低熔点尼龙的制备及性能研究

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低熔点尼龙(LMPA)是一类熔点低于常规尼龙的改性产品,具有熔点可控、熔程窄和粘结性能优异等特点,主要应用于热熔胶、纤维纺丝、感光胶等领域。其中针对尼龙热熔胶的研究报道较多,产品也已实现了产业化。近年来,随着LMPA纤维应用领域的拓展,对其的需求量越来越大,但因为纤维用LMPA的内在质量及纺丝技术仍存在着诸多问题,所以目前LMPA纤维主要依赖进口。作为纤维用LMPA,除要求达到一定的熔点要求外,还要有合适的结晶性、良好的纺丝性,以满足纺丝的要求。本文通过单体选择、配比确定、合成工艺控制和性能表征等方面的系统研究,为纤维级LMPA的产业化提供一定的理论参考。以己内酰胺、己二胺、癸二胺、癸二酸和十二碳二元酸为原料,抗氧剂1076为抗氧化剂,采用单体直接熔融聚合工艺在3L高压反应釜里成功制备了不同单体配比的LMPA。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振(1H-NMR)测试,对合成产物的结构进行了表征,FT-IR测试显示,产物的谱图中均出现了典型的尼龙特征峰;1H-NMR结果显示,制备出的LMPA的结构比例和投料值相近,表明单体几乎都参与了共聚反应。差示扫描量热(DSC)测试表明,当单体比例逐渐接近1:1时,LMPA的熔点逐步降低,当己内酰胺、己二胺、癸二胺、癸二酸和十二碳二元酸的比例为4:3:3:3:3时,熔点为112.70oC;沸水萃取实验表明,当己内酰胺摩尔数固定为0.8mol时,LMPA中单体和低聚物含量均在0.66%以下;热重分析(TG)测试显示,LMPA具有优异的热稳定性,而且当单体投料值不变时,随着长碳链单体比例的增加,低熔点尼龙的热稳定性有一定的提升;吸水率测试结果显示,长碳链单体比例的增加可以减少LMPA的吸水率,而且单体分子链越长,吸水率越小。采用差示扫描量热(DSC)测试了LMPA的升温非等温结晶性能。结果表明,升温速率越大,结晶峰温(Tp)往高温方向移动,结晶温度范围变宽,结晶焓(ΔHc)值呈先增大后减小的趋势,随着两种二元胺比例接近1:1,ΔHc逐渐减小;相同的升温速率下,二元胺中增加癸二胺的比例,Tp往低温方向移动。Jeriorny法和Mo法分析表明,在不同升温速率下,每组LMPA的Avrami指数n变化不大,说明升温速率对晶体生长方式影响不明显;在选定的升温速率范围内,LMPA的结晶速率()随升温速率的增加先显著提高后趋于稳定;随着二元胺比例逐渐接近1:1,LMPA的呈现减小的趋势。选取五组相对黏度相近的LMPA,采用毛细管流变仪进行流变性能测试。结果表明,LMPA熔体属于非牛顿流体,表现出典型的切力变稀流动行为;当熔点和相对黏度相近时,癸二胺比例大的LMPA的表观黏度比癸二胺比例小的LMPA的表观黏度略小;在同一温度下,LMPA的熔点越低,表观黏度越小;LMPA的黏流活化能随着剪切速率的增加而下降,表观黏度温度敏感性下降,二元胺中癸二胺比例的增加可以使黏流活化能降低;LMPA熔体的非牛顿指数n值随着温度的升高而变大,二元胺中癸二胺比例的增加会使n值变大,非牛顿性减小。因此,对于不同熔点及配比的LMPA,选择合适的加工温度是非常重要的。
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