Polyamide (PA), algemeen bekend als nylon, heeft een dichtheid van ongeveer 1,15 g/cm 3 en is een algemene term voor thermoplastische harsen die herhaalde amidegroepen bevatten- [NHCO] -In in de hoofdketen van het molecuul, inclusief alifatische PA, Aliphatic -Aromatische PA en aromatische PA. . Onder hen heeft alifatische PA vele variëteiten, grote output en brede toepassing, en de naamgeving ervan hangt af van het specifieke aantal koolstofatomen in het synthetische monomeer.
Omdat alifatisch polyamide aminegroepen en carbonylgroepen bevat, is het gemakkelijk om waterstofbindingen te vormen met watermoleculen, dus de verschillende verkregen materialen zijn gemakkelijk om water te absorberen bij gebruik, resulterend in een kunststofeffect, wat resulteert in volume -expansie en een afname van modulus van het materiaal. Aanzienlijke kruip treedt op.
Polycaprolactam en polyhexamethyleenadipaat (nylon 6 en nylon 66) zijn de meest gebruikte polyamidematerialen, zoals te zien in de onderstaande tabel, hun waterabsorptie is aanzienlijk hoger dan andere materialen, en hun hoogste absorptie van vochtige luchtvochtigheid met een massafract van 10% kan ook vocht absorberen met een massafractie van 2% tot 4% in een algemene vochtigheidomgeving, wat resulteert in veranderingen in verschillende mechanische eigenschappen.
Effect van nylon absorberend water op eigenschappen
Nylon 6 en nylon 66 als voorbeelden nemen, na het absorberen van water, veranderen veel eigenschappen, en de veranderingen van veel eigenschappen zijn gerelateerd aan de hoeveelheid geabsorbeerde water.
01
Kristalliniteit en kristalstructuur
Uit de kristallografische studie van nylon 6/66 bleek dat nylon 6/66 een semi-kristallijn materiaal is, dat na het vormen zowel kristallijne als amorfe gebieden bevat. In het kristallijne gebied zijn de moleculaire ketens in een vlakke zigzagconformatie en worden waterstofbruggen gevormd tussen ketens door amidebindingen. In het amorfe gebied is de conformatie van moleculaire keten willekeurig, de meeste amidebindingen interageren niet om waterstofbindingen te vormen en bevinden zich in een "vrije" toestand, maar het is niet uitgesloten dat enkele gebieden lokale waterstofbruggen vormen.
In eerdere studies werd nylon kristalliniteit vaak geschat door dichtheid. De dichtheid van nylon 6/66 is hoger dan die van water. Na het absorberen van water neemt de dichtheid van deze twee materialen in plaats daarvan toe en neemt de kristalliniteit ook toe. Nylon 6/66 materialen die zijn georiënteerd, bevatten vaak enkele γ-kristallen. Uit de studie bleek dat na waterabsorptie het aandeel van y-kristallen in nylon-materialen afnam, terwijl het aandeel stabielere a-kristallen toenam.
02
Mechanische eigenschappen en moleculaire beweging
De verandering in mechanische eigenschappen van nylon na waterabsorptie is duidelijk. Het belangrijkste is de afname van hardheid, modulus en treksterkte, de afname van het opbrengstpunt en de toename van de impactsterkte.
Het moleculaire bewegingsonderzoek van nylon 6/66 omvat methoden zoals nucleaire magnetische resonantie, dynamische mechanische ontspanning en diëlektrisch verlies. Het onderzoek naar de transformatie van nylon 6/66 voor en na waterabsorptie toont aan dat zijn glasovergangstemperatuur (TG) relatief gevoelig is voor vocht. Na waterabsorptie daalde TG aanzienlijk. Bijvoorbeeld, Tg = 94 ℃ wanneer het watergehalte van nylon 6 0,35%w/w is, tg = -6 ℃ wanneer het watergehalte 10,33%w/w is; Tg = 78 ℃ Wanneer het watergehalte 11%is met droog nylon 66 = 40 ° C. Tegelijkertijd blijkt dat het proces van Tg afneemt met de toename van de waterabsorptie een stadium heeft. De initiële achteruitgang is snel; Wanneer de waterabsorptiemassfractie een bepaalde waarde overschrijdt, is de daling traag.
Op basis van verschillende literatuurrapporten is de kritieke waarde ongeveer 2% tot 4%. Nylon 6/66 vertoont ook bèta- en gamma -overgangen bij lagere temperaturen, waar de bèta -overgang alleen wordt waargenomen in natte monsters en de sterkte ervan neemt toe met waterabsorptie. Sommige studies hebben ook aangetoond dat de toename van de intensiteit van de piek van de β-transitie gepaard gaat met de afname van de γ-overgangspiek en een fase presenteert die vergelijkbaar is met TG.
De bovenstaande fenomenen duiden allemaal op het effect van kunststof. Wanneer de testtemperatuur echter verder wordt verlaagd en een bepaalde kritieke temperatuur overschrijdt, wordt het effect van vocht in het nylon 6/66 materiaal omgekeerd, vergelijkbaar met verknopingsharding. De specifieke waarde van deze kritieke temperatuur varieert sterk in verschillende rapporten, en sommige mensen suggereren dat dit verband houdt met het verschil in de frequentie van dynamische mechanische testen, de mate van oriëntatie van het monster en andere omstandigheden.
Nylon zal uitharden nadat hij al lang aan stress is onderworpen dan het vloeigingspunt. Dit effect wordt "stress veroudering" genoemd. Na waterabsorptie wordt de snelheid van stressveroudering versneld.
03
Maatverandering
Nylon 6/66 zal in volume uitzetten na het absorberen van water. Bij uitbreiding zijn de dimensionale verandering van het materiaal en de verandering van waterabsorptie niet volledig gesynchroniseerd. Nylon 6 vezels breiden snel uit en vervolgens langzaam met de verandering van waterabsorptie; Terwijl Nylon 6 -film het tegenovergestelde is. Na het uitrekken van het georiënteerde monster is de uitbreiding anisotropisch. Zwelling is meer uitgesproken in de richting van stretchoriëntatie.
Studies hebben aangetoond dat onder de werking van het stretchen de intermoleculaire waterstofbindingsoriëntatie van nylon 6/66 dichter bij de rekrichting ligt, dus wordt aangenomen dat de uitbreiding van de waterabsorptie van nylon 6/66 duidelijker is in de richting van de intermoleculaire waterstofbinding.
Hieruit kan bekend zijn dat nylon een hoge waterabsorptie heeft, die dimensionale stabiliteit en elektrische eigenschappen tot op zekere hoogte beïnvloedt, met name de verdikking van dunwandige delen; Waterabsorptie zal ook de mechanische sterkte van kunststoffen aanzienlijk verminderen. Bij het selecteren van materialen moet rekening worden gehouden met de invloed van de gebruiksomgeving en de nauwkeurigheid van samenwerking met andere componenten.
Nu is de gebruikelijke praktijk om vezelwapening te gebruiken om de waterabsorptie van de hars te verminderen, zodat deze kan werken onder hoge temperatuur en hoge luchtvochtigheid. Er zijn ook methoden voor het toevoegen van fenolharsen zoals fenolische harsen en polyvinylfenolen, en het toevoegen van anorganische nanodeeltjes om de waterabsorptie van nylon te verminderen.
Waarom heeft nylon een sterke waterabsorptie en welk effect heeft het op prestaties na waterabsorptie?
2023 02/02