【摘 要】
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氨纶是一种粘弹性材料,得益于其独特的软硬嵌段分子结构,使其具有诸如高回弹性、耐磨耐腐蚀性、耐氧化性等优异性能。氨纶分子内部具有多种氢键、微相分离、结晶等微观结构,
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氨纶是一种粘弹性材料,得益于其独特的软硬嵌段分子结构,使其具有诸如高回弹性、耐磨耐腐蚀性、耐氧化性等优异性能。氨纶分子内部具有多种氢键、微相分离、结晶等微观结构,这些微观结构的变化将会直接影响到它的粘弹性。基于其应用的广泛性,对其动态粘弹性进行研究,以期能根据用途和应用场景制备合适的氨纶材料,从而保证材料在元器件上安全可靠高效的运行。本研究以本质安全化为指导方针,从氨纶的制备过程着手,改变聚四氢呋喃(PTMG)分子量、N,N-二甲基乙二胺(N,N(24)-EDA)与丙二胺(EDA)的比例和罗拉比大小制备获得三组氨纶,采用动态力学分析测试(DMA)获取其粘弹性,结合其力学和微观方面的性能变化,研究了动态粘弹性与制备条件之间的关系。主要研究内容如下:1)采用干法纺丝,选用分子量为1.4k、1.8k、2.2k、2.6k及3.0k的PTMG;N,N(24)-EDA:EDA比例为0/68、8/60、11/57及14/54的扩链剂;改变罗拉比比例为1.3、1.4、1.5及1.6制备获得三组共13种氨纶。2)通过对其微观结构以及力学性能的测试,发现:随着氨纶软段分子量的增大,其断裂强力先减小后增大,在分子量为2.2k时,出现最大值为62.79 cN,断裂伸长率、氨基甲酸酯基Xb和结晶度(Xc)都是先增大后减小;随着N,N(24)-EDA/EDA扩链剂比的逐渐增大,断裂伸长率逐渐下降,断裂强力出现先减小后增大,氨基甲酸酯基Xb程度逐渐增大,Xc的变化与软段的玻璃化转变温度(Tg)变化刚好相反,Xc逐渐减小,最大为20.50%;当罗拉比不断增大时,脲羰基Xb先增大后减小,最大为63.79%,Xc与脲羰基Xb的变化一致,在罗拉比为1.4时最大为24.29%。3)通过对其动态力学温度谱的分析,发现随着PTMG分子量的增大,初始储能模量(E(24))先减小后增大,最小值为37.51N/Tex,损耗模量(E?)峰值呈现E(24)相同的规律,且最小值为2.98 N/Tex;随着N,N(24)-EDA/EDA比的增大,纤维的初始E(24)逐渐减小,最小值为的32.78 N/Tex,E?峰值也随N,N(24)-EDA逐渐减小,软链段的Tg表现出依次增加的趋势;损耗因子上的半峰宽随扩链剂比的增大依次增大,纤维耐热性变好;随着罗拉比的增大,纤维的初始E(24)先增大后减小,罗拉比在1.4处出现最大值为51.47 N/Tex,E?峰值也随罗拉比的增大逐渐减小,软链段的Tg变化趋势为先减小后增大的。4)三种氨纶在1、5、10及25 Hz下的温度谱随着频率的增大依次右移,且Tg依次增大。通过时温等效原理叠加获得的主曲线跨越了20个数量级,频率从10-210188 Hz范围内增长时,储能模量依次由最小值3.98 N/Tex逐渐增大到最大值39.81 N/Tex;采用Williams和Ferry的松弛时间谱计算方法获得松弛时间谱,发现分子链段的松弛时间主要集中在10-1010-15 s附近;通过对四种氨纶?转变松弛活化能((35)H)进行计算,获得氨纶的(35)H在238.01268.15 kJ/mol。
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