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尼龙主要具有耐磨性好,耐腐蚀,耐疲劳强度和断裂强度高以及容易染色等突出性能。常见的尼龙有PA6、PA66、PA1010、PA1212等,其中以PA6和PA66的产量最大。但随着能源日益枯竭以及石油价格的居高不下,越来越多的人们将目光投向了绿色化学领域。其中PA56的制备广受关注,合成PA56的1,5-戊二胺可以通过生物工程由赖氨酸转化而来,在减少了对石油依赖性的同时更加环保。这种新方法生产的尼龙相对于传统的石油原料生产的尼龙在性能,对环境的影响,成本等方面更具竞争力。PA56不仅具有极好耐热性,优异的耐化学腐蚀性能,和卓越的力学性能,还可以通过熔融纺丝进行加工。PA56预计可用于汽车工业、机械工业、电子工业等领域,还可用于春夏的舒适袜类和秋冬用的柔软、暖和的内衣类。 本课题选择了加工性能更优的PA56原料,并对原料的结构、热降解性能和结晶性能进行了研究,为后续纺丝工艺的选择提供了参考。本课题通过熔融复合纺丝机成功制备了PA56纤维,研究了纺丝及热牵伸工艺对PA56纤维的力学性能,结晶性能和取向结构的影响,并且选择了传统的PA6纤维与之进行对比,使其性能得到更直观全面的展示。 1.通过对DSC、TG、熔融指数(MI)测试结果的比较,选择了耐热性和流动性更好的PA56-2作为纺丝原料。其熔点和初始热分解温度介于PA6和PA66之间,分别为254℃和453℃,具有较好的热稳定性。 2. PA56在氮气中的降解为一步反应。随着升温速率增大,PA56的降解温度逐渐升高。使用Kissinger方法和Flynn-Wall-Ozawa方法计算得出的PA56热分解活化能分别为228.5kJ/mol和196.02kJ/mol。使用Coats-Redfern方法可以推断PA56的降解遵从R2机理,即相边界反应,圆柱形对称。 3.对PA56的非等温结晶过程及其动力学研究发现,随着降温速率的增大,结晶峰向低温方向移动,结晶峰宽度随降温速率的增大而变宽,表明其冷却结晶过程受成核控制;半结晶期 t1/2随着降温速率的增大而下降,表明随着降温速率提高,结晶速率增加。PA56的n值范围在3.03到3.30之间波动,而且n值为非整数,这可能是因为非等温结晶过程中同时存在着不同的结晶机制(均相成核、异相成核)或二次结晶的结果。 4. PA56纺丝螺杆各区温度在260~290℃之间,纺丝速率为800m/min,1000m/min。通过对PA56纤维力学性能研究,确定最佳牵伸温度为70/130℃,在此温度下,PA56纤维牵伸3.5倍时,断裂强度可达3cN/dtex。PA56纤维的力学性能与PA6纤维相比略差,但相差不大,可以预见在不久的将来,PA56可替代传统尼龙用于工业化生产。 5. WAXD和DSC结果表明,PA56和PA6纤维的熔点和结晶度均随牵伸倍数和牵伸温度的提高而增大。PA6纤维的结晶度略高于PA56,这与 PA6分子结构更为规整有关。在牵伸过程中,PA56和PA6纤维发生了γ晶型向α晶型的相转变。PA56和PA6纤维的取向因子和声速模量也是随着牵伸倍数的提高而逐渐增大的。 6. PA56纤维织物的上染率高于PA6,耐磨性比PA6纤维织物差。