，即可得到具有预期取向的单畴液晶弹性体。
请参阅图3，取向前的多畴液晶弹性体和取向后的单畴液晶弹性体的XRD图像分析结果表明，取向前的多畴液晶弹性体是各向同性的，表现为液晶弹性体各个方向的反射都一样。取向后的单畴液晶弹性体是各向异性的，表现为明显的亮度分布，表征出液晶弹性体材料内部的液晶分子呈现明显的取向。
请参见图4，取向后所得单畴液晶弹性体具有热缩冷胀的性质。将其在80℃的热台上加热2分钟后，该片状液晶弹性体呈现收缩状态。将该片状液晶弹性体从80℃热台上取出置于25℃的室温下时，呈现伸长状态。
请参见图5，由应变-温度图可以看出，该片状液晶弹性体在连续200分钟的高低温循环剌激下，具有稳定的可重复形变，表明该片状液晶弹性体的取向具有较好的耐高温性，使得液晶弹性体的寿命更长，可塑性能更强。
实施例2
取实施例1制备的两条单畴液晶弹性体材料，将两条单畴液晶弹性体材料的两端重叠，置于玻璃片中，按压。将夹有液晶弹性体的玻璃片置于125℃下，恒温60min后，取出玻璃片，冷却至室温。将两端重叠的单畴液晶弹性体材料从玻璃片中取出。
请参阅图6，发现两条单畴液晶弹性体材料的重叠部分已经焊接在一起。表明实施例1制备的该单畴液晶弹性体材料具有可焊接性，通过加热能够实现单畴液晶弹性体的焊接。在加热条件下重叠部分的单畴液晶弹性体材料的引发剂引发双键自由基加成反应，使重叠部位通过键能连接在一起，实现牢固不可逆的焊接。
实施例3
制备带有大头针凸起的平板，大头针凸起端距平板的垂直距离约为5mm。将实施例1制备的片状液晶弹性体铺在大头针凸起端，用带有孔洞的薄硬板纸片状液晶弹性体未和大头针凸起接触的部分压至与平板贴合。然后置于75℃烘箱中，保持作用力180min后，缓慢冷却材料至室温，将液晶弹性体从平板上取下，得到具有可逆凸起形变的液晶弹性体。
将具有可逆凸起形变液晶弹性体置于80℃的热台上2min，从热台取下后置于二氯甲烷中去除残留的偶氮二异丁腈。请参见图7，本实施例的片状液晶弹性体经单个凸起取向后，放到80℃的热台上2min后，凸起部分呈现收缩状态。将该具单个凸起的液晶弹性体从80℃热台上取出置于25℃的室温下时，所述凸起部分呈现伸长状态。具有凸起形变的液晶弹性体可以作为液晶驱动元件应用到盲人显示器中。当温度高于液晶转变温度时，所述凸起的高度下降，无法获得触感；当温度低于液晶转变温度时，所述凸起的高度上升，可以使盲人获得触感。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (21)

1.一种组合物，用于形成单畴液晶弹性体，其特征在于，所述组合物包括液晶分子、柔性链、交联剂以及引发剂，所述液晶分子含有第一双键基团，所述液晶分子、所述柔性链以及所述交联剂能够相互连接形成交联网络，并在所述交联网络中形成第二双键基团；所述引发剂用于产生引发剂自由基，引发所述第二双键基团的自由基加成反应，形成单畴液晶弹性体。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述液晶分子的所述第一双键基团为作为端基的碳碳双键基团，所述柔性链的端基为巯基。
3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、偶氮二异庚腈、过氧化环己酮以及叔丁基过氧化氢中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述液晶分子包括RM257以及RM82中的一种或多种，所述柔性链包括2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇以及1,11-十一烷二硫醇中的一种或多种，所述交联剂包括四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯。
5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述组合物由所述液晶分子、所述柔性链、所述交联剂以及所述引发剂组成。
6.一种多畴液晶弹性体，其特征在于，具有由权利要求1至5中任一项所述的组合物中的所述液晶分子、所述柔性链、所述交联剂聚合形成的交联网络及负载在所述交联网络中的所述引发剂。
7.根据权利要求6所述的多畴液晶弹性体，其特征在于，所述液晶分子的所述第一双键基团作为端基，所述第二双键基团由所述柔性链的端基与所述液晶分子的端基发生迈克尔加成反应形成。
8.一种多畴液晶弹性体，其特征在于，具有交联网络及负载在所述交联网络中的引发剂，所述交联网络包括第二双键基团，所述引发剂用于产生引发剂自由基，引发所述第二双键基团的自由基加成反应。
9.根据权利要求8所述的多畴液晶弹性体，其特征在于，所述第二双键基团为碳碳双键、硫硫双键、氮氮双键、碳氮双键、碳硫双键及硫氮双键基团中的一种或多种。
10.一种单畴液晶弹性体，其特征在于，具有交联网络及负载在所述交联网络中的引发剂，所述交联网络包括液晶单元，所述液晶单元含有第二双键基团，所述第二双键基团能够在所述引发剂的引发下发生自由基加成反应。
11.一种单畴液晶弹性体的制备方法，包括以下步骤：
将含有第一双键基团的液晶分子、柔性链、交联剂以及引发剂加入溶剂中形成混合物溶液；
将所述混合物溶液进行聚合反应，使所述液晶分子、所述柔性链以及所述交联剂聚合，形成交联网络，所述引发剂负载在所述交联网络中，从而得到多畴液晶弹性体，所述交联网络含有第二双键基团；
对所述多畴液晶弹性体进行取向处理，施加力的作用，使所述多畴液晶弹性体具有第一形变量；
对所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体进行诱发处理，使所述第二双键基团发生自由基加成反应；
使所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体的取向固定；以及
撤去所述力的作用，得到单畴液晶弹性体。
12.根据权利要求11所述的单畴液晶弹性体的制备方法，其特征在于，所述诱发处理为对所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体加热，使所述引发剂产生引发剂自由基；所述使所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体的所述取向固定为冷却所述具有第一形变量的所述多畴液晶弹性体。
13.根据权利要求12所述的单畴液晶弹性体的制备方法，其特征在于，所述加热温度为65℃～135℃，加热时间为60min～180min。
14.根据权利要求11所述的单畴液晶弹性体的制备方法，其特征在于，进一步包括在所述聚合反应前，将催化剂加入所述混合物溶液，所述催化剂为正己胺、二丙胺及三乙胺中的一种或多种。
15.根据权利要求11所述的单畴液晶弹性体的制备方法，其特征在于，所述引发剂和所述第二双键基团在所述自由基加成反应后有剩余。
16.一种单畴液晶弹性体的加工方法，包括以下步骤：
提供如权利要求10所述单畴液晶弹性体，对所述单畴液晶弹性体进行取向处理，使所述单畴液晶弹性体具有第二形变量；
对所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体进行诱发处理，使所述第二双键基团发生自由基加成反应；
使所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体的取向固定；以及
撤去所述力的作用，得到新的单畴液晶弹性体。
17.根据权利要求16所述的单畴液晶弹性体的加工方法，其特征在于，所述诱发处理为对所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体加热，使所述剩余引发剂产生引发剂自由基；所述使所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体的所述取向固定为冷却所述具有第二形变量的所述单畴液晶弹性体。
18.根据权利要求17所述的单畴液晶弹性体的加工方法，其特征在于，所述加热温度为65℃-120℃，加热时间为1h～3h。
19.一种单畴液晶弹性体的焊接方法，包括以下步骤：
提供具有第一焊接部位的第一单畴液晶弹性体和具有第二焊接部位的第二单畴液晶弹性体，所述第一单畴液晶弹性体和所述第二单畴液晶弹性体具有交联网络及负载在所述交联网络中的引发剂，所述交联网络包括液晶单元，所述液晶单元含有第二双键基团，所述第二双键基团能够在所述引发剂的引发下发生自由基加成反应；
对所述第一焊接部位和所述第二焊接部位施加力的作用，使所述第一焊接部位和所述第二焊接部位接触并相互压紧；以及
对所述接触的所述第一焊接部位和所述第二焊接部位进行诱发处理，使所述第一单畴液晶弹性体的第二双键基团和所述第二单畴液晶弹性体的第二双键基团发生自由基加成反应，使所述第一焊接部位与所述第二焊接部位连接；以及
撤去所述力的作用。
20.根据权利要求19所述的单畴液晶弹性体的焊接方法，其特征在于，所述诱发处理为对所述接触的所述第一焊接部位和所述第二焊接部位加热，使所述引发剂产生引发剂自由基；在所述自由基加成反应后还包括冷却所述接触的所述第一焊接部位和所述第二焊接部位。
21.根据权利要求20所述的单畴液晶弹性体的焊接方法，其特征在于，所述加热温度为120℃-160℃，加热时间为20min～60min。
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