尼龙612-6共聚物的制备及性能研究

作     者：产文涛 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：俞昊

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：尼龙612-6共聚物 冲击强度 聚合反应动力学 结晶动力学 热降解动力学 流变性能 

摘      要：尼龙612是一种性能优异的结晶性聚合物,其应用领域十分广泛,但在一些情况下会要求材料具有更高的冲击强度,需要对尼龙612进行增韧改性。本文通过尼龙612盐与己内酰胺进行共聚,将尼龙6的结构单元引入到尼龙612的大分子链上,破坏其原有的大分子链的规整排列,降低聚合物体系的结晶度和氢键密度,从而合成了一种韧性好、透光率高的改性尼龙612-6共聚物。对尼龙612的聚合反应动力学进行研究,结果表明:尼龙612在此过程中符合二级反应动力学,聚合反应活化能为49.10 kJ/mol。探究尼龙612的聚合工艺,确定较佳的聚合条件为:聚合时间5 h、聚合温度25060℃。成功制备了己内酰胺(CPL)添加量分别为10wt%、15 wt%、20wt%、25 wt%的尼龙612及其共聚物,同时对获得的聚合物切片进行一系列的相应表征,分析不同聚合样品的力学性能差异原因。并且确定15wt%的尼龙612-6共聚物能获得较佳的综合力学性能,其相比尼龙612:缺口冲击强度提高113%、断裂伸长率提高127%、拉伸强度下降8%、弯曲强度下降28%。对尼龙612和尼龙612-6共聚物进行结晶动力学、热降解动力学和流变性能的研究:由Avrami方程分析得出尼龙612和尼龙612-6共聚物的等温结晶过程均为二次成核,成核后沿着晶核二维盘状生长;同时采用Arrhenius方程求出其等温结晶活化能△E分别为-756.38kJ/mol、-115.09kJ/mol;分别使用Jeziorny修正的Avrami方程、Ozawa方程、莫志深法对尼龙612及其共聚物进行非等温结晶动力学分析,结果表明:尼龙612结晶过程为二次成核,成核后沿着晶核二维盘状生长,而尼龙612-6共聚物的结晶生长过程为二维盘状与三维球状生长,并且尼龙612的结晶速率大于尼龙612-6共聚物;采用Kissinger方程计算得出尼龙612非等温结晶活化能△E=-433.29 kJ/mol,而尼龙612-6共聚物则为-94.12kJ/mol。尼龙612及其共聚物的热降解动力学同样显示两者热降机理一致,结果表明两者在N中的热降解过程均为一步反应,降解温度随升温速率的增大而线性升高。通过Kissinger方程、Flynn-Wall-Ozawa方程和Coats-Redfern方程分析得出其分解机理为R,因此两者的热降解过程均为圆柱形对称收缩生长,相边界反应,减速型降解曲线。采用毛细管流变仪对尼龙612-6共聚物的流变性能进行了研究,并与尼龙612进行比较。结果表明:尼龙612-6共聚物和尼龙612熔体均为剪切变稀的假塑性非牛顿流体,且随着温度的升高,两者熔体的表观粘度η均逐渐下降,非牛顿指数逐渐增大。同时,尼龙612-6共聚物和尼龙612熔体的粘流活化能ΔΕ随剪切速率的增大先增大然后逐渐减小,在剪切速率为115 S左右,两者的粘流活化能达到最大,其分别为61.49kJ/mol、61.27kJ/mol。通过放大实验获得性能稳定的尼龙612及共聚物切片,将其进行熔融纺丝成功获得初生纤维。并且探究了不同牵伸倍数的纤维性能,结果表明随着牵伸倍数的增加,纤维的断裂强度、沸水收缩率和热卷曲率、取向度和结晶度均上升、断裂伸长率下降。