Warum hat Nylon eine starke Wasserabsorption und wie wirkt es sich auf die Leistung nach der Wasseraufnahme aus?
2023-02-02
Polyamid (PA), allgemein bekannt als Nylon, hat eine Dichte von etwa 1,15 g/cm 3 und ist ein allgemeiner Begriff für thermoplastische Harze, die wiederholte Amidgruppen enthalten-[NHCO]-in der Hauptkette des Moleküls, einschließlich aliphatischer PA, aliphatisch -Aaromatische PA und aromatische PA. . Unter ihnen hat die aliphatische PA viele Sorten, eine große Leistung und eine breite Anwendung, und seine Namensnamen hängt von der spezifischen Anzahl von Kohlenstoffatomen im synthetischen Monomer ab.
Da aliphatisches Polyamid Amingruppen und Carbonylgruppen enthält, ist es leicht, Wasserstoffbrückenbindungen mit Wassermolekülen zu bilden das Material. Signifikantes Kriechen tritt auf.
Polycaprolactam und Polyhexamethylenadipat (Nylon 6 und Nylon 66) sind die am häufigsten verwendeten Polyamidmaterial von 10% kann auch Feuchtigkeit mit einem Massenanteil von 2% bis 4% in einer allgemeinen Luftfeuchtigkeitsumgebung absorbieren, was zu Veränderungen der verschiedenen mechanischen Eigenschaften führt.
Auswirkung von Nylon, die Wasser auf Eigenschaften absorbieren
Nylon 6 und Nylon 66 als Beispiele nach Absorption von Wasser ändern sich viele Eigenschaften, und die Änderungen vieler Eigenschaften hängen mit der Menge des absorbierten Wassers zusammen.
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Kristallinität und Kristallstruktur
Die kristallographische Untersuchung von Nylon 6/66 ergab, dass Nylon 6/66 ein halbkristallines Material ist, das sowohl kristalline als auch amorphe Regionen nach dem Formen enthält. In der kristallinen Region befinden sich die molekularen Ketten in einer planaren Zickzackkonformation, und zwischen Amidbindungen werden Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Ketten gebildet. In der amorphen Region ist die molekulare Kettenkonformation zufällig, die meisten Amidbindungen wechselwirken nicht zu Wasserstoffbrückenbindungen und befinden sich in einem "freien" Zustand, aber es wird nicht ausgeschlossen, dass einige Regionen lokale Wasserstoffbrückenbindungen bilden.
In früheren Studien wurde die Nylonkristallinität häufig durch Dichte geschätzt. Die Dichte von Nylon 6/66 ist höher als die von Wasser. Nach dem Absorbieren von Wasser nimmt die Dichte dieser beiden Materialien stattdessen zu und die Kristallinität nimmt ebenfalls zu. Nylon 6/66 Materialien, die dehnbar orientiert wurden, enthalten häufig einige γ-Kristalle. Die Studie ergab, dass nach Wasserabsorption der Anteil der γ-Kristalle in Nylonmaterialien abnahm, während der Anteil der stabileren α-Kristalle zunahm.
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Mechanische Eigenschaften und molekulare Bewegung
Die Änderung der mechanischen Eigenschaften von Nylon nach der Wasserabsorption ist offensichtlich. Am wichtigsten ist die Abnahme der Härte, des Moduls und der Zugfestigkeit, der Abnahme des Ertragspunkts und der Zunahme der Schlagfestigkeit.
Die molekulare Bewegungsforschung von Nylon 6/66 umfasst Methoden wie nukleare Magnetresonanz, dynamische mechanische Relaxation und dielektrischer Verlust. Die Forschung zur Transformation von Nylon 6/66 vor und nach der Wasserabsorption zeigt, dass seine Glasübergangstemperatur (TG) relativ empfindlich gegenüber Feuchtigkeit ist. Nach der Wasseraufnahme fiel TG erheblich zurück. Zum Beispiel tg = 94 ℃, wenn der Wassergehalt von Nylon 6 0,35%w/w beträgt, tg = -6 ℃, wenn der Wassergehalt 10,33%w/w beträgt; TG = 78 ℃ Wenn der Wassergehalt 11%w/w von trockenem Nylon 66 = 40 ° C beträgt. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass der Prozess der TG mit zunehmender Wasserabsorption eine Stufe aufweist. Der anfängliche Rückgang ist schnell; Wenn die Wasserabsorptionsmasse einen bestimmten Wert überschreitet, ist der Rückgang langsam.
Basierend auf verschiedenen Literaturberichten liegt der kritische Wert etwa 2% bis 4%. Nylon 6/66 zeigt auch Beta- und Gamma -Übergänge bei niedrigeren Temperaturen, wobei der Beta -Übergang nur in feuchten Proben beobachtet wird, und seine Stärke nimmt mit der Wasserabsorption zu. Einige Studien haben auch herausgefunden, dass die Zunahme der Intensität des β-Übergangspeaks von der Abnahme des γ-Übergangsspeaks einhergeht und eine Phase ähnlich wie TG darstellt.
Die obigen Phänomene zeigen alle die Wirkung der Plastikisation an. Wenn die Testertemperatur jedoch weiter reduziert wird und eine bestimmte kritische Temperatur überschreitet, wird der Effekt der Feuchtigkeit im Nylon 6/66-Material umgekehrt, ähnlich wie die Vernetzung. Der spezifische Wert dieser kritischen Temperatur variiert in verschiedenen Berichten stark, und einige Menschen schlagen vor, dass dies mit dem Unterschied in der Häufigkeit dynamischer mechanischer Tests, des Ausrichtungsgrades der Probe und anderen Erkrankungen zusammenhängt.
Nylon härtet sich, nachdem er längere Zeit einem Stress ausgesetzt ist als der Ertragspunkt. Dieser Effekt wird als "Stressalterung" bezeichnet. Nach der Wasseraufnahme wird die Spannungsrate beschleunigt.
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Größenänderung
Nylon 6/66 erweitert sich nach Absorption von Wasser im Volumen. Bei der Erweiterung werden die dimensionale Änderung des Materials und die Änderung der Wasserabsorption nicht vollständig synchronisiert. Nylon 6 Faser dehnt sich schnell und dann langsam mit der Änderung der Wasserabsorption aus; Während Nylon 6 -Film das Gegenteil ist. Nach dem Dehnen der orientierten Probe ist die Ausdehnung anisotrop. Die Schwellung ist in Richtung der Stretchorientierung stärker ausgeprägt.
Studien haben festgestellt, dass die intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungsorientierung von Nylon 6/66 unter der Dehnung näher an der Dehnungsrichtung liegt Wasserstoffverbindung.
Daraus ist bekannt, dass Nylon eine hohe Wasserabsorption aufweist, was die dimensionale Stabilität und die elektrischen Eigenschaften in gewissem Maße beeinflusst, insbesondere die Verdickung dünnwandiger Teile; Die Wasserabsorption verringert auch die mechanische Stärke von Kunststoffen erheblich. Bei der Auswahl von Materialien sollte der Einfluss der Nutzungsumgebung und die Genauigkeit der Zusammenarbeit mit anderen Komponenten berücksichtigt werden.
Jetzt besteht die übliche Praxis darin, die Faserverstärkung zu verwenden, um die Wasseraufnahme des Harzes zu verringern, damit es unter hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit funktionieren kann. Es gibt auch Methoden zum Hinzufügen von Phenolharzen wie Phenolharzen und Polyvinylphenole und Zugabe anorganischer Nanopartikel zur Verringerung der Wasseraufnahme von Nylon.
