尼龍材料在加熱過程中常發(fā)生從三斜/單斜相到偽六方相的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，稱為Brill轉(zhuǎn)變，該現(xiàn)象最早發(fā)現(xiàn)于1946年。Brill轉(zhuǎn)變隨溫度變化是可逆的，其發(fā)生伴隨著材料性能的顯著改變，因此在尼龍的實際工業(yè)加工中具有重要影響，并受到研究者的廣泛關(guān)注。然而，目前關(guān)于Brill轉(zhuǎn)變的微觀物理機制仍存在較大爭議，主要集中在Brill轉(zhuǎn)變溫度之上氫鍵層是否保留的問題上，特別是核磁共振譜、分子動力學模擬等均支持氫鍵層的保留，但這始終缺乏X射線衍射等直接的實驗證據(jù)。此外，現(xiàn)有關(guān)于尼龍熱誘導結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的研究主要集中在靜態(tài)非取向樣品，而工業(yè)加工過程中分子鏈常處于一定的取向狀態(tài)。因此，進一步探究鏈伸展狀態(tài)下熱誘導的尼龍結(jié)構(gòu)演變具有重要意義。
近期，鄭州大學劉春太教授和王震副教授團隊基于PA11扭曲片晶形態(tài)對流場敏感的特性，采用熔體拉伸制備了具有不同鏈取向狀態(tài)的樣品，結(jié)合原位同步輻射WAXD和傅里葉變換紅外光譜（FTIR）技術(shù)，系統(tǒng)研究了加熱/冷卻過程中晶相轉(zhuǎn)變和分子鏈構(gòu)象變化，獲得了Brill轉(zhuǎn)變溫度以上PA11體系中氫鍵層保留的直接實驗證據(jù)，由此進一步探討了Brill轉(zhuǎn)變的分子機制，這為理解尼龍材料在加工外場下的結(jié)構(gòu)和性能演變提供了重要參考。
2025年1月2日，研究成果以題為“Thermal-Induced Structural Evolution of Melt-Stretched PA11: Direct Evidence for the Preservation of Hydrogen-Bonded Sheets Above the Brill Transition Temperature”發(fā)表于國際期刊《Macromolecules》上。文章第一作者為鄭州大學橡塑模具國家工程研究中心馬瑞雪博士，通訊作者為劉艷萍副教授和王震副教授。
圖1 流場對PA11扭曲片晶形態(tài)的調(diào)控作用
圖2 隨溫度變化的晶面衍射和晶面間距（以升溫過程為例）
圖3 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的升降溫過程依賴性、線性熱膨脹系數(shù)及α''相-三斜晶胞示意圖
圖4 升溫過程中原位FTIR實驗譜圖和對應的普帶強度變化
圖5 熱誘導PA11結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的分子示意圖
原文鏈接https://doi.org/10.1021/acs.macromol.4c02485
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