Почему нейлон обладает сильным поглощением воды, и как он оказывает на производительность после поглощения воды?
2023-02-02
Полиамид (PA), обычно известный как нейлон, имеет плотность около 1,15 г/см 3 и является общим термином для термопластичных смол, содержащих повторные амидные группы-[NHCO]-в основной цепи молекулы, включая алифатическую PA, алифатический -Ароматическая ПА и ароматическая ПА. Анкет Среди них Aliphatic PA имеет много разновидностей, больших результатов и широкого применения, и его именование зависит от конкретного количества атомов углерода в синтетическом мономере.
Поскольку алифатический полиамид содержит аминные группы и карбонильные группы, легко образовывать водородные связи с молекулами воды, поэтому различные полученные материалы легко поглощают воду, что приводит к пластизирующему эффекту, что приводит к расширению объема и уменьшению модуля материал. Происходит значительный ползучий.
Поликапролактам и полигексаметиленовый адипат (нейлон 6 и нейлон 66) являются наиболее часто используемыми полиамидными материалами, как видно из таблицы ниже, их водопоглощение значительно выше, чем другие материалы, и их самое высокое поглощение у влажности влажного воздуха с массовой фракцией 10% также могут поглощать влажность с массовой доли от 2% до 4% в общей среде влажности, что приводит к изменениям различных механических свойств.
Влияние нейлоновой поглощающей воды на свойства
Принимая нейлон 6 и нейлон 66 в качестве примеров, после поглощения воды, многие свойства изменяются, и изменения многих свойств связаны с количеством поглощенной воды.
01
Кристалличность и кристаллическая структура
Кристаллографическое исследование нейлона 6/66 обнаружило, что нейлон 6/66 представляет собой полукристаллический материал, который содержит как кристаллические, так и аморфные области после формования. В кристаллической области молекулярные цепи находятся в плоской зигзагообразной конформации, а водородные связи образуются между цепями через амидные связи. В аморфной области конформация молекулярной цепи является случайной, большинство амидных связей не взаимодействуют с образованием водородных связей и находятся в «свободном» состоянии, но не исключено, что несколько областей образуют локальные водородные связи.
В более ранних исследованиях нейлоновая кристалличность часто оценивалась по плотности. Плотность нейлона 6/66 выше, чем у воды. После поглощения воды вместо этого увеличивается плотность этих двух материалов, и кристалличность также увеличивается. Нейлоновые 6/66 материалов, которые были ориентированы на растяжение, часто содержат некоторые γ-кристаллы. Исследование показало, что после поглощения воды доля γ-кристаллов в нейлоновых материалах уменьшилась, в то время как доля более стабильных α-кристаллов увеличилась.
02
Механические свойства и молекулярное движение
Изменение механических свойств нейлона после поглощения воды очевидно. Наиболее важным является снижение твердости, модуля и прочности на растяжение, снижение точки урожайности и увеличение воздействия.
Молекулярное исследование движения нейлона 6/66 включает такие методы, как ядерный магнитный резонанс, динамическая механическая релаксация и диэлектрическая потеря. Исследование трансформации нейлона 6/66 до и после поглощения воды показывает, что температура его стекла (TG) относительно чувствительна к влаге. После водопоглощения водой ТГ значительно упал. Например, Tg = 94 ℃ Когда содержание воды в нейлоне 6 составляет 0,35%мас./Мас., Tg = -6 ℃ Когда содержание воды составляет 10,33%мас./Мас.; Tg = 78 ℃ Когда содержание воды составляет 11%мас./Мас. Сухого нейлона 66 = 40 ° C. В то же время обнаружено, что процесс уменьшения TG с увеличением поглощения воды имеет стадию. Первоначальный упадок быстрый; Когда доля массы водопоглощения водой превышает определенное значение, снижение является медленным.
Основываясь на различных литературных отчетах, критическое значение составляет от 2% до 4%. Нейлон 6/66 также демонстрирует бета и гамма -переходы при более низких температурах, где бета -переход наблюдается только во влажных образцах, а его прочность увеличивается при поглощении воды. Некоторые исследования также обнаружили, что увеличение интенсивности пика β-транспорта сопровождается снижением пика γ-транзиции и представляет фазу, аналогичную Tg.
Все вышеупомянутые явления указывают на эффект пластизации. Однако, когда температура испытаний дополнительно снижается и превышает определенную критическую температуру, влияние влаги в нейлоновом материале 6/66 обращено, аналогично упрочнению сшивания. Конкретное значение этой критической температуры сильно варьируется в разных отчетах, и некоторые люди предполагают, что это связано с разницей в частоте динамического механического тестирования, степени ориентации образца и другими условиями.
Нейлон будет затвердевать после того, как будет подвергаться напряжению меньше, чем точка урожайности в течение длительного времени. Этот эффект называется «старением стресса». После поглощения воды скорость старения напряжения ускоряется.
03
Изменение размера
Нейлон 6/66 будет расширяться по объему после поглощения воды. При расширении размерное изменение материала и изменение водопоглощения не полностью синхронизированы. Нейлоновое 6 волокно быстро расширяется, а затем медленно с изменением водопоглощения; в то время как пленка Nylon 6 наоборот. После растяжения ориентированного образца расширение является анизотропным. Набухание более выражено в направлении ориентации на растяжение.
Исследования показали, что при действии растяжения межмолекулярная ориентация водородной связи нейлона 6/66 ближе к направлению растяжения, поэтому считается, что расширение поглощения водяного нейлона 6/66 более очевидно в направлении межмолека водородная связь.
Из этого можно известно, что нейлон имеет высокое водопоглощение, что в определенной степени влияет на стабильность размерных и электрические свойства, особенно утолщение тонкостенных частей; Водопоглощение также значительно уменьшит механическую прочность пластмасс. При выборе материалов следует учитывать влияние среды использования и точность сотрудничества с другими компонентами.
Теперь обычная практика состоит в том, чтобы использовать усиление волокна, чтобы уменьшить водопоглощение смолы, чтобы она мог работать при высокой температуре и высокой влажности. Существуют также методы добавления фенольных смол, такие как фенольные смолы и поливинилфенолы, и добавление неорганических наночастиц для уменьшения водопоглощения нейлона.
