¿Por qué el nylon tiene una fuerte absorción de agua y qué efecto tiene en el rendimiento después de la absorción de agua?
2023-02-02
La poliamida (PA), comúnmente conocida como nylon, tiene una densidad de aproximadamente 1.15 g/cm 3 y es un término general para resinas termoplásticas que contienen grupos de amida repetidos: [NHCO], en la cadena principal de la molécula, incluida -Aromático PA y PA aromático. . Entre ellos, la AP alifática tiene muchas variedades, una gran producción y una amplia aplicación, y su nombre depende del número específico de átomos de carbono en el monómero sintético.
Debido a que la poliamida alifática contiene grupos de amina y grupos de carbonilo, es fácil formar enlaces de hidrógeno con moléculas de agua, por lo que los diversos materiales obtenidos son fáciles de absorber agua cuando se usan, lo que resulta en un efecto de plastificación, lo que resulta en la expansión de volumen y una disminución en el modulo de modulo de el material. Se produce una fluencia significativa.
El adipado de policaprolactam y polihexametileno (nylon 6 y nylon 66) son los materiales de poliamida más utilizados, como se puede ver en la tabla a continuación, su absorción de agua es significativamente más alta que otros materiales y su mayor absorción de la humedad del aire húmedo con una fracción de masa del 10% también puede absorber la humedad con una fracción de masa del 2% al 4% en un entorno de humedad general, lo que resulta en cambios en diversas propiedades mecánicas.
Efecto del agua de absorción de nylon en las propiedades
Tomar el nylon 6 y el nylon 66 como ejemplos, después de absorber agua, muchas propiedades cambian y los cambios de muchas propiedades están relacionados con la cantidad de agua absorbida.
01
Cristalinidad y estructura cristalina
El estudio cristalográfico de Nylon 6/66 encontró que el nylon 6/66 es un material semicristalino, que contiene regiones cristalinas y amorfas después del moldeo. En la región cristalina, las cadenas moleculares están en una conformación plana en zigzag, y los enlaces de hidrógeno se forman entre las cadenas a través de enlaces de amida. En la región amorfa, la conformación de la cadena molecular es aleatoria, la mayoría de los enlaces de amida no interactúan para formar enlaces de hidrógeno, y están en un estado "libre", pero no se descarta que algunas regiones formen enlaces de hidrógeno locales.
En estudios anteriores, la cristalinidad de nylon a menudo se estimaba por densidad. La densidad del nylon 6/66 es mayor que la del agua. Después de absorber el agua, la densidad de estos dos materiales aumenta, y la cristalinidad también aumenta. Los materiales de nylon 6/66 que se han orientado el estiramiento a menudo contienen algunos cristales γ. El estudio encontró que después de la absorción de agua, la proporción de cristales γ en materiales de nylon disminuyó, mientras que la proporción de cristales α más estables aumentó.
02
Propiedades mecánicas y movimiento molecular
El cambio en las propiedades mecánicas del nylon después de la absorción de agua es obvio. Lo más importante es la disminución de la dureza, el módulo y la resistencia a la tracción, la disminución del punto de rendimiento y el aumento de la resistencia al impacto.
La investigación de movimiento molecular de nylon 6/66 incluye métodos como resonancia magnética nuclear, relajación mecánica dinámica y pérdida dieléctrica. La investigación sobre la transformación del nylon 6/66 antes y después de la absorción de agua muestra que su temperatura de transición de vidrio (TG) es relativamente sensible a la humedad. Después de la absorción de agua, TG cayó significativamente. Por ejemplo, TG = 94 ℃ cuando el contenido de agua del nylon 6 es 0.35%p/p, TG = -6 ℃ cuando el contenido de agua es 10.33%p/W; TG = 78 ℃ Cuando el contenido de agua es 11%p/p de nylon seco 66 = 40 ° C. Al mismo tiempo, se encuentra que el proceso de TG disminuye con el aumento de la absorción de agua tiene una etapa. La disminución inicial es rápida; Cuando la fracción de masa de absorción de agua excede un cierto valor, la disminución es lenta.
Según varios informes de literatura, el valor crítico es de aproximadamente 2% a 4%. El nylon 6/66 también exhibe transiciones beta y gamma a temperaturas más bajas, donde la transición beta solo se observa en muestras húmedas, y su resistencia aumenta con la absorción de agua. Algunos estudios también han encontrado que el aumento en la intensidad del pico de transición β está acompañado por la disminución del pico de transición γ y presenta una fase similar a TG.
Los fenómenos anteriores indican el efecto de la plastificación. Sin embargo, cuando la temperatura de prueba se reduce aún más y excede una cierta temperatura crítica, el efecto de la humedad en el material de nylon 6/66 se invierte, similar al endurecimiento por reticulación. El valor específico de esta temperatura crítica varía mucho en diferentes informes, y algunas personas sugieren que esto está relacionado con la diferencia en la frecuencia de las pruebas mecánicas dinámicas, el grado de orientación de la muestra y otras condiciones.
El nylon se endurecerá después de ser sometido a estrés menor que el punto de rendimiento durante mucho tiempo. Este efecto se llama "envejecimiento del estrés". Después de la absorción de agua, la tasa de envejecimiento de estrés se acelera.
03
cambio de tamaño
El nylon 6/66 se expandirá en volumen después de absorber agua. Al expandirse, el cambio dimensional del material y el cambio de absorción de agua no están completamente sincronizados. La fibra de nylon 6 se expande rápidamente y luego lentamente con el cambio de absorción de agua; Mientras que la película de Nylon 6 es lo contrario. Después de estirar la muestra orientada, la expansión es anisotrópica. La hinchazón es más pronunciada en la dirección de la orientación de estiramiento.
Los estudios han encontrado que, bajo la acción del estiramiento, la orientación intermolecular del enlace de hidrógeno del nylon 6/66 está más cerca de la dirección del estiramiento, por lo que se cree que la expansión de absorción de agua del nylon 6/66 es más obvia a lo largo de la dirección de la intermolológica enlace de hidrógeno.
Se puede saber a partir de esto que el nylon tiene una alta absorción de agua, lo que afecta la estabilidad dimensional y las propiedades eléctricas hasta cierto punto, especialmente el engrosamiento de las piezas de paredes delgadas; La absorción de agua también reducirá en gran medida la resistencia mecánica de los plásticos. Al seleccionar materiales, se debe tener en cuenta la influencia del entorno de uso y la precisión de la cooperación con otros componentes.
Ahora la práctica común es usar el refuerzo de fibra para reducir la absorción de agua de la resina para que pueda funcionar a alta temperatura y alta humedad. También hay métodos para agregar resinas fenólicas, como resinas fenólicas y polivinilfenoles, y agregar nanopartículas inorgánicas para reducir la absorción de agua de nylon.
