Polyamid (PA), allmänt känd som nylon, har en densitet av cirka 1,15 g/cm 3 och är en allmän term för termoplastiska hartser som innehåller upprepade amidgrupper-[NHCO]-i huvudkedjan för molekylen, inklusive alifatisk PA, alifatiska -Aromatisk PA och aromatisk PA. . Bland dem har alifatiska PA många sorter, stor produktion och bred applicering, och dess namn beror på det specifika antalet kolatomer i den syntetiska monomeren.
Eftersom alifatisk polyamid innehåller amingrupper och karbonylgrupper är det lätt att bilda vätebindningar med vattenmolekyler, så de olika materialen som erhålls är lätta att absorbera vatten när de används, vilket resulterar i en mjukgöringseffekt, vilket resulterar i volymutvidgning och en minskning av modulen av Materialet. Betydande krypning inträffar.
Polykaprolaktam och polyhexametylenadipat (nylon 6 och nylon 66) är de vanligaste polyamidmaterialen, vilket kan ses från tabellen nedan, deras vattenabsorption är betydligt högre än andra material, och deras högsta absorption från fuktig luftfukt med en massafraktion på 10% kan också absorbera fukt med en massfraktion av 2% till 4% i en allmän luftfuktighetsmiljö, vilket resulterar i förändringar i olika mekaniska egenskaper.
Effekt av nylonabsorberande vatten på egenskaperna
Genom att ta nylon 6 och nylon 66 som exempel, efter absorbering av vatten, förändras många egenskaper, och förändringarna av många egenskaper är relaterade till mängden vatten som absorberas.
01
Kristallinitet och kristallstruktur
Den kristallografiska studien av nylon 6/66 fann att nylon 6/66 är ett halvkristallint material, som innehåller både kristallina och amorfa regioner efter gjutning. I det kristallina området är molekylkedjorna i en plan sicksackkonformation, och vätebindningar bildas mellan kedjor genom amidbindningar. I det amorfa området är molekylkedjekonformationen slumpmässig, de flesta av amidbindningarna interagerar inte för att bilda vätebindningar och befinner sig i ett "fritt" tillstånd, men det utesluts inte att några få regioner bildar lokala vätebindningar.
I tidigare studier uppskattades ofta nylonkristallinitet av densitet. Tätheten för nylon 6/66 är högre än vatten. Efter absorbering av vatten ökar densiteten för dessa två material istället, och kristalliniteten ökar också. Nylon 6/66 Material som har varit sträckorienterade innehåller ofta vissa y-kristaller. Studien fann att efter vattenabsorption minskade andelen y-kristaller i nylonmaterial, medan andelen mer stabila a-kristaller ökade.
02
Mekaniska egenskaper och molekylrörelse
Förändringen i mekaniska egenskaper hos nylon efter vattenabsorption är uppenbar. Det viktigaste är minskningen av hårdhet, modul och draghållfasthet, minskningen av avkastningspunkten och ökningen av slagstyrkan.
Molekylrörelseforskningen av nylon 6/66 inkluderar metoder såsom kärnmagnetisk resonans, dynamisk mekanisk avslappning och dielektrisk förlust. Forskningen om omvandling av nylon 6/66 före och efter vattenabsorption visar att dess glasövergångstemperatur (TG) är relativt känslig för fukt. Efter vattenabsorption sjönk TG betydligt. Till exempel är Tg = 94 ℃ när vatteninnehållet i nylon 6 är 0,35%vikt/vikt, Tg = -6 ℃ när vatteninnehållet är 10,33%vikt/vikt; Tg = 78 ℃ När vatteninnehållet är 11%vikt/vikt torr nylon 66 = 40 ° C. Samtidigt har det visat sig att processen för TG minskar med ökningen av vattenabsorptionen har ett steg. Den första nedgången är snabb; När vattenabsorptionsmassafraktionen överstiger ett visst värde är nedgången långsam.
Baserat på olika litteraturrapporter är det kritiska värdet cirka 2% till 4%. Nylon 6/66 uppvisar också beta- och gammatransitioner vid lägre temperaturer, där beta -övergången endast observeras i våta prover, och dess styrka ökar med vattenabsorptionen. Vissa studier har också funnit att ökningen i intensiteten av p-övergångstoppen åtföljs av minskningen av y-övergångstoppen och presenterar en fas som liknar TG.
Ovanstående fenomen indikerar alla effekten av mjukgöring. Men när testtemperaturen reduceras ytterligare och överskrider en viss kritisk temperatur, vänds effekten av fukt i nylon 6/66-materialet, liknande tvärbindande härdning. Det specifika värdet på denna kritiska temperatur varierar kraftigt i olika rapporter, och vissa människor antyder att detta är relaterat till skillnaden i frekvensen av dynamisk mekanisk testning, provets orientering och andra förhållanden.
Nylon kommer att härda efter att ha utsatts för stress mindre än avkastningspunkten under lång tid. Denna effekt kallas "stress åldrande". Efter vattenabsorption accelereras hastigheten på åldrande stress.
03
storleksförändring
Nylon 6/66 kommer att expandera i volym efter absorbering av vatten. Vid expandering synkroniseras inte den dimensionella förändringen av materialet och förändringen av vattenabsorptionen helt. Nylon 6 -fiber expanderar snabbt och sedan långsamt med förändring av vattenabsorption; Medan Nylon 6 -filmen är motsatsen. Efter sträckning av det orienterade provet är expansionen anisotropisk. Svullnad är mer uttalad i riktning mot stretchorientering.
Studier har funnit att den intermolekylära vätebindningsorienteringen av nylon 6/66 är under verkan av sträckning, så man tros att vattenabsorptionsutvidgningen av nylon 6/66 är mer uppenbar längs den intermolekylära riktningen vätebindning.
Det kan vara känt från detta att nylon har hög vattenabsorption, vilket påverkar dimensionell stabilitet och elektriska egenskaper i viss utsträckning, särskilt förtjockningen av tunnväggiga delar; Vattenabsorption kommer också att minska plastens mekaniska styrka. Vid val av material bör påverkan av användningsmiljön och noggrannheten i samarbete med andra komponenter beaktas.
Nu är den vanliga praxis att använda fiberförstärkning för att minska vattenabsorptionen av hartset så att det kan fungera under hög temperatur och hög luftfuktighet. Det finns också metoder för att tillsätta fenolhartser såsom fenolhartser och polyvinylfenoler och tillsats av oorganiska nanopartiklar för att minska vattenabsorptionen av nylon.
Varför har nylon stark vattenabsorption, och vilken effekt har den på prestanda efter vattenabsorption?
2023 02/02