尼龍是包裝領(lǐng)域重要的高分子材料之一,與常用的尼龍6相比,尼龍6-66(PA6-66)具有更優(yōu)異的韌性、透明性,以及更低的熔點(diǎn),更低的加工能耗,是一種應(yīng)用前景廣闊的包裝材料。然而,現(xiàn)階段PA6-66薄膜的強(qiáng)度和阻隔性能等需要進(jìn)一步提高,以拓寬其應(yīng)用范圍,替代傳統(tǒng)的包裝材料。在包裝領(lǐng)域,大部分的尼龍薄膜均進(jìn)行了雙向拉伸過程,以大幅提高薄膜的力學(xué)性能和阻隔性能。雙向拉伸過程將影響尼龍的微觀結(jié)構(gòu)(如結(jié)晶度、晶體取向、晶型變化等),微觀結(jié)構(gòu)的變化將進(jìn)一步?jīng)Q定薄膜的宏觀性能(如力學(xué)性能、阻隔性能、光學(xué)性能、熱收縮率等)。然而,目前國(guó)內(nèi)外的研究中較少涉及PA6-66薄膜的雙向拉伸過程、微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和薄膜最終性能之間的關(guān)系,極大限制了PA6-66在包裝領(lǐng)域中的應(yīng)用。本論文以PA6-66為基材,通過引入蒙脫土(MMT)制備了PA6-66/MMT納米復(fù)合材料,提高了材料的力學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上,為克服PA6-66/MMT韌性不足的問題,通過熔融共混引入納米二氧化硅(SiO_2),通過SiO_2和MMT的協(xié)同作用,不僅改善了PA6-66/MMT的韌性,同時(shí)提高了其他各項(xiàng)力學(xué)性能。為進(jìn)一步考察PA6-66、PA6-66/MMT和PA6-66/MMT/SiO_2在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用潛力,通過擠出流延成膜并進(jìn)行雙向拉伸,系統(tǒng)研究了雙向拉伸對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和宏觀性能的影響機(jī)理。論文主要內(nèi)容如下:1、采用熔融共混制備了PA6-66/MMT納米復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn),MMT剝離效果優(yōu)異,在尼龍基體中分散均勻;MMT具備異相成核作用,促進(jìn)了PA6-66的成核過程;隨著MMT含量的增加,PA6-66/MMT熔體的彈性逐漸降低,納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度逐漸提高,韌性逐漸降低。2、為克服PA6-66/MMT韌性不足的缺點(diǎn),通過引入SiO_2,制備了PA6-66/MMT/SiO_2納米復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn),SiO_2提高了MMT的剝離和分散效果,SiO_2和MMT兩者對(duì)PA6-66的結(jié)晶性能、熱變形溫度、非線性流變行為和力學(xué)性能均有協(xié)同促進(jìn)作用,引入SiO_2能夠同時(shí)提高PA6-66/MMT的強(qiáng)度和韌性,在韌性方面的改善作用尤為明顯。3、為考察PA6-66及其納米復(fù)合材料在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用,首先研究了雙向拉伸對(duì)純PA6-66薄膜的結(jié)構(gòu)和性能的影響機(jī)理。通過擠出流延制備了PA6-66薄膜,并對(duì)薄膜進(jìn)行單向和雙向拉伸。研究發(fā)現(xiàn)拉伸后薄膜中主要存在α晶型,單向拉伸后無定型區(qū)和α晶的b軸沿MD方向取向,α晶的c軸沿ND方向取向;雙向拉伸后無定型區(qū)和α晶b軸沿MD方向的取向程度降低,α晶c軸沿ND方向的取向程度提高。隨著拉伸比的增加,薄膜的結(jié)晶度、片晶的長(zhǎng)周期增加,拉伸強(qiáng)度、水蒸氣和氧氣阻隔性能、熱收縮率逐漸提高,斷裂伸長(zhǎng)率逐漸降低,光學(xué)性能基本不變。單向拉伸的薄膜在TD方向的力學(xué)性能和熱收縮率變化較小,雙向拉伸的薄膜MD和TD方向的各項(xiàng)性能基本一致。這表明PA6-66薄膜的各項(xiàng)宏觀性能強(qiáng)烈依賴于晶區(qū)和無定型區(qū)的取向。4、基于PA6-66薄膜的研究,探討了雙向拉伸PA6-66/MMT薄膜的結(jié)構(gòu)和性能變化規(guī)律。結(jié)果表明,PA6-66/MMT薄膜中的晶型和取向規(guī)律與與PA6-66薄膜類似。此外,流延膜中的MMT存在平行于薄膜平面排列的初始取向,拉伸后取向度增加,雙向拉伸薄膜中的取向度最高。與PA6-66薄膜的規(guī)律一致,隨著拉伸比的增加,PA6-66/MMT薄膜的結(jié)晶度增加、拉伸強(qiáng)度增加、斷裂伸長(zhǎng)率降低、阻隔性能提高、熱收縮率增加。此外,MMT的加入提高了薄膜的拉伸強(qiáng)度和阻隔性能,降低了薄膜的熱收縮率,這些特點(diǎn)有望使PA6-66/MMT薄膜以一種高性能材料應(yīng)用于包裝領(lǐng)域。5、在PA6-66/MMT的基礎(chǔ)上,考察了PA6-66/MMT/SiO_2薄膜在雙向拉伸作用下的結(jié)構(gòu)和性能。研究發(fā)現(xiàn),SiO_2的加入對(duì)PA6-66/MMT薄膜的主要晶型和取向規(guī)律影響不大。拉伸和納米粒子均能提高PA6-66的結(jié)晶度,兩者共同促進(jìn)了PA6-66的結(jié)晶。拉伸作用對(duì)PA6-66/MMT/SiO_2薄膜的力學(xué)、阻隔和熱收縮率的變化趨勢(shì)與PA6-66/MMT薄膜一致,而透光率降低、霧度增大。此外,SiO_2的加入在不影響PA6-66/MMT薄膜拉伸強(qiáng)度的基礎(chǔ)上提高了斷裂伸長(zhǎng)率和阻隔性能,降低了熱收縮率。由此可見,雙向拉伸PA6-66/MMT/SiO_2薄膜具備優(yōu)異的力學(xué)性能、阻隔性能和尺寸穩(wěn)定性,在包裝領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：湖南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB33;TB484
【部分圖文】：

圖 1-2 （a）尼龍 m 和（b）尼龍 mn 的結(jié)構(gòu)通式。Fig. 1-2 General fomulas of (a) nylon m and (b) nylon mn采用多種聚酰胺單體共聚合制備的尼龍。比如2

圖 1-3 尼龍 6 的 α 和 γ 晶型結(jié)構(gòu)[3]Fig. 1-3 The crystalline structure of α and γ-form crystal population of nylon 6.尼龍 6 主要形成 α，β和 γ 三種晶型。其中，α晶型為單斜晶系，是尼龍的晶型，一般由熔體緩慢冷卻得到。α晶型中，尼龍 6 分子鏈以反平行的方式，氫鍵全部成鍵，是尼龍 6 最穩(wěn)定的晶型。分子鏈方向?yàn)?b 軸，氫鍵平面（002

he correlative data of α and γ-form crystal populatioα γ 單斜晶系 假六方晶系a=0.956 nm a=0.472anmb=0.1724 nm c=1.688anmc=0.801 nm γ=120°aβ=67.5°(200) (001)(002/202) (200/ 20 1)d200≈0.370 nm d001≈0.413 nmd002+202≈0.440 nm1.23 1.16241 239斜晶系數(shù)據(jù)(a=0.933 nm，b=1.688 nm，c=0.478

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本文編號(hào)：2817867