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如何解决尼龙PA6-66的吸水问题?
发布时间:2021.11.22
信息摘要:
水对尼龙6/66材料的塑化效果很明显,而且在初始吸水阶段最敏感。仅靠保持干燥环境来保证尼龙6/66材料的性能比较困难。那么,如何解决尼龙PA6-66的吸水问题呢?



肪族聚酰胺由于含有胺基和羰基,易与水分子形成氢键,因此所得到的各种材料在使用时容易吸水,产生增塑效应,导致材料体积膨胀、模量下降,在应力作用下发生明显蠕变。

 

467-尼龙PA吸水问题01

 

聚己内酰胺和聚己二酸己二胺(尼龙6和尼龙66)是最常用的聚酰胺材料,它们最高能从潮湿空气中吸收质量分数10%的水分,在一般湿度环境下也能吸收质量分数2%到4%的水分,导致多种力学性能的变化。

 

由以上结论可以知道,水对尼龙6/66材料的塑化效果很明显,而且在初始吸水阶段最敏感。仅靠保持干燥环境来保证尼龙6/66材料的性能比较困难。解决尼龙6/66吸水问题有两类方法,一是通过降低吸水量来减少水分对其性能的影响;二是通过提高尼龙6/66的相关性能,期望能抵消吸水后对尼龙6/66性能的影响。

 

1、共混和复合

添加酚醛树脂和聚乙烯基苯酚等含酚树脂能减少尼龙6/66的吸水量,提高其Tg,同时对Tm影响较小。

 

研究发现,添加的酚类物质主要存在于尼龙6/66的无定形区域。对于酚类物质的这种效果,研究者是这样解释的:水之所以能破坏尼龙6/66中业已形成的氢 键而与羰基或胺基形成新的氢键,就是因为水分子与羰基或胺基形成氢键的趋势比他们之间要高。

 

酚基与羰基形成氢键的趋势比水分子更高,添加酚类物质之后,酚基占据了尼龙6/66中的羰基和胺基,并因其所含的苯环产生了位阻效应,阻止了水分子的进入。通过等温吸附实验、SAXS和分子模拟的方法都支持了这种解释。

 

添加胺基聚醚(Blox)、磺化聚酯或含芳聚酰胺也能减少尼龙6/66的吸水量。尼龙6/66与其他高分子(如PP、PS、PC、ABS等)共混一般只能减慢吸水速度,并不能降低吸水量。同时如果相容性不好,还会牺牲力学性能。

 

添加无机纳米粒子有一定的效果。聚酰胺/层状硅酸盐纳米复合材料能够大幅提高力学性能、热变形温度、阻隔性和阻燃效果,同时添加有机蒙脱土的聚酰胺/层状硅酸盐纳米复合料能够降低吸水的速度。当蒙脱土的添加达到一定量时(通常大于4%),能够降低尼龙的平衡吸水率。这是由于蒙脱土做为一种成核剂,可提高尼龙的结晶度,这样其中的无定形区就变小,从而降低了尼龙的吸水量。

 

467-尼龙PA吸水率02

 

以上纳米复合材料方法在减慢吸水速度、降低吸水量的同时,在很大程度上还改善了尼龙6/66因吸水带来的不良后果。如尼龙蒙脱土纳米复合材料吸水后,力学性能的下降和尺寸变化要小于纯尼龙。

 

另一方面,上文引用的这些共混和无机纳米复合的报道在力学性能上均获得改善,如Tg、模量的提高等等,就算吸水之后力学性能有所回落,回落的幅度也远远小于加入蒙脱土后所增加的幅度。不同含量的蒙脱土的尼龙6材料,放置一段时间后弯曲模量发生的变化,即使是2%蒙脱土的添加量,在达到饱和吸水率后,弯曲模量也会高出纯尼龙6很多。

 

还有报道通过将尼龙6/66与吸湿性较低、力学强度较高的尼龙11粘合成层状复合材料,由于尼龙11的支架或限制作用,吸水后能保持尺寸和一定的力学强度。

 

2、交联

尼龙6/66交联后的力学性能变化是常规的,即Tg上升、刚性和脆性增强。但是关于交联后的吸水量或水分对材料性能的影响的报道很少,只查到一篇报道称其交联后的尼龙6吸水量有所减少。

 

3、表面改性

通过对尼龙6/66材料的表面进行疏水化改性可以减少吸水量。例如,通过表面接枝含氟聚合物或者在表面形成具有荷叶结构超疏水层。添加胺基聚醚(Blox)、磺化聚酯或含芳聚酰胺也能减少尼龙6/66的吸水量。



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