氨纶具有断裂伸长率大、弹性回复率高、耐疲劳性能好、耐腐蚀、耐热等优异性能,主要用于编制弹性织物,也常应用于医疗、消防、通信等领域,而当其作为安全带或安全绳、Z-pinch中的自适应纤维使用时,要求其具有较高的安全性能来避免材料失效导致的严重后果。因此,本文研究了氨纶的拉伸力学性能及其模型、应力松弛及其模型、热力学性能,并分别从这三个方面对氨纶的安全使用提供了指导性意见。论文的主要工作内容和结论如下:(1)通过改变4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和聚四氢呋喃二醇(PTMG)的投料比,采用干法纺丝制得了一系列具有不同异氰酸酯指数(R值)的氨纶。对氨纶样品分别进行拉伸性能测试、傅里叶变换红外光谱测试、小角X射线散射测试,发现随着氨纶R值的增大,其杨氏模量、断裂强力、断裂伸长率均先增大后减小,在R值为1.76时达到最大值,这与氢键度和微相分离程度的变化规律一致。而随着氨纶拉伸速率的增大,其断裂强力一直增大,而断裂伸长率则一直减小,杨氏模量则基本保持不变。(2)提出了由非线性弹簧和粘壶串联组成的二元件模型,该模型可以很好地拟合氨纶的拉伸曲线,且相比已有的三元件、四元件模型,二元件模型能更加简化分析与计算过程。同时对模型的参数进行了分析,发现模型中的参数粘滞系数和初始模量c与其微观结构的变化规律具有一致性,故该模型为氨纶的拉伸性能研究提供了一种新的思路与途径。(3)研究了R值和应变对氨纶应力松弛性能的影响,发现随着R值的增大,其第一阶段应力松弛率和总应力松弛率先减小后增大,在R值为1.76时取得最小值,而第二阶段的应力松弛率变化不大;随着应变的增加,第一阶段应力松弛率、第二阶段应力松弛率、总应力松弛率均呈现增大的趋势。并分别从数学的角度和粘弹性的角度运用了不同的模型对其进行拟合,其中三次项多项式模型可以很好地对氨纶的应力松弛情况进行预测;而n=3的广义Maxwell模型可以很好地从粘弹性方面对氨纶的应力松弛曲线进行拟合,有助于分析氨纶的粘弹特性。(4)研究了氨纶在小应变情况下的热力学性能,发现氨纶在发生小应变拉伸时,体系的熵值随着应变的增加而减小,焓值随着应变的增加而增大;内能对应力的贡献比随着温度的升高而降低,且其占比较小,为次要部分,熵变是氨纶丝在拉伸时产生回弹张力的主要原因。(5)针对作用于不同器件的氨纶,以不同的评价指标为其使用安全性提供了指导意见。在作为安全带或安全绳使用的氨纶时,以断裂强力和断裂伸长率为评价指标,建议应选择具有较高断裂强力和断裂伸长率的R值1.76的氨纶,然后根据具体要求在适合的拉伸速率下使用;作为Z-pinch中的自适应纤维使用的氨纶时,以第一应力松弛时间和第二应力松弛率为评价指标,建议选择具有较短的第一应力松弛时间和较低的第二应力松弛率的R值1.76的氨纶,然后根据具体要求在适合的应变下使用;在使用过程中,还应时刻关注温度的变化,避免氨纶分解造成材料强度下降从而致使器件失效引起严重的安全事故。