隨著聚合和紡絲技術的進步,尼龍6長絲生產(chǎn)能力逐年提升,應用領域不斷擴展。然而,受生產(chǎn)設備、技術壁壘等因素的限制,目前國內(nèi)高性能尼龍6長絲的對外依存度仍然較高,進口量較大。因此,如何在現(xiàn)有條件下獲得兼具高強度和高韌性的尼龍6長絲進而突破技術壁壘、擴大其應用范圍,受到廣大研究者的關注。尼龍6分子中的酰胺基團（-NHCO-）為極性基團,分子鏈間易通過氫鍵作用形成結(jié)晶,導致了分子間纏結(jié)過多,限制了強度的提高。本文從紡絲工藝和原料改性兩個角度出發(fā),研究了紡絲牽伸工藝和增塑劑改性對尼龍6結(jié)構性能的影響,對其相關機理進行了分析,并制備出了具有較高強度和韌性的尼龍6長絲。主要內(nèi)容如下:通過熔融紡絲結(jié)合“二級牽伸”工藝制備了高強尼龍6長絲。利用差示掃描量熱儀（DSC）、X射線衍射儀（XRD）、聲速取向測試儀、熱重分析儀（TGA）、拉伸性能測試以及回潮率測試等技術手段,研究了牽伸倍數(shù)對尼龍6長絲結(jié)構性能的影響。結(jié)果表明,牽伸倍數(shù)的提高能夠誘導尼龍6由γ晶型向α晶型轉(zhuǎn)變,分子鏈排列更加規(guī)整,長絲的結(jié)晶度、取向度、熱穩(wěn)定性和力學性能隨牽伸倍數(shù)的提高而增加。當二級牽伸倍數(shù)為3.0、牽伸溫度210℃時,尼龍6長絲... 

【文章來源】：東華大學上海市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

尼龍6分子鏈結(jié)構圖

尼龍6長絲的增強增韌改性及其結(jié)構性能研究3結(jié)晶動力學分析包括等溫結(jié)晶動力學和非等溫結(jié)晶動力學。圖1-2（a）尼龍球晶形成過程（b）尼龍6球晶形貌Fig.1-2(a)Formationprossofnylonspherulitea;(b)Morphologyofnylon6Avrami方程即阿夫拉米方程，是研究等溫結(jié)晶動力學的一種常用的方法[23]。它能在一定程度上解釋尼龍6的結(jié)晶行為。但在很多研究中發(fā)現(xiàn)，Avrami指數(shù)n一般為小數(shù)，且在結(jié)晶后期Avrami方程擬合直線發(fā)生偏離，該方法只適合描述尼龍6結(jié)晶初期，到后期晶體間相互碰撞后就不再適用了。由于非等溫結(jié)晶過程存在溫度變化，此時再用Avrami方程是不合適的�？紤]到加工過程中的溫度變化，非等溫結(jié)晶更能反映實際情況，不同研究者對其進行研究，產(chǎn)生了多套理論，目前常采用的非等溫結(jié)晶動力學分析方法有Jeziorny法、Ozawa法、莫志深法（Mo法）[24-27]。Jeziorny方程考慮到了降溫速率，但動力學參數(shù)物理意義不明確。Ozawa方程考慮到了結(jié)晶成核和晶體生長，但數(shù)據(jù)點少，圖形往往不是一條直線，難以獲得可靠的動力學參數(shù)。Mo法將Avrami方程和Ozawa法結(jié)合起來，建立了相對結(jié)晶度下降溫度和時間的關系，得到了有明確物理意義的參數(shù)，適用于大多數(shù)尼龍材料的結(jié)晶過程。1.2.4尼龍6的氫鍵作用由于分子鏈間的氫鍵作用，尼龍材料通常具有高度的各向異性，尼龍6的各向異性力學行為表明了這一點，其垂直于氫鍵方向的線性壓縮率是平行方向的4.3倍[28]。部分電子從氫原子轉(zhuǎn)移到氧原子使氫鍵具有離子特性，電偶極之間的靜電吸引作用增強了酰胺鍵相互作用的強度[29]。研究表明偶極相互作用的破壞很可能導致玻璃化轉(zhuǎn)變和高聚物熔融，進而使氫鍵發(fā)生斷裂。酰胺基團的構象也會影響氫鍵的強度和鏈軸的重復，重復鏈段越短對應的氫鍵強度越強，強的氫鍵?

尼龍6長絲的增強增韌改性及其結(jié)構性能研究13采用箱外稱重法稱取干重G0，其回潮率W按式（2-2）計算：=00×100（2-2）式中，G為尼龍6長絲在標準狀態(tài)下測得的濕重，G0為尼龍6長絲的干重。2.3結(jié)果與討論2.3.1DSC分析不同牽伸工藝下尼龍6長絲的DSC曲線如圖2-1所示，其中樣品編號1#、2#、3#、4#分別代表牽伸倍數(shù)為1.2、1.8、2.4、3.0所得到的尼龍6長絲。由圖可知，牽伸倍數(shù)為1.2、1.8、2.4時尼龍6長絲的DSC升溫曲線均出現(xiàn)一個熔融峰和一個肩峰，牽伸倍數(shù)為3.0時只有一個熔融峰。出現(xiàn)該現(xiàn)象可能有以下兩個原因：一是在低倍牽伸工藝下的得到的尼龍6長絲內(nèi)部存在兩種不同的晶型，分別是α晶型和γ晶型，隨著牽伸倍數(shù)的提高，γ晶型轉(zhuǎn)化為α晶型，由于兩種晶型的熱穩(wěn)定性不同，會在不同的溫度下熔融，因此低牽伸倍數(shù)下存在肩峰，高牽伸倍數(shù)下只存在一種晶型，表現(xiàn)為單峰；二是在低倍牽伸得到尼龍6長絲內(nèi)部晶體不完善，內(nèi)部結(jié)晶缺陷導致其在升溫過程出現(xiàn)熔融-重結(jié)晶的現(xiàn)象，即熔融過程出現(xiàn)肩峰，當牽伸倍數(shù)提高時，大分子鏈上的拉伸應力增加，分子排列更加規(guī)整，減少了缺陷[67]。圖2-1尼龍6長絲的DSC升溫曲線Fig.2-1DSCheatingcurvesofnylon6filaments將熔融峰溫度Tm，樣品熔融焓ΔH，及按照式（2-1）計算得到的各樣品的Xt列于表2-3。由表中數(shù)據(jù)可知，隨著牽伸倍數(shù)的提高，熔融峰溫度向高溫處移動。說明在一定范圍內(nèi)提高牽伸倍數(shù)能夠使尼龍6長絲內(nèi)部晶體不斷完善，晶型向穩(wěn)定性更高的形態(tài)轉(zhuǎn)變，熔融溫度提高。隨著牽伸倍數(shù)的提高，ΔH增大，結(jié)晶度提

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]離子液體接枝尼龍6的制備及其結(jié)構、性能與應用的研究[D]. 鄭鑫.中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所) 2019

碩士論文
[1]高強錦綸6長絲性能分析及纖維紡絲成形數(shù)學模擬[D]. 嚴瑋.東華大學 2019
[2]生物基尼龍56的結(jié)晶、動態(tài)熱力學及流變性能研究[D]. 吳田田.東華大學 2017
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[4]D-山梨醇多晶型的研究[D]. 王艷蕾.天津大學 2012



本文編號：3071210