尼龙12在升降温和热拉伸过程中的晶体结构研究

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尼龙12(PA12)作为一种长碳链尼龙,具有非常优良的性能,如吸水率极低,低密度,柔韧性能好,尺寸稳定性好,绝缘性、耐低温性、耐油性、化学稳定性、耐磨性均良好,熔点低,成型加工容易等,被广泛用于各个领域。当前利用广角X射线衍射(WAXD)研究PA12在升降温和热拉伸过程中的晶体结构变化的文章相对较少,通过本课题的研究可以分析PA12在不同条件下的晶型转变、晶面间距、结晶度、微晶尺寸和结晶取向等,使我们更加全面地了解PA12的结构信息,为PA12的基础研究提供理论支持,进而为它的应用加工提供理论依据。通过在不同温度下溶液浇注、熔体慢冷却和熔体淬火三种方式制备PA12样品。首先,通过广角X射线衍射(WAXD)、差示扫描量热法(DSC)、傅里叶红外光谱分析(FTIR)及力学性能测试等对样品进行表征。然后,通过WAXD在线升温,分析升温对PA12样品的晶型转变、晶面间距、结晶度、微晶尺寸等的影响。之后,通过WAXD在线升温到PA12熔点之上等温5分钟,去除热历史,再降温,分析降温对PA12样品的晶型转变、晶面间距、结晶度、微晶尺寸等的影响。最后,通过配有拉伸台和热台的广角X射线衍射仪将?和?’-PA12在不同温度(30℃、50℃、110℃)下拉伸不同倍率(?=1.00、1.25、1.50、1.75、2.00、2.25、2.50、2.75、3.00),分析温度和拉伸倍率对样品的结晶度、取向度、微晶尺寸、拉伸力等的影响。得出如下主要结论:(1)通过对不同温度下溶液浇注、熔体慢冷却和熔体淬火三种方式制备的PA12样品进行WAXD测试,发现在30℃下浇注成膜的样品为?晶型,在40℃至80℃下浇注成膜的样品为?+?晶型,在90℃及以上浇注成膜的样品为?晶型;熔体慢冷却得到的样品为?晶型;熔体淬火得到的样品为?’晶型,属于?晶型的一种亚稳态结构。(2)通过对样品进行DSC测试,发现?晶型和?+?晶型有两个熔融吸热峰,表现为多重熔融现象,这与升温时?晶型向?晶型的转变有关;而?晶型和?’晶型只有一个熔融吸热峰。(3)通过对样品进行FTIR测试,发现PA12的酰胺Ⅴ及酰胺Ⅵ带对晶型较为敏感,酰胺Ⅵ带C=O面外弯曲特征峰在?晶型和?’晶型中出现在626 cm-1处,而在?晶型中偏移到了577 cm-1的位置;酰胺Ⅴ带N-H面外弯曲特征峰在?晶型中出现在680 cm-1的位置,但是在?晶型和?’晶型中没有出现此特征峰。(4)通过对样品进行力学性能测试,发现?和?’-PA12属于强而韧的高分子材料。γ-PA12的拉伸强度为63.9 MPa,断裂伸长率为618%。?’-PA12的拉伸强度为44.1 MPa,断裂伸长率为446%。而?-PA12属于脆而弱的高分子材料,拉伸强度只有25.2 MPa,断裂伸长率只有18%。(5)通过用WAXD对PA12样品进行升温测试,发现随着温度的升高,?晶型会逐渐向?晶型转变,即发生Brill转变。?’晶型在110℃以上也会转变成?晶型。γ晶型在熔点以下可以稳定的存在。并且升温时由于片晶厚度的变化、结晶缺陷的熔融和分子链的热膨胀等复杂原因也使得晶面间距、结晶度、微晶尺寸等发生变化。(6)通过用WAXD对PA12样品进行降温熔体结晶测试,发现随着过冷度的增大,放出的热量增加,结晶速率加快,结晶度也越大。(7)通过用WAXD对?和?’-PA12样品进行在线热拉伸测试,发现在拉伸力作用下,?晶型会转变成?’晶型。拉伸倍率越大,样品的结晶度、取向度及所用拉伸力也越大。当?≤2.00时增大的幅度较大,?≥2.00时趋于稳定。另外,温度对样品的结晶与取向有一定的促进作用。而且拉伸相同的倍率,温度越高所用拉伸力越小。
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