Por que o nylon tem forte absorção de água e que efeito isso tem no desempenho após a absorção de água?
2023-02-02
A poliamida (PA), comumente conhecida como nylon, tem uma densidade de cerca de 1,15g/cm 3 e é um termo geral para resinas termoplásticas contendo grupos amidas repetidos-[NHCO]-na cadeia principal da molécula, incluindo alifático, alifático -Amomático PA e PA aromático. . Entre eles, a AF alifática possui muitas variedades, grande produção e ampla aplicação, e sua nomeação depende do número específico de átomos de carbono no monômero sintético.
Como a poliamida alifática contém grupos de amina e grupos carbonil, é fácil formar ligações de hidrogênio com moléculas de água; portanto, os vários materiais obtidos são fáceis de absorver água quando usados, resultando em um efeito plastificante, resultando em expansão de volume e uma diminuição no módulo de o material. Arepagem significativa ocorre.
O adipato de policaprolactos e poli -hexametileno (nylon 6 e nylon 66) são os materiais de poliamida mais usados, como pode ser visto na tabela abaixo, sua absorção de água é significativamente maior que outros materiais, e sua maior absorção da umidade úmida com uma fração de massa de 10% também podem absorver a umidade com uma fração de massa de 2% a 4% em um ambiente de umidade geral, resultando em alterações em várias propriedades mecânicas.
Efeito da água de absorção de nylon nas propriedades
Tomando nylon 6 e nylon 66 como exemplos, após a absorção de água, muitas propriedades mudam e as alterações de muitas propriedades estão relacionadas à quantidade de água absorvida.
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Cristalinidade e estrutura cristalina
O estudo cristalográfico do nylon 6/66 descobriu que o nylon 6/66 é um material semi-cristalino, que contém regiões cristalinas e amorfas após a moldagem. Na região cristalina, as cadeias moleculares estão em uma conformação plana em zigue -zague e as ligações de hidrogênio são formadas entre cadeias através de ligações amidas. Na região amorfa, a conformação da cadeia molecular é aleatória, a maioria das ligações amidas não interage para formar ligações de hidrogênio e está em um estado "livre", mas não é descartado que algumas regiões formam ligações locais de hidrogênio.
Em estudos anteriores, a cristalinidade de nylon era frequentemente estimada por densidade. A densidade do nylon 6/66 é maior que a da água. Após absorver a água, a densidade desses dois materiais aumenta e a cristalinidade também aumenta. Os materiais de nylon 6/66 que foram orientados a alongamentos geralmente contêm alguns cristais γ. O estudo constatou que, após a absorção da água, a proporção de cristais γ nos materiais de nylon diminuiu, enquanto a proporção de cristais α mais estáveis aumentou.
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Propriedades mecânicas e movimento molecular
A mudança nas propriedades mecânicas do nylon após a absorção de água é óbvia. O mais importante é a diminuição da dureza, módulo e resistência à tração, a diminuição do ponto de produção e o aumento da força do impacto.
A pesquisa de movimento molecular do nylon 6/66 inclui métodos como ressonância magnética nuclear, relaxamento mecânico dinâmico e perda dielétrica. A pesquisa sobre a transformação do nylon 6/66 antes e depois da absorção de água mostra que sua temperatura de transição vítrea (TG) é relativamente sensível à umidade. Após a absorção de água, o TG caiu significativamente. Por exemplo, Tg = 94 ℃ Quando o teor de água do nylon 6 é de 0,35%p/p, Tg = -6 ℃ Quando o teor de água é de 10,33%p/p; TG = 78 ℃ Quando o teor de água é 11%p/p de nylon seco 66 = 40 ° C. Ao mesmo tempo, verifica -se que o processo de TG diminui com o aumento da absorção de água tem um estágio. O declínio inicial é rápido; Quando a fração de massa de absorção de água excede um certo valor, o declínio é lento.
Com base em vários relatórios da literatura, o valor crítico é de cerca de 2% a 4%. O nylon 6/66 também exibe transições beta e gama a temperaturas mais baixas, onde a transição beta é observada apenas em amostras úmidas, e sua força aumenta com a absorção de água. Alguns estudos também descobriram que o aumento da intensidade do pico de transição β é acompanhado pela diminuição do pico de transição γ e apresenta uma fase semelhante à TG.
Todos os fenômenos acima indicam o efeito da plastificação. No entanto, quando a temperatura do teste é reduzida e excede uma certa temperatura crítica, o efeito da umidade no material de nylon 6/66 é revertido, semelhante ao endurecimento da reticulação. O valor específico dessa temperatura crítica varia muito em diferentes relatórios, e algumas pessoas sugerem que isso está relacionado à diferença na frequência de testes mecânicos dinâmicos, o grau de orientação da amostra e outras condições.
Nylon endurecerá depois de ser submetido a estresse menor que o ponto de rendimento por um longo tempo. Esse efeito é chamado de "envelhecimento do estresse". Após a absorção da água, a taxa de envelhecimento do estresse é acelerada.
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mudança de tamanho
O nylon 6/66 se expandirá em volume após a absorção de água. Ao expandir, a mudança dimensional do material e a mudança de absorção de água não são completamente sincronizadas. A fibra de nylon 6 se expande rapidamente e depois lentamente com a mudança de absorção de água; Enquanto o filme de Nylon 6 é o oposto. Depois de esticar a amostra orientada, a expansão é anisotrópica. O inchaço é mais pronunciado na direção da orientação do alongamento.
Estudos descobriram que, sob a ação do alongamento, a orientação intermolecular da ligação de hidrogênio do nylon 6/66 está mais próxima da direção de alongamento, por isso acredita -se que a expansão da absorção de água de nylon 6/66 seja mais óbvia na direção do intermolecular ligação de hidrogênio.
Pode-se saber disso que o nylon tem alta absorção de água, que afeta a estabilidade dimensional e as propriedades elétricas até certo ponto, especialmente o espessamento de partes de paredes finas; A absorção de água também reduzirá bastante a força mecânica dos plásticos. Ao selecionar materiais, a influência do ambiente de uso e a precisão da cooperação com outros componentes devem ser levados em consideração.
Agora, a prática comum é usar o reforço de fibra para reduzir a absorção de água da resina, para que possa funcionar sob alta temperatura e alta umidade. Existem também métodos de adição de resinas fenólicas, como resinas fenólicas e polivinilfenóis, e adicionar nanopartículas inorgânicas para reduzir a absorção de água do nylon.
