尼龙1012和尼龙1010的晶型转变

结晶性聚合物在特定条件下的晶型变化历来是人们关注的焦点。作为一类重要的结晶性聚合物，许多尼龙在升温时都会发生晶型转变，即常温的α晶型在某一温度时转变为γ晶型，尼龙的这一转变称为Brill转变。由于Brill转变有一定的应用背景，并且搞清Brill转变的本质有助于加深对尼龙类聚合物结晶过程的理解。因此，Brill转变成为高分子物理领域的一个重要研究内容。

聚酰胺中Brill相变的发现可以追溯到1942年的尼龙66。这类聚酰亚胺高分子在加热时发生从三斜结构到拟六边形结构的可逆相变，其特征可以通过变温广角X射线衍射（WAXD）进行监测。其中室温下观察到的0.44 nm和0.37 nm两个特征峰间距逐渐接近，最终在高温时突变成一个0.42 nm左右的单峰。80年来，大多数类型的尼龙都被观察到了类似的Brill相变，相变温度在120至180°C的较宽范围内。然而，Brill相变的机理和本质仍未完全理解。人们普遍认为该转变的起源可能与被酰胺键束缚的亚甲基链段的自由运动有关。

依靠X-ray和固态NMR数据分析发现，Brill相变实质上由尼龙链的两个对映异构体之间的动态相互转化引起的。在他的动力学模型中，氢键的位置是固定的，与酰胺键相邻的CH₂的运动也非常缓慢。而在升温过程中，其他的CH₂链段可以在较宽角度摆动或松弛。在到达转变温度后，沿尼龙链的褶状结构特征翻转并产生对映异构体。由于翻转动力学过程远快于X-ray测量过程，高分子链可以被认为处于混合构象并简化成六方排列，从而在WAXD上只有一个单峰。这一发现有助于人们更好的理解Brill相变和优化尼龙聚合物的加工条件，同时还可以应用于解释其他类型聚合物的类似转变。

本文用变温的X射线衍射研究了尼龙1012和尼龙1010在升温、等温结晶及降温过程中的晶型转变。图1、图2分别为尼龙1012和尼龙1010在升温过程中的X射线衍射图谱。可以看出常温时尼龙1012、尼龙1010的α晶型在升温过程中发生了Brill转变而形成γ晶型，Brill转变温度分别为120 ℃、135℃。此外，X射线研究表明尼龙1012熔体高温等温结晶成γ晶型，而尼龙1010形成一种α晶型。降温过程中．尼龙1012表现出Brill转变的逆转变，即从高温的γ晶型变为常温的α晶型，而尼龙1010高温的α晶型也变为常温的α晶型。如果在尼龙1010熔融前降温，则尼龙1010高温的γ晶型也会转变为常温的α晶型。