随着在包装、电子、农业等领域的高性能薄膜需求量逐渐增大,如何有效地进一步提高薄膜的力学、阻隔、光学等性能是人们所关心的。拉伸法具有生产效率高、产品性能优异、厚度差异小等优势,已成为聚合物薄膜工业中主流的加工方式。尼龙6(PA6)是一种具有典型黏弹性的半结晶性聚合物,由于其良好的可加工性以及优异的综合性能,通常被采用为生产双向拉伸尼龙薄膜的主要原料。在双向拉伸加工过程中,尼龙6原料经挤出、流延、拉伸、热定型、冷却等多个步骤,拉伸过程中需要调整加工参数,包括温度、拉伸速率、拉伸比等;这个过程实质上是受拉伸、温度等多重外场作用下,多尺度结构的演化过程。产品的性能强烈依赖于应力、温度、拉伸比、拉伸速率等条件。近年来,虽然国内一些企业通过引入设备、原料、工艺等条件实现了在包装等领域的双向拉伸尼龙6薄膜的大规模化生产,但是仍然缺乏对尼龙6薄膜在拉伸过程中微观结构与形变机理的深入研究。本文以尼龙6为研究对象,参考双向拉伸尼龙6薄膜的工业生产流程,采用结构表征和力学性能测试相结合的方法,研究了尼龙6薄膜在拉伸过程中微观结构演化与形变机理。建立双向拉伸尼龙6的加工-结构-性能三者之间的动态关系,并引入了一种新的流变模型来描述尼龙6薄膜的拉伸形变过程。本论文的主要研究结果总结如下:(1)在玻璃化转变温度(T_g)到熔点(T_m)之间的加工温度范围内对PA6薄膜进行了不同程度的单向热拉伸,并对其微观结构与力学性能进行表征测试。结果表明:随着拉伸温度和拉伸比的提高,PA6中的β晶型向α晶型转变程度增大,促进了PA6中分子链沿拉伸方向的结晶和取向,从而显著提高了PA6的结晶度,并发现其无定形区减少,玻璃化转变温度(T_g)提高。拉伸温度的提高有利于PA6中α(002)晶面的生长,高温下拉伸形成的α晶体越完整;随着拉伸比的提高,形成的α晶体完整程度先升高后降低。热拉伸后的PA6薄膜的拉伸强度和储能模量增加,断裂伸长率降低;拉伸温度为160℃、拉伸比为3的PA6薄膜相比于未拉伸的PA6薄膜拉伸强度增加371%,断裂伸长率降低235%。(2)研究了不同拉伸工艺下的双向拉伸PA6薄膜的晶体结构及其力学、阻隔性能。结果表明:随着拉伸比的增大,双向拉伸PA6薄膜中β晶型向α晶型的转变程度增大,未发生明显的晶体取向,薄膜均衡性较好,其氧气阻隔性能与拉伸强度提高,断裂伸长率降低。随着拉伸温度的提高,双向拉伸PA6薄膜中α晶型(002)晶面的含量增加,拉伸诱导形成的α晶体越完整,薄膜均衡性与氧气阻隔性能提高,其拉伸强度先升高后降低、断裂伸长率降低。随着拉伸速率的增大,双向拉伸PA6薄膜中α晶体完整性降低,薄膜的均衡性与氧气阻隔性能降低,其拉伸强度升高、断裂伸长率降低。(3)利用分数阶导数模型研究了尼龙6薄膜的拉伸蠕变行为。首先,建立了与薄膜拉伸变形相匹配的分数Burgers模型,然后在DMA试验机上进行了不同条件下的蠕变试验,并用导出的模型拟合了的应变-时间(ε-t)曲线。最后,利用拟合参数进一步计算了储能柔量、损耗柔量、损耗因子等动态流变参数。结果表明:分数阶模型比整数阶模型在模拟PA6薄膜蠕变行为效果更好。室温下较高的应力有利于黏弹性单元向黏塑性单元转变,而在高温恒定应力状态下,材料内部的变形区可以直接激活为黏塑性单元。根据蠕变过程中黏弹性区弹性模量的变化,推测损耗因子的变化可能是黏弹性单元演化的结果。