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水分对尼龙PA6/66有哪些影响?
发布时间:2020.12.25
信息摘要:
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。那么水分对尼龙6/66性质有哪些影响呢?



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。
 


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。

尼龙的吸水率

那么水分对尼龙6/66性质有哪些影响呢?


尼龙6/66吸水之后,多种性质发生变化,而且许多性质的改变和吸水量有关系,主要的影响如下:

1、结晶度和晶体结构

对尼龙6/66的晶体学研究发现,尼龙6/66都是半结晶性材料,成型后都含有晶区和非晶区。在晶区,分子链呈平面锯齿构象,通过酰胺键在链与链之间形成氢键。在非晶区,分子链构象呈无规状,大多数酰胺键没有相互作用形成氢键,呈“自由”状态,但不排除少数区域形成了局部的氢键。
 

早期的研究中,尼龙结晶度常通过密度来估算。尼龙6/66的密度比水大,吸水后,这两种材料的密度反而上升,结晶度也上升。经过拉伸取向的尼龙6/66材料常含有部分γ-晶。研究发现,吸水后尼龙材料的γ-晶比例减少,而更稳定的α-晶比例增大。

 





2、力学性能和分子运动

尼龙吸水后在力学性能上的变化很明显。最主要是硬度、模量和拉伸强度下降、屈服点降低、冲击强度增加。

尼龙6/66的分子运动研究有核磁共振、动态力学松弛和介电损耗等方法,研究尼龙6/66材料吸水前后的转变发现,其玻璃化转变温度(Tg)对水分比较敏感,吸水之后,Tg大幅下降。例如,尼龙6水含量为0.35%w/w时Tg=94℃,10.33%w/w时Tg=-6℃;干燥尼龙66Tg=78℃,当含水量为11%w/w时Tg=40℃。同时发现,Tg随吸水量增加而下降的过程具有阶段性。起始下降迅速;当吸水质量分数超过一定值之后,下降缓慢。

 
综合各文献报道,该临界值约在2%~4%。尼龙6/66还在较低温度下表现β和γ转变,其中β转变只在潮湿的样品中观察到,且其强度随着吸水量的增加而增加。有的研究还发现,β转变峰强度的增加伴随着γ转变峰的减少,并呈现类似Tg的阶段性。

 

以上现象均表明类似塑化的效果,然而当测试温度进一步降低,超过某临界温度后,水分在尼龙6/66材料中的作用就相反,类似交联硬化。这个临界温度的具体值在不同报道中相差较大,有人提出这与动态力学测试频率、样品的取向程度等条件的不同有关。
 

尼龙在长期受到小于屈服点的应力作用后,会发生硬化,这种效果称为“应力老化”(stress aging)。在吸水后,应力老化的速率加快。

 尼龙与水分



3、尺寸变化

尼龙6/66吸水后体积将发生膨胀。膨胀时,材料尺寸变化和吸水量变化并不完全同步。尼龙6纤维随着吸水量变化膨胀先快后慢;而尼龙6薄膜则相反。经过拉伸取向的样品,膨胀具有各向异性。在拉伸取向的方向上膨胀较明显。
 
研究发现,尼龙6/66在拉伸作用下,其中的分子间氢键取向沿拉伸的方向靠拢,因此认为,尼龙6/66吸水膨胀在沿分子间氢键的方向上比较明显。

 

4、热定型方法

尼龙6/66纤维生产中有湿热定型和干热定型两种方法。研究发现,在结晶度相同的情况下,干热定型样品吸水量比湿热定型的少。湿热定型的样品染色性能较好。





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