Polyamide (PA), umumnya dikenal sebagai nilon, memiliki kepadatan sekitar 1,15g/cm 3 dan merupakan istilah umum untuk resin termoplastik yang mengandung gugus amida berulang- [NHCO]-dalam rantai utama molekul, termasuk PA alifatik, alifatik -aromatic PA dan aromatik PA. . Di antara mereka, PA alifatik memiliki banyak varietas, output besar dan aplikasi yang luas, dan penamaannya tergantung pada jumlah spesifik atom karbon dalam monomer sintetis.
Karena poliamida alifatik mengandung gugus amina dan gugus karbonil, mudah untuk membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air, sehingga berbagai bahan yang diperoleh mudah untuk menyerap air saat digunakan, menghasilkan efek plastisisasi, menghasilkan ekspansi volume dan penurunan modulus dari bahan. Creep signifikan terjadi.
Polycaprolactam dan polyhexamethylene adipate (nilon 6 dan nilon 66) adalah bahan poliamida yang paling umum digunakan, seperti yang dapat dilihat dari meja di bawah, penyerapan airnya secara signifikan lebih tinggi daripada bahan lainnya, dan penyerapan tertinggi dari kelembaban udara lembab dengan fraksi massa massa 10% juga dapat menyerap kelembaban dengan fraksi massa 2% hingga 4% dalam lingkungan kelembaban umum, menghasilkan perubahan dalam berbagai sifat mekanik.
Efek air penyerap nilon pada sifatnya
Mengambil Nylon 6 dan Nylon 66 sebagai contoh, setelah menyerap air, banyak sifat berubah, dan perubahan banyak sifat terkait dengan jumlah air yang diserap.
01
Struktur kristalinitas dan kristal
Studi kristalografi nilon 6/66 menemukan bahwa nilon 6/66 adalah bahan semi-kristal, yang mengandung daerah kristal dan amorf setelah pencetakan. Di daerah kristal, rantai molekuler berada dalam konformasi zigzag planar, dan ikatan hidrogen terbentuk di antara rantai melalui ikatan amida. Di wilayah amorf, konformasi rantai molekuler adalah acak, sebagian besar ikatan amida tidak berinteraksi untuk membentuk ikatan hidrogen, dan berada dalam keadaan "bebas", tetapi tidak dikesampingkan bahwa beberapa daerah membentuk ikatan hidrogen lokal.
Dalam penelitian sebelumnya, kristalinitas nilon sering diperkirakan dengan kepadatan. Kepadatan nilon 6/66 lebih tinggi dari air. Setelah menyerap air, kepadatan kedua bahan ini meningkat, dan kristalinitas juga meningkat. Bahan nilon 6/66 yang telah berorientasi peregangan sering mengandung beberapa γ-kristal. Studi ini menemukan bahwa setelah penyerapan air, proporsi γ-kristal dalam bahan nilon menurun, sedangkan proporsi kristal α yang lebih stabil meningkat.
02
Sifat mekanik dan gerakan molekuler
Perubahan sifat mekanik nilon setelah penyerapan air jelas. Yang paling penting adalah penurunan kekerasan, modulus dan kekuatan tarik, penurunan titik hasil dan peningkatan kekuatan dampak.
Penelitian gerak molekuler nilon 6/66 mencakup metode seperti resonansi magnetik nuklir, relaksasi mekanik dinamis dan kehilangan dielektrik. Penelitian tentang transformasi nilon 6/66 sebelum dan sesudah penyerapan air menunjukkan bahwa suhu transisi kaca (TG) relatif sensitif terhadap kelembaban. Setelah penyerapan air, TG turun secara signifikan. Misalnya, TG = 94 ℃ Ketika kadar air nilon 6 adalah 0,35%b/b, tg = -6 ℃ ketika kadar air 10,33%b/b; TG = 78 ℃ Ketika kadar air 11%b/w dari nilon kering 66 = 40 ° C. Pada saat yang sama, ditemukan bahwa proses penurunan TG dengan meningkatnya penyerapan air memiliki tahap. Penurunan awal cepat; Ketika fraksi massa penyerapan air melebihi nilai tertentu, penurunannya lambat.
Berdasarkan berbagai laporan literatur, nilai kritisnya adalah sekitar 2% hingga 4%. Nylon 6/66 juga menunjukkan transisi beta dan gamma pada suhu yang lebih rendah, di mana transisi beta hanya diamati dalam sampel basah, dan kekuatannya meningkat dengan penyerapan air. Beberapa penelitian juga menemukan bahwa peningkatan intensitas puncak β-transisi disertai dengan penurunan puncak transisi γ, dan menyajikan fase yang mirip dengan TG.
Fenomena di atas semuanya menunjukkan efek plastisisasi. Namun, ketika suhu uji semakin berkurang dan melebihi suhu kritis tertentu, efek kelembaban dalam bahan nilon 6/66 dibalik, mirip dengan pengerasan ikatan silang. Nilai spesifik dari suhu kritis ini sangat bervariasi dalam laporan yang berbeda, dan beberapa orang menyarankan bahwa ini terkait dengan perbedaan frekuensi pengujian mekanik dinamis, tingkat orientasi sampel, dan kondisi lainnya.
Nylon akan mengeras setelah mengalami stres kurang dari titik hasil untuk waktu yang lama. Efek ini disebut "penuaan stres". Setelah penyerapan air, laju penuaan stres dipercepat.
03
Ukuran perubahan
Nylon 6/66 akan berkembang dalam volume setelah menyerap air. Saat mengembang, perubahan dimensi material dan perubahan penyerapan air tidak sepenuhnya disinkronkan. Serat nilon 6 mengembang dengan cepat dan kemudian perlahan -lahan dengan perubahan penyerapan air; Sementara film Nylon 6 adalah sebaliknya. Setelah merentangkan sampel yang berorientasi, ekspansi adalah anisotropik. Pembengkakan lebih menonjol ke arah orientasi peregangan.
Studi telah menemukan bahwa di bawah aksi peregangan, orientasi ikatan hidrogen antar molekul nilon 6/66 lebih dekat ke arah peregangan, sehingga diyakini bahwa ekspansi penyerapan air nilon 6/66 lebih jelas di sepanjang arah antarmolekul intermolekul ikatan hidrogen.
Dapat diketahui dari ini bahwa nilon memiliki penyerapan air yang tinggi, yang mempengaruhi stabilitas dimensi dan sifat listrik sampai batas tertentu, terutama penebalan bagian berdinding tipis; Penyerapan air juga akan sangat mengurangi kekuatan mekanik plastik. Saat memilih bahan, pengaruh lingkungan penggunaan dan keakuratan kerja sama dengan komponen lain harus diperhitungkan.
Sekarang praktik umum adalah menggunakan penguatan serat untuk mengurangi penyerapan air resin sehingga dapat bekerja di bawah suhu tinggi dan kelembaban tinggi. Ada juga metode penambahan resin fenolik seperti resin fenolik dan polivinilfenol, dan menambahkan nanopartikel anorganik untuk mengurangi penyerapan air nilon.
Mengapa nilon memiliki penyerapan air yang kuat, dan apa efeknya terhadap kinerja setelah penyerapan air?
2023 02/02