陳美玉, 李立鳳, 董 俠

(1. 西安工程大學 紡織科學與工程學院, 陜西 西安 710048; 2. 西安工程大學 功能性紡織材料及制品教育部重點實驗室, 陜西 西安 710048; 3. 中國科學院化學研究所 北京分子科學國家實驗室, 北京 100190;4. 中國科學院工程塑料重點實驗室, 北京 100190; 5. 中國科學院大學, 北京 100049)

長碳鏈聚酰胺(LCPA)由于相鄰2個酰胺基團之間的亞甲基鏈段較長,使其兼具聚酰胺和聚烯烴的雙重特性[1],具有韌性優(yōu)良、加工尺寸穩(wěn)定性高、吸水率低、耐低溫性和介電性能良好的優(yōu)勢[2],成為特種錦綸的重要品種之一。長碳鏈聚酰胺1012(PA1012)作為一種新型工業(yè)化長碳鏈聚酰胺,具有獨特的低熔點、低吸水率以及卓越的抗沖擊性能,近年來,在工程塑料領域有大量研究顯示其在汽車、電子電氣、增強復合材料、木塑等領域的潛在應用前景。

目前,研究人員針對PA1012樹脂及其改性等進行了大量研究。Quiles-Carrillo 等[3]以聚酰胺610(PA610)、聚酰胺1010(PA1010)和PA1012 3種不同的商用生物基聚酰胺為原料,采用環(huán)形模頭進行異型擠出成管,顯示出較好的柔韌性和較低的吸水率。曹毅等[4]通過溶劑沉淀法成功制備了PA1012/納米羥基磷灰石(n-HAP)復合粉體,此粉體較同比例PA1012/n-HAP復合材料熔融溫度有所降低。王百木[5]以PA1012為基體,通過熔融擠出方法制備了PA1012/三聚氰胺磷酸鹽(MP)、PA1012/三聚氰胺聚磷酸鹽(MPP)、PA1012/紅磷(RP)3種阻燃PA,并對其力學性能進行了研究,發(fā)現(xiàn)當阻燃劑MPP質量分數(shù)為20%時,其復合材料的彎曲強度較純PA1012有所提高。胡三友等[6]采用熔融共混的方法對PA1012進行增韌改性,取得了良好的增韌效果。文獻[7-9]研究發(fā)現(xiàn)在PA1012中添加黏土、硅酸鈣晶須以及纖維等,可有效提升PA1012的力學性能和熱變形溫度。此外,還有不少研究人員探究了溫度與PA1012的結構演變之間的關系等[10-12],以及PA1012的Brill轉變等[13-15],發(fā)現(xiàn)PA1012的晶型轉變具有溫度依賴性。

長碳鏈聚酰胺纖維常作為工業(yè)絲,特別是刷絲較多[16-17],作為服用纖維的研發(fā)不多。Muthuraj等[18]探究了木質素/PA1012混合物的相容性,結果表明PA1012與木質素具有一定的相容性,可以將木質素和PA1012進行混合紡絲加工。本文研究團隊采用熔融紡絲技術制備了具有可控疏水、超疏水性的高韌長碳鏈聚酰胺纖維,纖維及其織物的水接觸角大于130°,具有超疏水性能,可用于防水服裝及戶外防護、攜行具等領域[16,19]。Wang等[20]通過熔融紡絲將PA1012與聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)的共聚物混合制備了高彈性纖維,在400%的變形率下與氨綸的彈性回復率和變形行為接近,但是其具有更加穩(wěn)定的耐化學性、耐氯漂,有望替代氨綸,擴展其在服裝領域的應用范圍。本文在前期研發(fā)的基礎上,通過工業(yè)化試紡發(fā)現(xiàn),PA1012具有良好的紡絲性能,且測試分析了不同加工條件下,PA1012纖維的摩擦力學性能的變化規(guī)律[21]。為進一步探究PA1012纖維在不同環(huán)境溫度下的應用性能,本文從實際應用需求出發(fā),研究了不同加工條件下制備的PA1012纖維在不同環(huán)境溫度下力學性能的演變規(guī)律,探究其在極端低溫和高溫環(huán)境應用的可能性,以期對PA1012纖維生產(chǎn)過程中的質量控制及實際應用提供指導。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

PA1012樹脂切片,端氨基數(shù)量為22.8 mol/kg,熔融指數(shù)為21.4 g/(10 min)(235 ℃),黃度值為4.8,山東廣垠新材料有限公司生產(chǎn)。

1.2 PA1012 纖維制備

首先將PA1012樹脂切片烘干至含水率達到0.08%,然后利用YF02熔融紡絲設備(廣東新會美達錦綸股份有限公司)進行紡絲,設置紡絲螺桿五段加熱區(qū)的溫度分別為270、272、273、274 和275 ℃,紡絲速度為4 300 m/s,牽伸熱輥的溫度為160 ℃,通過改變牽伸比(1.3～2.7)得到設計線密度為33 dtex(12 f)的PA1012全牽伸絲(FDY);并采用上述相同的紡絲螺桿溫度,將牽伸比設置為1.3,紡絲速度為3 200 m/s,紡制PA1012預取向絲(POY),然后進行加彈制備相應的拉伸變形絲(DTY),加彈時的加工速度為450 m/min,熱箱溫度為150 ℃,摩擦盤表面速度與絲條離開假捻器的速度比(D/Y)為1.68。表1示出不同加工條件下制備的PA1012長絲的規(guī)格參數(shù)。所有樣品均經(jīng)過洗滌除去其表面油劑,并經(jīng)過烘干后待用。

表1 不同加工條件制備的PA1012長絲規(guī)格參數(shù)

1.3 性能測試與表征

1.3.1 熱性能測試

采用Q2000差示掃描量熱儀(美國TA公司)對樣品進行熱性能測試。將(5 ± 0.05) mg長絲用鑷子團成一簇,放入小坩堝內進行測試。溫度程序設定為:先以10 ℃/min的降溫速率降至-70 ℃,恒溫5 min后,以10 ℃/min的升溫速率升至230 ℃。

1.3.2 動態(tài)熱力學性能測試

采用Q800動態(tài)熱機械分析儀(美國TA公司)測試樣品的動態(tài)熱力學性能。實驗方法為:將PA1012長絲整理成平整的束絲,束絲寬為1.3 mm,長為10.54 mm,厚度為0.067 mm。絲束兩端固定在小型硬紙板框架上,實驗時將硬紙板固定在儀器的樣品架上后,將硬紙板的邊框剪開。測試條件為:拉伸應變1%,溫度范圍-70～200 ℃,升溫速率3 ℃/min,頻率1 Hz。

1.3.3 力學性能測試

采用Instron 5565萬能材料試驗機(美國英斯特朗公司)測試樣品在不同溫度下的力學性能。常溫力學性能測試條件為:夾持距離500 mm,拉伸速度500 mm/min,環(huán)境溫度(20 ± 0.5) ℃,相對濕度(65 ± 2)%,每組樣品測試20次,取平均值。高、低溫(-70～120 ℃)力學性能測試時采用環(huán)境溫度箱,測試條件為:夾持距離100 mm,拉伸速度100 mm/min,每組樣品測試10次,取平均值。

1.3.4 結晶結構測試

采用Dmax-Rapid II X射線衍射儀(日本理學株式會社)測試樣品的結晶結構,將PA1012長絲整理成長約40 mm的平行整齊的纖維束,夾入纖維測試臺進行測試。測試條件:銅靶,電壓為40 kV,電流為300 mA,掃描角度范圍為0°～90°,曝光時間為1 500 s。利用MID Jade 5.0軟件計算纖維的結晶度。

纖維軸取向指數(shù)計算方法為:在X射線衍射斑點圖的衍射強度最大處,沿著同心圓弧長方向上進行X射線方位角β(0°～360°)的衍射強度掃描,獲得“強度-轉動角”曲線,得到曲線中衍射峰的半高寬B(°),然后利用下式計算纖維軸取向指數(shù):

2 結果與討論

2.1 PA1012纖維的熱性能分析

圖1示出PA1012 FDY2.7纖維在-70～230 ℃范圍內的DSC曲線。由此可得到,PA1012的玻璃化轉變溫度(Tg)為65.6 ℃,其熔融峰只有1個,溫度為188 ℃。

圖1 PA1012 FDY的DSC曲線

2.2 PA1012纖維的動態(tài)熱力學性能

圖2示出PA1012 FDY2.7在-70～200 ℃的DMA測試結果。從圖2(a)可看出:PA1012纖維在不同的溫度下出現(xiàn)了3個不同強度的損耗峰。圖2(a)中右側起第1個峰為在70.9 ℃(>Tg)出現(xiàn)的1個最強損耗峰,根據(jù)高聚物轉變松弛理論,此峰表明PA1012纖維的鏈段出現(xiàn)松弛運動,體系由玻璃態(tài)向高彈態(tài)發(fā)生轉變,為高聚物玻璃化轉變的主要松弛峰(稱為α松弛[22])。該過程分子鏈段開始運動,而體系的黏度還很大,鏈段運動受到的摩擦阻力會很大,因此內耗較高,使得PA1012纖維的力學性能發(fā)生明顯變化,這從圖2(b)中此時具有較低的儲能模量可以得到驗證。當溫度高于(Tg)時,PA1012纖維的儲能模量進一步減小,表明此時纖維受力后發(fā)生的形變量很大,且大部分為塑性形變,外力去除后能夠回復的形變量很小。另需說明的是,該轉變溫度與DSC測得溫度有5.3 ℃的差異,這是由于升、降溫速率和測試樣品的不同導致的。

圖2 PA1012 FDY的動態(tài)熱力學性能曲線

圖2(a)中右側起第2個峰為在-3.6 ℃出現(xiàn)的1個次強損耗峰,當PA1012的溫度遠低于玻璃態(tài)轉變溫度時,PA1012的整個分子鏈和鏈段都被凍結,但當溫度達到-3.6 ℃時PA1012大分子中小的運動單元(酰胺基團、支鏈和小鏈接)會發(fā)生從凍結到運動轉變,此過程為體系的次級松弛過程(稱為β松弛[22]),此時小的運動單元運動時仍會受到較大的摩擦阻力,因此內耗較大。從圖2(b)可看到,此時纖維體系具有較高的儲能模量,當纖維受力發(fā)生形變后部分形變可以回復。

圖2(a)中右側起第3個峰為在-56.0 ℃出現(xiàn)的1個弱損耗峰,表明PA1012纖維體系中也出現(xiàn)了少量的松弛,即次級弱松弛(稱為γ松弛[22])。在該溫度段PA1012大分子中小的運動單元雖然被凍結了,但此時主鏈的鍵長和鍵角可以發(fā)生改變,且運動速度較快,體系的形變基本可以跟上應力的變化,即內耗小。對應圖2(b)中可看到,此時的PA1012纖維具有較高的儲能模量,纖維受力后發(fā)生的形變很小,外力去除后形變可以得到回復。

DMA測試結果表明:PA1012纖維在極端寒冷環(huán)境中具有潛在的應用前景,其在低溫環(huán)境應用時不易發(fā)生形變,具有保形性好的獨特優(yōu)點。根據(jù)DMA測試結果,并考慮PA1012未來應用的極端環(huán)境溫度適用范圍以及Instron 5565萬能材料試驗機的環(huán)境箱低溫極限,結合PA1012的玻璃化轉變溫度和熔融溫度等指標,本文設置不同的極端環(huán)境溫度分別為-70 、-50 、-20 、0 、60 、100 、120 ℃。

2.3 常溫下PA1012 纖維的力學性能

2.3.1 不同牽伸比PA1012纖維的力學性能

圖3示出常溫((20±2) ℃)下不同牽伸比PA1012 FDY的力學性能,圖4示出常溫下PA1012 FDY力學性能指標與牽伸比的關系。從圖3可看出:不同牽伸比PA1012 FDY的力學性能規(guī)律相似,隨著伸長率的增加,PA1012 FDY的拉伸強度呈線性增加,達到屈服點后出現(xiàn)一個拉伸平臺區(qū),且牽伸比越大該平臺區(qū)越短。隨后,隨著伸長率的繼續(xù)增加,拉伸強度繼續(xù)增加直至最終斷裂。從圖4可看出:隨著牽伸比(Dr)的增加,PA1012 FDY的初始模量(E0)、屈服強度(σy)、屈服伸長率(εy)以及斷裂強度(σb)均呈增加趨勢;但斷裂伸長率(εy)隨著牽伸比的增大出現(xiàn)下降趨勢,且當牽伸比從1.3增大至1.9時下降速度較快,隨后隨著牽伸比的增大下降速度趨緩。

圖3 常溫下不同牽伸比PA1012 FDY的力學性能

圖4 常溫下PA1012 FDY力學性能指標與牽伸比的關系

分析產(chǎn)生上述變化規(guī)律的原因在于:對于PA1012來言,相鄰的聚酰胺分子鏈的酰胺鍵基團之間有氫鍵相互作用,規(guī)律排列的氫鍵又會形成氫鍵面,通過范德華力相互作用結合,進而形成穩(wěn)定的三斜晶α晶[23]。隨著拉伸位移的增加,PA1012纖維內部因大分子的鍵長、鍵角變化而產(chǎn)生線彈性形變,當形變達到一定程度后,體系受到的拉伸應力使得部分分子間的氫鍵和范德華力受到破壞,出現(xiàn)無定形區(qū),大分子鏈發(fā)生滑移而伸展取向,因此,PA1012纖維拉伸屈服后出現(xiàn)強力平臺區(qū)。牽伸比越大,PA1012纖維中大分子因牽伸帶來的取向度越高,拉伸屈服后無定形區(qū)大分子鏈發(fā)生滑移繼續(xù)取向的程度越小,因此屈服后的平臺區(qū)越短。當拉伸變形至大分子鏈完全舒展后,分子鏈與鏈之間發(fā)生滑脫,纖維最終斷裂。在熔融紡絲時,隨著牽伸比的增加,PA1012纖維中屈曲的亞甲基分子鏈受到牽伸作用逐漸向牽伸方向的取向程度提高,大分子的剛性增加,其承受外力的能力加強;但是牽伸比越大,纖維所能承受的拉伸應變會越小,因此常溫拉伸時PA1012纖維的力學性能指標隨著牽伸比的增加呈現(xiàn)上述變化規(guī)律。

為進一步探究PA1012 FDY的力學性能指標與牽伸比之間的關系,對實驗所得各指標的測試數(shù)據(jù)與Dr之間進行擬合分析,得出E0、σy、σb、εy以及εb與Dr之間的理論回歸方程?？梢钥闯?PA1012 FDY的E0、σy、σb、εy與Dr之間均呈現(xiàn)線性正相關,而εb與Dr之間呈負指數(shù)關系,通過相關系數(shù)可以看出理論回歸與實測數(shù)據(jù)具有很好一致性。

E0=7.750Dr+21.523,R1=0.993

σy=1.482Dr+0.155,R2=0.996

εy=0.505Dr+7.259,R3=0.900

σb=1.546Dr+0.280,R4=0.976

εb=46.870e-Dr/0.857 1+14.977,R5=-0.922

2.3.2 不同加工方式下PA1012纖維的力學性能

將預取向絲(POY)在拉伸變形機(即加彈機)上通過假捻作用對長絲進行加捻,利用化學纖維的熱塑性能,對假捻變形絲進行熱定形,使纖維具有卷曲性能,可賦予最終織物更好的蓬松性和彈性[24-25],不同加工方式得到的PA1012纖維在力學性能上會有顯著差異。PA1012 FDY1.3和DTY1.3的拉伸力學性能測試結果如圖5所示,其相關力學性能指標列于表2。結果表明:與FDY相比,DTY長絲的E0下降57.47%,線性彈性區(qū)縮短,且沒有明顯的屈服點,其σb下降2.24%,但εb增加1.40%?？梢?長絲加彈后纖維柔韌性明顯提高。究其原因在于長絲加彈時,是通過搓捻使得纖維扭曲螺旋變形,并在高溫(150 ℃)下將形變固定。高溫定型會使得不完善的、厚度較小的片晶熔融,轉變?yōu)闊o定形區(qū),并會釋放牽伸絲的內應力,使得殘留的厚度較大的片晶結構和無定形區(qū)的取向降低,彈性模量降低,在拉伸過程中沒有明顯的屈服現(xiàn)象,即拉伸初始模量E0明顯下降。

圖5 常溫下PA1012 FDY1.3和DTY1.3長絲的拉伸力學性能

表2 常溫下PA1012 FDY1.3和DTY1.3長絲力學性能參數(shù)

圖6示出PA1012 FDY1.3和DTY1.3的二維衍射光斑圖和一維XRD衍射曲線,表3示出其相應的結構參數(shù)。結果表明:加彈后纖維的軸取向指數(shù)出現(xiàn)明顯下降,PA1012纖維的衍射光斑變?yōu)楦L的衍射弧,說明PA1012纖維在熱處理過程中大分子鏈段發(fā)生了解取向[22,26]。同時,加彈使得PA1012纖維的衍射峰強度下降,這是由于加彈過程中的力學作用使得晶面內缺陷增多,晶體結構發(fā)生畸變,并使得纖維的結晶度降低(見表3),因此,加彈會導致纖維的強度有所下降,該結果與文獻[27]的研究發(fā)現(xiàn)一致,也驗證了上述實驗結果與分析。

圖6 常溫下PA1012 FDY1.3和DTY1.3長絲的二維XRD衍射光斑圖和一維XRD衍射曲線

表3 常溫下PA1012 FDY1.3與DTY1.3長絲結構參數(shù)

2.4 不同極端環(huán)境溫度下的力學性能

2.4.1 不同牽伸比PA1012 纖維的力學性能

對不同牽伸比PA1012 FDY在不同極端環(huán)境溫度下的力學性能進行測試,其相關性能指標與溫度的關系如圖7所示。結果表明:不同牽伸比的PA1012 FDY力學性能的溫度依賴性變化規(guī)律相同,即隨著環(huán)境溫度的升高,不同牽伸比的PA1012纖維的E0、σy、σb均逐漸降低,εy基本不變,但εb明顯增加。此外實驗發(fā)現(xiàn),不同牽伸比的PA1012 FDY在-70 ℃均變成脆性材料,纖維拉伸時沒有出現(xiàn)屈服現(xiàn)象。

圖7 極端環(huán)境下不同牽伸比PA1012 FDY拉伸力學性能指標與溫度的關系

分析認為PA1012為黏彈性高聚物,PA1012纖維的拉伸破壞歸因于聚合物微觀凝聚態(tài)結構及分子鏈結構不同尺度單元的松弛過程,因此,溫度對其拉伸比強度有顯著的影響[22]。不同環(huán)境溫度下,PA1012纖維不同尺度單元結構受到外力拉伸時松弛速度不同。從圖3中PA1012 FDY的DMA測試結果可以看出,PA1012纖維在-70 ℃時,整個體系溫度低于γ松弛溫度(-56.0 ℃),拉伸時分子鏈凍結無法運動,其最大切應力還未達到剪切強度時,拉伸正應力已經(jīng)超出纖維的拉伸強度,因此,纖維來不及屈服就發(fā)生脆性斷裂,且此時纖維的E0和σb較高,尤其是FDY2.7的E0高達75.65 cN/dtex,σb為6.04 cN/dtex,εb為9.13%。隨著環(huán)境溫度達到-50 ℃(超過γ松弛溫度-56.0 ℃)后,此時PA1012大分子鍵長、鍵角可以運動,隨著拉伸外力的增加,體系鏈段的松弛時間與其變形速度相適應,因此出現(xiàn)了屈服現(xiàn)象。隨著拉伸環(huán)境溫度繼續(xù)升高達到0 ℃(超過β松弛溫度-3.6 ℃)后,體系中不僅大分子鍵長、鍵角可以運動,而且大分子的酰胺基團、支鏈和小鏈節(jié)可以產(chǎn)生從凍結到運動的轉變,纖維拉伸變得較為容易,即此時PA1012纖維在外力作用下易產(chǎn)生拉伸形變,纖維的E0、σy和σb均會出現(xiàn)明顯下降,但εb會增加。當環(huán)境溫度繼續(xù)升高至60 ℃(接近Tg),逐漸升高的溫度使得PA1012分子鏈運動能力提高,纖維受到外力作用后形變能力明顯增加,尤其是低倍牽伸的FDY1.3,其拉伸斷裂伸長率高達42%,彈性模量在較低溫出現(xiàn)大幅下降。當環(huán)境溫度達到100 ℃時,PA1012纖維逐漸處于高彈態(tài),部分鏈段拉伸后產(chǎn)生滑移乃至滑脫和結構重排,實驗發(fā)現(xiàn)牽伸比較大的纖維的應力-應變曲線會發(fā)生抖動,力學穩(wěn)定性變差。片晶層與層之間的范德華力對片晶層的約束力減弱,在拉伸外力場的持續(xù)作用下,片晶層與層之間更易破碎滑移,進而導致力學性能下降。隨著溫度進一步升高到120 ℃,達到PA1012的軟化溫度,整個體系已由高彈態(tài)向黏流態(tài)轉變,聚酰胺纖維分子鏈具有更高的活動能力,運動速度進一步加劇,低厚度的片晶發(fā)生熔融,在拉伸外力下片晶之間和分子鏈之間的相對滑移能力大大增加。對于不同牽伸比的纖維來講,牽伸比高的纖維片晶的取向度更高,在拉伸外力條件下繼續(xù)變形的能力下降,因此,隨著拉伸位移的增加,牽伸比越大的纖維鏈與鏈之間更容易發(fā)生滑脫破壞,導致力學性能進一步下降,力學穩(wěn)定性變差。

綜合以上分析,通過選擇合適的牽伸比,可使PA1012纖維在極地寒冷地域具有潛在的應用前景。不同牽伸比的PA1012 FDY的使用極限溫度不同,FDY1.3和FDY1.7適合在-70 ～ 120 ℃極端環(huán)境下使用,但隨著牽伸比的進一步增大,PA1012 FDY適合使用的高溫極限溫度呈下降趨勢,FDY2.1和FDY2.7的使用環(huán)境不宜超過60 ℃。此外,研究發(fā)現(xiàn)極端環(huán)境使得工業(yè)化制備纖維樣品的不均勻性變得更加明顯,加劇了纖維的力學性能差異,尤其是在高溫環(huán)境。整體來說,隨著牽伸比的增大,相同高、低溫環(huán)境下PA1012纖維的力學性能指標變化規(guī)律與常溫狀態(tài)下接近。

2.4.2 PA1012 DTY纖維的力學性能

通過對PA1012 DTY1.3在不同極端環(huán)境溫度下的力學性能進行測試,獲得其力學性能參數(shù)如表4所示?？梢钥闯?隨著極端環(huán)境溫度的升高,PA1012 DTY1.3的初始模量和斷裂強度逐漸減小,但斷裂伸長率趨于明顯增大。究其原因在于PA1012 DTY拉伸力學性能取決于拉伸時大分子鏈的運動能否能跟上鏈松弛的速度,而拉伸的環(huán)境溫度不同,大分子鏈運動的速度也不同[22]。當環(huán)境溫度低于Tg(65.6 ℃)時,PA1012 DTY處于玻璃態(tài),大分子鏈處于凍結狀態(tài)。由2.2節(jié)PA1012 的DMA測試結果可知,溫度越低,大分子鏈被凍結的程度越高,要想使鏈段的松弛時間跟上拉伸速度,則所需的外力就越大,因此在-70 ～ 60 ℃范圍內,隨著拉伸低溫環(huán)境溫度的升高,初始模量和拉伸斷裂強度逐漸減小,但斷裂伸長率趨于增大。隨著拉伸環(huán)境溫度升高超過Tg,整個體系由高彈態(tài)逐步向黏流態(tài)靠近,PA1012 DTY纖維的大分子鏈段解凍,拉伸環(huán)境溫度越高大分子鏈運動越快,則拉伸所需的外力越小,即E0和σb隨著環(huán)境溫度升高而呈明顯下降趨勢,εb進一步增大。

表4 PA1012 DTY1.3長絲在極端環(huán)境不同溫度下的力學性能參數(shù)

此外,實驗過程中發(fā)現(xiàn)PA1012 DTY1.3在0～120 ℃的環(huán)境中力學性能穩(wěn)定,但在0 ℃以下低溫環(huán)境中的力學性能不穩(wěn)定。究其原因是因為加彈會使得體系大分子的取向度和結晶度下降,在低溫下拉伸時,無定形區(qū)和晶區(qū)在同樣受力時會發(fā)生晶區(qū)承載力較大而產(chǎn)生變形、滑脫,無定形受力變形較小,導致力學性能不穩(wěn)定。

3 結 論

1)常溫下聚酰胺1012(PA1012)全牽伸絲(FDY)的初始模量、屈服比強度、屈服伸長率以及斷裂比強度與牽伸比之間均呈現(xiàn)線性正相關,斷裂伸長率與牽伸比之間呈負指數(shù)關系。與牽伸1.3倍的FDY相比,常溫下牽伸1.3倍的拉伸變形絲(DTY)初始模量下降57.47%,斷裂比強度下降2.24%,但斷裂伸長率增加1.40%。

2)極端環(huán)境下隨著溫度的升高,相同牽伸比的PA1012 FDY纖維的初始模量、屈服強度、斷裂強度均逐漸降低,屈服伸長率基本不變;但隨著環(huán)境溫度的升高,斷裂伸長率呈現(xiàn)明顯增加趨勢,且不同牽伸比的PA1012 FDY在-70 ℃發(fā)生脆性破壞。牽伸1.3和1.7倍的FDY可在-70～120 ℃極端環(huán)境下使用,但隨著牽伸比的進一步增大,PA1012 FDY適合使用的高溫極限溫度呈下降趨勢,牽伸2.1和2.7倍的PA1012 FDY使用環(huán)境不宜超過60 ℃。

3)極端環(huán)境下隨著溫度升高,牽伸1.3倍的PA1012 DTY初始模量和拉伸斷裂比強度逐漸減小,但斷裂伸長率趨于增大,其可在0～120 ℃范圍內正常使用,但不適合0 ℃以下的低溫環(huán)境。

綜合以上分析表明,通過調整牽伸比,可使PA1012纖維在高、低溫不同環(huán)境下獲得良好的力學性能,以適應在極地寒冷地域以及高熱環(huán)境下的應用。