Polyamide (PA), thường được gọi là nylon, có mật độ khoảng 1,15g/cm 3 và là thuật ngữ chung cho nhựa nhiệt dẻo có chứa các nhóm amide lặp đi lặp -Aromatic pa và pa thơm. . Trong số đó, Aliphatic PA có nhiều giống, sản lượng lớn và ứng dụng rộng, và việc đặt tên của nó phụ thuộc vào số lượng nguyên tử carbon cụ thể trong monome tổng hợp.
Bởi vì polyamide aliphatic chứa các nhóm amin và nhóm carbonyl, nên dễ dàng hình thành các liên kết hydro với các phân tử nước, do đó các vật liệu khác nhau thu được rất dễ hấp thụ khi sử dụng, dẫn đến hiệu ứng dẻo, dẫn đến mở rộng thể tích và giảm mô đun vật liệu. Creep đáng kể xảy ra.
Polycaprolactam và polyhexamethylen adipate (nylon 6 và nylon 66) là các vật liệu polyamide được sử dụng phổ biến nhất, như có thể thấy từ bảng dưới đây, sự hấp thụ nước của chúng cao hơn đáng kể so với các vật liệu khác và độ hấp thụ không khí ẩm nhất của chúng với phân đoạn khối lượng 10% cũng có thể hấp thụ độ ẩm với tỷ lệ khối lượng từ 2% đến 4% trong môi trường độ ẩm chung, dẫn đến thay đổi các tính chất cơ học khác nhau.
Ảnh hưởng của nước hấp thụ nylon lên các tính chất
Lấy nylon 6 và nylon 66 làm ví dụ, sau khi hấp thụ nước, nhiều tính chất thay đổi và sự thay đổi của nhiều tính chất có liên quan đến lượng nước hấp thụ.
01
Cấu trúc tinh thể và tinh thể
Nghiên cứu tinh thể của nylon 6/66 cho thấy nylon 6/66 là một vật liệu bán tinh thể, chứa cả các vùng tinh thể và vô định hình sau khi đúc. Trong vùng tinh thể, các chuỗi phân tử nằm trong cấu trúc zigzag phẳng và liên kết hydro được hình thành giữa các chuỗi thông qua các liên kết amide. Ở vùng vô định hình, cấu trúc chuỗi phân tử là ngẫu nhiên, hầu hết các liên kết amide không tương tác để tạo thành liên kết hydro và ở trạng thái "tự do", nhưng không loại trừ rằng một vài vùng hình thành liên kết hydro cục bộ.
Trong các nghiên cứu trước đây, độ kết tinh nylon thường được ước tính bằng mật độ. Mật độ của nylon 6/66 cao hơn nước. Sau khi hấp thụ nước, mật độ của hai vật liệu này tăng thay vào đó và độ kết tinh cũng tăng. Các vật liệu nylon 6/66 đã được định hướng kéo dài thường chứa một số tinh thể. Nghiên cứu cho thấy sau khi hấp thụ nước, tỷ lệ γ-tinh thể trong vật liệu nylon giảm, trong khi tỷ lệ các tinh thể α ổn định hơn tăng.
02
Tính chất cơ học và chuyển động phân tử
Sự thay đổi tính chất cơ học của nylon sau khi hấp thụ nước là rõ ràng. Điều quan trọng nhất là giảm độ cứng, mô đun và độ bền kéo, giảm điểm năng suất và tăng cường độ va chạm.
Nghiên cứu chuyển động phân tử của nylon 6/66 bao gồm các phương pháp như cộng hưởng từ hạt nhân, thư giãn cơ học động và mất điện môi. Nghiên cứu về sự biến đổi của nylon 6/66 trước và sau khi hấp thụ nước cho thấy nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh (TG) của nó tương đối nhạy cảm với độ ẩm. Sau khi hấp thụ nước, TG giảm đáng kể. Ví dụ: Tg = 94 ℃ Khi hàm lượng nước của nylon 6 là 0,35%w/w, tg = -6 khi hàm lượng nước là 10,33%w/w; Tg = 78 ℃ Khi hàm lượng nước là 11%w/w nylon khô 66 = 40 ° C. Đồng thời, người ta thấy rằng quá trình Tg giảm khi tăng hấp thu nước có giai đoạn. Sự suy giảm ban đầu là nhanh chóng; Khi phần khối lượng hấp thụ nước vượt quá một giá trị nhất định, sự suy giảm là chậm.
Dựa trên các báo cáo tài liệu khác nhau, giá trị quan trọng là khoảng 2% đến 4%. Nylon 6/66 cũng thể hiện sự chuyển đổi beta và gamma ở nhiệt độ thấp hơn, trong đó quá trình chuyển đổi beta chỉ được quan sát thấy trong các mẫu ướt và cường độ của nó tăng lên khi hấp thụ nước. Một số nghiên cứu cũng đã phát hiện ra rằng sự gia tăng cường độ của đỉnh chuyển đổi β đi kèm với sự giảm đỉnh chuyển đổi và thể hiện một pha tương tự như TG.
Các hiện tượng trên đều chỉ ra ảnh hưởng của dẻo. Tuy nhiên, khi nhiệt độ kiểm tra giảm hơn nữa và vượt quá nhiệt độ tới hạn nhất định, ảnh hưởng của độ ẩm trong vật liệu nylon 6/66 bị đảo ngược, tương tự như độ cứng liên kết ngang. Giá trị cụ thể của nhiệt độ tới hạn này thay đổi rất nhiều trong các báo cáo khác nhau và một số người cho rằng điều này có liên quan đến sự khác biệt về tần suất kiểm tra cơ học động, mức độ định hướng của mẫu và các điều kiện khác.
Nylon sẽ cứng lại sau khi bị căng thẳng ít hơn điểm năng suất trong một thời gian dài. Hiệu ứng này được gọi là "lão hóa căng thẳng". Sau khi hấp thụ nước, tốc độ lão hóa căng thẳng được tăng tốc.
03
thay đổi kích thước
Nylon 6/66 sẽ mở rộng về thể tích sau khi hấp thụ nước. Khi mở rộng, sự thay đổi kích thước của vật liệu và sự thay đổi hấp thụ nước không được đồng bộ hóa hoàn toàn. Nylon 6 sợi mở rộng nhanh chóng và sau đó từ từ với sự thay đổi hấp thụ nước; Trong khi phim Nylon 6 là ngược lại. Sau khi kéo dài mẫu định hướng, sự mở rộng là dị hướng. Sưng rõ rệt hơn theo hướng định hướng kéo dài.
Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng theo tác động kéo dài, định hướng liên kết hydro liên phân tử của nylon 6/66 gần với hướng kéo dài hơn, do đó người ta tin rằng sự mở rộng hấp thụ nước của nylon 6/66 rõ ràng hơn liên kết hydro.
Có thể biết từ điều này rằng nylon có độ hấp thụ nước cao, ảnh hưởng đến sự ổn định kích thước và tính chất điện ở một mức độ nhất định, đặc biệt là sự dày lên của các bộ phận vách mỏng; Hấp thụ nước cũng sẽ làm giảm đáng kể cường độ cơ học của nhựa. Khi chọn vật liệu, ảnh hưởng của môi trường sử dụng và tính chính xác của hợp tác với các thành phần khác nên được tính đến.
Bây giờ thực tế phổ biến là sử dụng cốt thép sợi để giảm sự hấp thụ nước của nhựa để nó có thể hoạt động dưới nhiệt độ cao và độ ẩm cao. Ngoài ra còn có các phương pháp thêm nhựa phenolic như nhựa phenolic và polyvinylphenol, và thêm các hạt nano vô cơ để giảm sự hấp thụ nước của nylon.
Tại sao nylon có khả năng hấp thụ nước mạnh, và nó có ảnh hưởng gì đến hiệu suất sau khi hấp thụ nước?
2023 02/02