摘要
生物基聚酰胺56(PA56)结晶速率较慢，在生产加工过程中容易出现二次结晶的现象，导致产品性能不稳定。目前，对PA56基础和应用的研究较少，无法支撑PA56的大规模应用和产业化发展。本论文基于已有的研究基础，对不同分子量PA56的结晶动力学进行了研究，旨在找到提高PA56结晶速率、增加产品性能稳定性的有效方法。同时对PA56与PA66、PA6共混体系进行了初步探索，着重研究了共混体系的结晶行为、微观结构及其与机械性能的相关性。进而采用不同的熔融纺丝工艺制备了系列PA56纤维，探讨了纺丝工艺参数对纤维结构和性能影响，初步建立了加工工艺-结构-性能之间的构效关系。本论文的主要研究内容和结果如下: (1)研究了不同分子量PA56的等温和非等温结晶动力学。在非等温结晶过程中，随着分子量的增加，PA56的结晶速率(G)、结晶温度(T0)和结晶度(Xc)降低，不同分子量样品上述参数之间的差异随着冷却速率的增加而逐渐增加。随着分子量的增加，PA56的等温和非等温结晶活化能(ΔE和ΔEX1)增加，结晶能力下降，球晶生长速率(G'')也降低。 (2)研究了 PA56/PA66共混体系的相容性及结晶行为。由于PA56和PA66分子结构相似，共混体系在全部配比范围内是相容的。随着PA66含量的增加，共混物的熔点、结晶温度和结晶度先减小后增加，在φ66=0.5时最低。在PA56/PA66共混体系中首次发现了同二态现象，并在φ66=0.5时出现假性共晶点。将共混物从熔融状态降温后，在PA56富相和PA66富相的共混物中，分别得到与PA56和PA66相似的结晶相。在假性共晶点(φ66=0.5)能够同时形成两种结晶相。共混体系的同二态行为是由PA56和PA66分子链之间的氢键相互作用导致的。共混物的拉伸强度和模量基本不随组分含量变化，但断裂伸长率大幅度提高。 (3)研究了PA56/PA6共混体系的相容性、结晶行为和晶体形貌。共混体系在所有配比范围内是相容的。体系中PA56和PA6的相互作用降低了共混物的熔点、结晶温度和结晶度。在等温和非等温结晶过程中，共混体系中的PA56和PA6分别结晶，且PA56和PA6的晶体结构均未发生变化。共混体系中，PA56在所有共混比例下均可结晶，而PA6仅在φ6＞0.2时才能结晶。PA56和PA6的晶体生长在相同晶体骨架的不同层中。在PA56中加入少量PA6可显著提高其断裂伸长率。 (4)采用一步法和两步法纺牵工艺制备了PA56纤维，研究了牵伸比和温度对PA56纤维结构和性能的影响。在一步法纺牵工艺中PA56纤维同时形成了类α和γ晶相。在一定牵伸温度下，PA56纤维的结晶度和取向随牵伸比的提高而增大，且纤维中的无定形相转变为类α晶相。相同的牵伸比条件下，牵伸温度在130～230 ℃时，PA56纤维的结晶度和取向参数随牵伸温度升高先增加后降低，且强度与取向和结晶度的变化趋势一致。最优的工艺参数为牵伸比约为3、牵伸温度为190 ℃左右。在两步法纺牵工艺中，未牵伸纤维中主要为PA56的γ晶相，结晶度和取向度较低。在牵伸过程中，分子链取向、结晶度和片晶厚度增加，纤维中的无定形相转变为类α相。热定型温度为150～210 ℃时，纤维中PA56的类α晶相含量、结晶度和取向随热定型温度升高而增加。当热定型温度提高至230 ℃时，纤维中γ相含量增加，类α相含量急剧下降。两步法纺牵工艺中最优的热定型温度为170 ℃左右。
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