尼龙6长丝的增强增韧改性及其结构性能研究
发布时间：2021-03-08 14:32
随着聚合和纺丝技术的进步,尼龙6长丝生产能力逐年提升,应用领域不断扩展。然而,受生产设备、技术壁垒等因素的限制,目前国内高性能尼龙6长丝的对外依存度仍然较高,进口量较大。因此,如何在现有条件下获得兼具高强度和高韧性的尼龙6长丝进而突破技术壁垒、扩大其应用范围,受到广大研究者的关注。尼龙6分子中的酰胺基团（-NHCO-）为极性基团,分子链间易通过氢键作用形成结晶,导致了分子间缠结过多,限制了强度的提高。本文从纺丝工艺和原料改性两个角度出发,研究了纺丝牵伸工艺和增塑剂改性对尼龙6结构性能的影响,对其相关机理进行了分析,并制备出了具有较高强度和韧性的尼龙6长丝。主要内容如下:通过熔融纺丝结合“二级牵伸”工艺制备了高强尼龙6长丝。利用差示扫描量热仪（DSC）、X射线衍射仪（XRD）、声速取向测试仪、热重分析仪（TGA）、拉伸性能测试以及回潮率测试等技术手段,研究了牵伸倍数对尼龙6长丝结构性能的影响。结果表明,牵伸倍数的提高能够诱导尼龙6由γ晶型向α晶型转变,分子链排列更加规整,长丝的结晶度、取向度、热稳定性和力学性能随牵伸倍数的提高而增加。当二级牵伸倍数为3.0、牵伸温度210℃时,尼龙6长丝...
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
尼龙6分子链结构图
尼龙6长丝的增强增韧改性及其结构性能研究3结晶动力学分析包括等温结晶动力学和非等温结晶动力学。图1-2（a）尼龙球晶形成过程（b）尼龙6球晶形貌Fig.1-2(a)Formationprossofnylonspherulitea;(b)Morphologyofnylon6Avrami方程即阿夫拉米方程，是研究等温结晶动力学的一种常用的方法[23]。它能在一定程度上解释尼龙6的结晶行为。但在很多研究中发现，Avrami指数n一般为小数，且在结晶后期Avrami方程拟合直线发生偏离，该方法只适合描述尼龙6结晶初期，到后期晶体间相互碰撞后就不再适用了。由于非等温结晶过程存在温度变化，此时再用Avrami方程是不合适的。考虑到加工过程中的温度变化，非等温结晶更能反映实际情况，不同研究者对其进行研究，产生了多套理论，目前常采用的非等温结晶动力学分析方法有Jeziorny法、Ozawa法、莫志深法（Mo法）[24-27]。Jeziorny方程考虑到了降温速率，但动力学参数物理意义不明确。Ozawa方程考虑到了结晶成核和晶体生长，但数据点少，图形往往不是一条直线，难以获得可靠的动力学参数。Mo法将Avrami方程和Ozawa法结合起来，建立了相对结晶度下降温度和时间的关系，得到了有明确物理意义的参数，适用于大多数尼龙材料的结晶过程。1.2.4尼龙6的氢键作用由于分子链间的氢键作用，尼龙材料通常具有高度的各向异性，尼龙6的各向异性力学行为表明了这一点，其垂直于氢键方向的线性压缩率是平行方向的4.3倍[28]。部分电子从氢原子转移到氧原子使氢键具有离子特性，电偶极之间的静电吸引作用增强了酰胺键相互作用的强度[29]。研究表明偶极相互作用的破坏很可能导致玻璃化转变和高聚物熔融，进而使氢键发生断裂。酰胺基团的构象也会影响氢键的强度和链轴的重复，重复链段越短对应的氢键强度越强，强的氢键?
尼龙6长丝的增强增韧改性及其结构性能研究13采用箱外称重法称取干重G0，其回潮率W按式（2-2）计算：=00×100（2-2）式中，G为尼龙6长丝在标准状态下测得的湿重，G0为尼龙6长丝的干重。2.3结果与讨论2.3.1DSC分析不同牵伸工艺下尼龙6长丝的DSC曲线如图2-1所示，其中样品编号1#、2#、3#、4#分别代表牵伸倍数为1.2、1.8、2.4、3.0所得到的尼龙6长丝。由图可知，牵伸倍数为1.2、1.8、2.4时尼龙6长丝的DSC升温曲线均出现一个熔融峰和一个肩峰，牵伸倍数为3.0时只有一个熔融峰。出现该现象可能有以下两个原因：一是在低倍牵伸工艺下的得到的尼龙6长丝内部存在两种不同的晶型，分别是α晶型和γ晶型，随着牵伸倍数的提高，γ晶型转化为α晶型，由于两种晶型的热稳定性不同，会在不同的温度下熔融，因此低牵伸倍数下存在肩峰，高牵伸倍数下只存在一种晶型，表现为单峰；二是在低倍牵伸得到尼龙6长丝内部晶体不完善，内部结晶缺陷导致其在升温过程出现熔融-重结晶的现象，即熔融过程出现肩峰，当牵伸倍数提高时，大分子链上的拉伸应力增加，分子排列更加规整，减少了缺陷[67]。图2-1尼龙6长丝的DSC升温曲线Fig.2-1DSCheatingcurvesofnylon6filaments将熔融峰温度Tm，样品熔融焓ΔH，及按照式（2-1）计算得到的各样品的Xt列于表2-3。由表中数据可知，随着牵伸倍数的提高，熔融峰温度向高温处移动。说明在一定范围内提高牵伸倍数能够使尼龙6长丝内部晶体不断完善，晶型向稳定性更高的形态转变，熔融温度提高。随着牵伸倍数的提高，ΔH增大，结晶度提
【参考文献】：
期刊论文
[1]高强锦纶6长丝的制备及其结构与性能研究[J]. 周怡琰,杨前方,袁如超,陈仕艳,俞建勇,李发学,陈立军. 合成纤维工业. 2019(02)
[2]粗特锦纶6分纤母丝的结构与性能研究[J]. 杨前方,袁如超,范硕,陈仕艳,俞建勇,李发学,陈立军. 合成纤维工业. 2019(01)
[3]了不起的尼龙家族[J]. 崔书健. 纺织科学研究. 2019(02)
[4]增韧增强尼龙材料的研制[J]. 郑夏莲,马元好,张小姣. 现代工业经济和信息化. 2018(15)
[5]聚酰胺6产业国内外发展现状及经济应用研究[J]. 李飞亚. 中国经贸导刊(中). 2018(29)
[6]我国尼龙6和尼龙66发展研究[J]. 董建勋,何泽涵,杨光杰,李晓辉,郭卫东. 能源与环保. 2018(06)
[7]黑色高强锦纶6长丝的制备和分析[J]. 陈欣. 产业用纺织品. 2018(06)
[8]增韧剂对尼龙6/碳纤维复合材料性能的影响[J]. 李姝喆,王伟,夏浙安,李欣欣. 功能高分子学报. 2018(06)
[9]几种锦纶长丝的性能研究[J]. 周蓉,张一平,张晓侠. 河南工程学院学报(自然科学版). 2018(01)
[10]PA6/PEPA复合物的制备及结构性能研究[J]. 蔡倩,王锐,董振峰,杨憬,朱志国. 化工新型材料. 2018(01)
博士论文
[1]离子液体接枝尼龙6的制备及其结构、性能与应用的研究[D]. 郑鑫.中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) 2019
硕士论文
[1]高强锦纶6长丝性能分析及纤维纺丝成形数学模拟[D]. 严玮.东华大学 2019
[2]生物基尼龙56的结晶、动态热力学及流变性能研究[D]. 吴田田.东华大学 2017
[3]尼龙6的增韧增透改性及性能研究[D]. 王小斌.华南理工大学 2016
[4]D-山梨醇多晶型的研究[D]. 王艳蕾.天津大学 2012
本文编号：3071210
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
尼龙6分子链结构图
尼龙6长丝的增强增韧改性及其结构性能研究3结晶动力学分析包括等温结晶动力学和非等温结晶动力学。图1-2（a）尼龙球晶形成过程（b）尼龙6球晶形貌Fig.1-2(a)Formationprossofnylonspherulitea;(b)Morphologyofnylon6Avrami方程即阿夫拉米方程，是研究等温结晶动力学的一种常用的方法[23]。它能在一定程度上解释尼龙6的结晶行为。但在很多研究中发现，Avrami指数n一般为小数，且在结晶后期Avrami方程拟合直线发生偏离，该方法只适合描述尼龙6结晶初期，到后期晶体间相互碰撞后就不再适用了。由于非等温结晶过程存在温度变化，此时再用Avrami方程是不合适的。考虑到加工过程中的温度变化，非等温结晶更能反映实际情况，不同研究者对其进行研究，产生了多套理论，目前常采用的非等温结晶动力学分析方法有Jeziorny法、Ozawa法、莫志深法（Mo法）[24-27]。Jeziorny方程考虑到了降温速率，但动力学参数物理意义不明确。Ozawa方程考虑到了结晶成核和晶体生长，但数据点少，图形往往不是一条直线，难以获得可靠的动力学参数。Mo法将Avrami方程和Ozawa法结合起来，建立了相对结晶度下降温度和时间的关系，得到了有明确物理意义的参数，适用于大多数尼龙材料的结晶过程。1.2.4尼龙6的氢键作用由于分子链间的氢键作用，尼龙材料通常具有高度的各向异性，尼龙6的各向异性力学行为表明了这一点，其垂直于氢键方向的线性压缩率是平行方向的4.3倍[28]。部分电子从氢原子转移到氧原子使氢键具有离子特性，电偶极之间的静电吸引作用增强了酰胺键相互作用的强度[29]。研究表明偶极相互作用的破坏很可能导致玻璃化转变和高聚物熔融，进而使氢键发生断裂。酰胺基团的构象也会影响氢键的强度和链轴的重复，重复链段越短对应的氢键强度越强，强的氢键?
尼龙6长丝的增强增韧改性及其结构性能研究13采用箱外称重法称取干重G0，其回潮率W按式（2-2）计算：=00×100（2-2）式中，G为尼龙6长丝在标准状态下测得的湿重，G0为尼龙6长丝的干重。2.3结果与讨论2.3.1DSC分析不同牵伸工艺下尼龙6长丝的DSC曲线如图2-1所示，其中样品编号1#、2#、3#、4#分别代表牵伸倍数为1.2、1.8、2.4、3.0所得到的尼龙6长丝。由图可知，牵伸倍数为1.2、1.8、2.4时尼龙6长丝的DSC升温曲线均出现一个熔融峰和一个肩峰，牵伸倍数为3.0时只有一个熔融峰。出现该现象可能有以下两个原因：一是在低倍牵伸工艺下的得到的尼龙6长丝内部存在两种不同的晶型，分别是α晶型和γ晶型，随着牵伸倍数的提高，γ晶型转化为α晶型，由于两种晶型的热稳定性不同，会在不同的温度下熔融，因此低牵伸倍数下存在肩峰，高牵伸倍数下只存在一种晶型，表现为单峰；二是在低倍牵伸得到尼龙6长丝内部晶体不完善，内部结晶缺陷导致其在升温过程出现熔融-重结晶的现象，即熔融过程出现肩峰，当牵伸倍数提高时，大分子链上的拉伸应力增加，分子排列更加规整，减少了缺陷[67]。图2-1尼龙6长丝的DSC升温曲线Fig.2-1DSCheatingcurvesofnylon6filaments将熔融峰温度Tm，样品熔融焓ΔH，及按照式（2-1）计算得到的各样品的Xt列于表2-3。由表中数据可知，随着牵伸倍数的提高，熔融峰温度向高温处移动。说明在一定范围内提高牵伸倍数能够使尼龙6长丝内部晶体不断完善，晶型向稳定性更高的形态转变，熔融温度提高。随着牵伸倍数的提高，ΔH增大，结晶度提
【参考文献】：
期刊论文
[1]高强锦纶6长丝的制备及其结构与性能研究[J]. 周怡琰,杨前方,袁如超,陈仕艳,俞建勇,李发学,陈立军. 合成纤维工业. 2019(02)
[2]粗特锦纶6分纤母丝的结构与性能研究[J]. 杨前方,袁如超,范硕,陈仕艳,俞建勇,李发学,陈立军. 合成纤维工业. 2019(01)
[3]了不起的尼龙家族[J]. 崔书健. 纺织科学研究. 2019(02)
[4]增韧增强尼龙材料的研制[J]. 郑夏莲,马元好,张小姣. 现代工业经济和信息化. 2018(15)
[5]聚酰胺6产业国内外发展现状及经济应用研究[J]. 李飞亚. 中国经贸导刊(中). 2018(29)
[6]我国尼龙6和尼龙66发展研究[J]. 董建勋,何泽涵,杨光杰,李晓辉,郭卫东. 能源与环保. 2018(06)
[7]黑色高强锦纶6长丝的制备和分析[J]. 陈欣. 产业用纺织品. 2018(06)
[8]增韧剂对尼龙6/碳纤维复合材料性能的影响[J]. 李姝喆,王伟,夏浙安,李欣欣. 功能高分子学报. 2018(06)
[9]几种锦纶长丝的性能研究[J]. 周蓉,张一平,张晓侠. 河南工程学院学报(自然科学版). 2018(01)
[10]PA6/PEPA复合物的制备及结构性能研究[J]. 蔡倩,王锐,董振峰,杨憬,朱志国. 化工新型材料. 2018(01)
博士论文
[1]离子液体接枝尼龙6的制备及其结构、性能与应用的研究[D]. 郑鑫.中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) 2019
硕士论文
[1]高强锦纶6长丝性能分析及纤维纺丝成形数学模拟[D]. 严玮.东华大学 2019
[2]生物基尼龙56的结晶、动态热力学及流变性能研究[D]. 吴田田.东华大学 2017
[3]尼龙6的增韧增透改性及性能研究[D]. 王小斌.华南理工大学 2016
[4]D-山梨醇多晶型的研究[D]. 王艳蕾.天津大学 2012
本文编号：3071210
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