尼龙-6 18 的晶型转变研究 (2006年)

以偶偶尼龙-618为例，通过示差扫描量热分析（DSC）、广角X射线衍射（WAXD）与傅里叶变换红外光谱（FTIR）等方法研究了其Brill转变的过程，探索了脂肪族聚酰胺的晶型转变的本质。X射线衍射结果表明，随着温度的升高，尼龙-618由三斜晶系转变为假六方晶型，同时其DSC曲线上出现一个较宽的吸热峰。红外光谱结果表明，在其晶型转变过程中，晶体内氢键强度逐渐减弱，与酰胺键相连的C—C和C—N键发生扭曲。酰胺基团之间的亚甲基链段的振动逐渐增强，部分亚甲基单元由反式构象变成旁式构象，最后整齐排列的亚甲基链段逐渐 ### 尼龙-618的晶型转变研究 #### 概述 本文研究了尼龙-618在特定温度范围内经历的晶型转变过程，重点探讨了该转变的本质特征及其背后的分子机制。研究主要采用了示差扫描量热分析（DSC）、广角X射线衍射（WAXD）以及傅里叶变换红外光谱（FTIR）等多种分析手段。 #### 晶型转变过程 随着温度的升高，尼龙-618由常温下的三斜晶系逐渐转变为假六方晶型。这种转变过程中，DSC曲线上会出现一个较宽的吸热峰，表明了晶型转变所需的能量输入。X射线衍射结果显示，随着温度上升，2θ角度处的衍射峰（对应于0.44 nm和0.37 nm的面间距）逐渐靠近并在熔融前合并成一个峰，这标志着三斜晶型被破坏并转变为假六方晶型。 #### 分子层面的变化 通过FTIR分析发现，在晶型转变的过程中，尼龙-618晶体内部的氢键强度逐渐减弱。此外，与酰胺键相连的C—C和C—N键也发生了扭曲。这些变化反映了分子间相互作用的调整。进一步地，亚甲基链段（位于酰胺基团之间）的振动逐渐增强，部分亚甲基单元由反式构象变为旁式构象。最终，原本整齐排列的亚甲基链段逐渐变得无序化。 #### 构象变化的理论解释 根据理论模型，尼龙-618在室温下的晶体结构表现为线性排列的分子链和连续上升排列的氢键面。当温度超过特定阈值时，即所谓的Brill转变温度，三斜晶型结构会转变为假六方晶型结构。这种转变的具体机制存在不同的观点： 1. **热膨胀效应**：一些学者认为，这种转变是由于晶体分子链的热膨胀效应具有各向异性所导致。 2. **局部熔融**：另一些研究指出，原本规整的氢键面在升温过程中为了保持其规整性而发生“局部熔融”，即部分亚甲基单元构象发生变化。 3. **二维到三维结构转变**：还有一种观点认为，Brill转变与尼龙晶体结构由二维氢键面转变为三维氢键网络结构的过程有关。 #### 实验方法 本研究中使用的尼龙-618样品是由1,6-己二胺与十六烷基二羧酸通过聚合反应制备而成。DSC测试是在PerkinElmer公司的Pyris-1 Series示差扫描量热仪上进行的，升温速率为10°C/min。广角X射线衍射测试则使用了Rigaku Dmax-rc X射线衍射仪，并以Cu Kα为光源。 #### 结论 通过对尼龙-618晶型转变的研究，我们不仅揭示了这种转变的具体过程和分子层面的变化，还进一步加深了对脂肪族聚酰胺材料晶型转变本质的理解。未来的研究可以从更深层次探索不同条件下的晶型转变机制，以期为高性能尼龙材料的设计和开发提供科学依据。