新型尼龍56纖維的制備和表征.pdf

1、線性聚酰胺俗稱尼龍，是非常重要的工程材料，它模量高、強度和韌性高、熔融溫度高、良好的熱穩(wěn)定性、耐磨損等特有性質(zhì)使其本身或與其他聚合物結(jié)合，應用于工程塑料、纖維和薄膜領域。然而，眾所周知，許多常用的聚酰胺比如尼龍6和尼龍66是由石油化學法生產(chǎn)的。因此，生物衍生化學品作為環(huán)境友好型材料有巨大的潛能去替代日漸耗盡的化石原料。在尼龍56的合成過程中，賴氨酸經(jīng)生物工程改造得到1，5-戊二胺，部分或全部使用1，5-戊二胺可以制得生物基尼龍。而且，尼

2、龍56纖維具有高吸水性、良好的耐磨性和機械性能，有望在紡織行業(yè)替代傳統(tǒng)的尼龍6和尼龍66。然而，目前沒有這種纖維制備和表征方面的研究報告。
　　本研究中，我們選用L-賴氨酸經(jīng)脫羧得到1，5-戊二胺，然后與己二酸聚合制得的尼龍56(PA56)顆粒作為研究對象，這種PA56顆粒具有良好的加工性能，研究了其結(jié)構、熱降解的動力學參數(shù)、流變性能和非等溫結(jié)晶行為，為確定紡絲方式及探究優(yōu)化PA56纖維的制備過程提供理論依據(jù)。通過熔融紡絲方法已經(jīng)

3、成功紡出了尼龍56(PA56)纖維。評估了紡絲條件對結(jié)晶形態(tài)、分子取向、力學性能、吸濕性、可染性和耐磨性的影響。此外，對相同條件下制備的PA56纖維和尼龍6纖維的性質(zhì)進行了比較。
　　根據(jù)DSC、TGA和MFI測試結(jié)果，2號樣品的PA56分子量適中，因其具有優(yōu)異的加工、機械和熱力學性能而作為紡絲原料。PA56-2的熔融溫度即熔融峰的最高點對應的溫度以及熱降解溫度分別為252.7℃和452.8℃。
　　根據(jù)TGA實驗，PA56

4、的熱降解在氮氣氛圍下為一步反應。隨著加熱速率的增加，講解溫度和DTG峰值溫度逐漸升高。通過Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法研究了PA56的熱降解動力學參數(shù)。結(jié)果表明:Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法得到的活化能(E)分別為202.79kJ/mol and207.43kJ/mol。Coats-Red fern法得到的結(jié)果證明PA56的熱降解過程由固態(tài)直接轉(zhuǎn)變到相界反應(R2)，可能為圓柱對稱

5、性減速曲線，積分形式為g(α)=1-(1-α)1/2。
　　使用平板流變儀測試了尼龍56的流變性能。探究了溫度對儲能模量、損耗模量和復數(shù)粘度的影響。結(jié)果表明:PA56的復數(shù)粘度、儲能模量和損耗模量隨溫度的升高而降低。特別注意的是PA56的復數(shù)粘度幾乎不變，表現(xiàn)出牛頓流體的特性。
　　通過DSC研究了尼龍56在不同冷卻速率下的非等溫結(jié)晶行為，并用Jeziorny改進后的Avrami模型、Ozawa模型以及Avrami-Ozaw

6、a結(jié)合法進一步分析其結(jié)晶動力學。結(jié)果表明Jeziorny改進后的Avrami模型只能描述PA56的非等溫結(jié)晶動力學的初始階段。由于Ozawa錯誤的理論假設，該模型不能充分地描述非等溫結(jié)晶動力學。然而，Avrami-Ozawa結(jié)合法能夠很好地描述PA56的非等溫結(jié)晶行為。根據(jù)Kissinger法確定其非等溫結(jié)晶的活動能為189.49kJ/mol。
　　為進一步闡明研究的概念和客觀性，我們將PA56熔融紡絲并成功制得纖維。DSC測試結(jié)

7、果表明，雖然隨著牽伸比和溫度的升高融化熱有所升高，但熔融溫度沒有特別大的變化。這可能是由于存在晶體缺陷和小尺寸晶體所導致。WAXD測試結(jié)果表明:PA56纖維的結(jié)晶度和晶粒大小與牽伸比及溫度成正比。這可能是由于分子鏈和相鄰晶體以及無定形區(qū)的微晶從無規(guī)狀態(tài)變得越來越緊密。如預期一樣，取向因子隨牽伸比的增加而增大。隨著牽伸比和溫度的升高，纖維的強度和楊氏模量隨之增大而斷裂伸長率下降。當牽伸比為3.5、牽伸溫度為70/130℃時，纖維有最大的強

8、度和楊氏模量，分別為2.7cN/dtex and28.4cN/dtex。機械性能的提高是由于沿纖維軸向分子取向增大使得晶體結(jié)構更加有序，結(jié)晶度更高。不同的牽伸比下，PA56纖維相較于PA6纖維表現(xiàn)出了更高的回潮率。這可能由于聚合物骨架上的酰胺基的存在導致，使得PA56纖維的回潮率高于PA6纖維。根據(jù)染浴吸盡率、色彩強度和耐洗性分析PA56纖維的染色性能，發(fā)現(xiàn)PA56纖維與傳統(tǒng)的尼龍6具有相同的染色性。然而，對于相近的羊毛、尼龍和乙酸纖維