Pourquoi le nylon a-t-il une forte absorption d'eau et quel effet a-t-il sur les performances après l'absorption d'eau?
2023-02-02
Le polyamide (PA), communément appelé nylon, a une densité d'environ 1,15 g / cm 3 et est un terme général pour les résines thermoplastiques contenant des groupes d'amide répétés - [NHCO]-dans la chaîne principale de la molécule, y compris APhatique, aliphatique -Aromatique PA et PA aromatique. . Parmi eux, l'AP aliphatique a de nombreuses variétés, une grande production et une large application, et sa dénomination dépend du nombre spécifique d'atomes de carbone dans le monomère synthétique.
Parce que le polyamide aliphatique contient des groupes amine et des groupes carbonyle, il est facile de former des liaisons hydrogène avec des molécules d'eau, de sorte que les différents matériaux obtenus sont faciles à absorber l'eau lorsqu'ils sont utilisés, entraînant un effet plastifiant, entraînant une expansion de volume et une diminution du module de module de le matériel. Un fluage significatif se produit.
Le polycaprolactame et l'adipate de polyhexaméthylène (nylon 6 et nylon 66) sont les matériaux de polyamide les plus couramment utilisés, comme le montrent le tableau ci-dessous, leur absorption d'eau est significativement plus élevée que les autres matériaux, et leur absorption la plus élevée de l'humidité de l'air humide avec une fraction de masse de 10% peuvent également absorber l'humidité avec une fraction de masse de 2% à 4% dans un environnement d'humidité général, entraînant des changements dans diverses propriétés mécaniques.
Effet de l'eau absorbant le nylon sur les propriétés
Prendre du nylon 6 et du nylon 66 comme exemples, après avoir absorbé l'eau, de nombreuses propriétés changent et les changements de nombreuses propriétés sont liés à la quantité d'eau absorbée.
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Cristallinité et structure cristalline
L'étude cristallographique du nylon 6/66 a révélé que le nylon 6/66 est un matériau semi-cristallin, qui contient à la fois des régions cristallines et amorphes après le moulage. Dans la région cristalline, les chaînes moléculaires sont dans une conformation planaire en zigzag et des liaisons hydrogène se forment entre les chaînes par des liaisons amide. Dans la région amorphe, la conformation de la chaîne moléculaire est aléatoire, la plupart des liaisons amide n'interagissent pas pour former des liaisons hydrogène et sont dans un état "libre", mais il n'est pas exclu que quelques régions forment des liaisons hydrogène locales.
Dans les études antérieures, la cristallinité en nylon était souvent estimée par densité. La densité du nylon 6/66 est supérieure à celle de l'eau. Après avoir absorbé l'eau, la densité de ces deux matériaux augmente à la place et la cristallinité augmente également. Les matériaux en nylon 6/66 qui ont été orientés vers l'étirement contiennent souvent certains cristaux γ. L'étude a révélé qu'après l'absorption de l'eau, la proportion de cristaux γ dans les matériaux en nylon diminuait, tandis que la proportion de cristaux α plus stables a augmenté.
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Propriétés mécaniques et mouvement moléculaire
Le changement des propriétés mécaniques du nylon après l'absorption d'eau est évident. La plus importante est la diminution de la dureté, du module et de la résistance à la traction, la diminution de l'élastique et l'augmentation de la résistance à l'impact.
La recherche sur le mouvement moléculaire du nylon 6/66 comprend des méthodes telles que la résonance magnétique nucléaire, la relaxation mécanique dynamique et la perte diélectrique. La recherche sur la transformation du nylon 6/66 avant et après l'absorption d'eau montre que sa température de transition du verre (TG) est relativement sensible à l'humidité. Après l'absorption d'eau, TG a chuté de manière significative. Par exemple, Tg = 94 ℃ lorsque la teneur en eau du nylon 6 est de 0,35% p / p, tg = -6 ℃ lorsque la teneur en eau est de 10,33% p / p; Tg = 78 ℃ Lorsque la teneur en eau est de 11% p / p de nylon sec 66 = 40 ° C. Dans le même temps, il est constaté que le processus de TG diminue avec l'augmentation de l'absorption de l'eau a un stade. La baisse initiale est rapide; Lorsque la fraction de masse d'absorption d'eau dépasse une certaine valeur, le déclin est lent.
Sur la base de divers rapports de littérature, la valeur critique est d'environ 2% à 4%. Le nylon 6/66 présente également des transitions bêta et gamma à des températures plus basses, où la transition bêta n'est observée que dans les échantillons humides, et sa résistance augmente avec l'absorption d'eau. Certaines études ont également montré que l'augmentation de l'intensité du pic de transition β s'accompagne de la diminution du pic de transition γ et présente une phase similaire à Tg.
Les phénomènes ci-dessus indiquent tous l'effet de la plastification. Cependant, lorsque la température du test est encore réduite et dépasse une certaine température critique, l'effet de l'humidité dans le matériau en nylon 6/66 est inversé, similaire au durcissement de réticulation. La valeur spécifique de cette température critique varie considérablement dans différents rapports, et certaines personnes suggèrent que cela est lié à la différence de fréquence des tests mécaniques dynamiques, du degré d'orientation de l'échantillon et d'autres conditions.
Le nylon durcira après avoir été soumis à un stress inférieur à ce que le point de rendement pendant longtemps. Cet effet est appelé «vieillissement de stress». Après l'absorption de l'eau, le taux de vieillissement du stress est accéléré.
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changement de taille
Le nylon 6/66 s'étendra en volume après avoir absorbé l'eau. Lors de l'expansion, le changement dimensionnel du matériau et le changement d'absorption de l'eau ne sont pas complètement synchronisés. La fibre de nylon 6 se développe rapidement puis lentement avec le changement d'absorption d'eau; tandis que le film Nylon 6 est le contraire. Après avoir étiré l'échantillon orienté, l'expansion est anisotrope. L'enflure est plus prononcée dans le sens de l'orientation extensible.
Des études ont montré que sous l'action de l'étirement, l'orientation intermoléculaire de la liaison hydrogène du nylon 6/66 est plus proche de la direction d'étirement, il est donc estimé que l'expansion d'absorption de l'eau du nylon 6/66 est plus évidente dans la direction de l'intermoléculaire liaison hydrogène.
On peut savoir à partir de cela que le nylon a une absorption élevée par l'eau, ce qui affecte la stabilité dimensionnelle et les propriétés électriques dans une certaine mesure, en particulier l'épaississement des pièces à parois minces; L'absorption d'eau réduira également considérablement la résistance mécanique des plastiques. Lors de la sélection des matériaux, l'influence de l'environnement d'utilisation et la précision de la coopération avec d'autres composants doivent être prises en compte.
Maintenant, la pratique courante consiste à utiliser le renforcement des fibres pour réduire l'absorption d'eau de la résine afin qu'elle puisse fonctionner à haute température et à une humidité élevée. Il existe également des méthodes d'ajout de résines phénoliques telles que les résines phénoliques et les polyvinylphénols, et l'ajout de nanoparticules inorganiques pour réduire l'absorption d'eau du nylon.
