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尼龙和水分的关系2016-08-08

  脂肪族聚酰胺因为富含胺基和羰基,易与水分子造成氢键,因此所得到的各种资料在应用时简朴吸水,发作增塑效应,致使资料体积胀大、模量下降,在应力作用下发作显着蠕变。聚己内酰胺和聚己二酸己二胺(尼龙6和尼龙66)是最常用的聚酰胺资料,它们最高能从湿润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,致使多种力学功用的修正。尼龙6和尼龙66两种资料在这篇文章谈论范围内区别很小,总称尼龙6÷66。这篇

  文章总结了关于尼龙6÷66吸水机理和改善其吸湿性的钻研。主要内容如下: 

1、 水分对尼龙6÷66性质的影响 

  尼龙6÷66吸水往后,多种性质发作修正,并且很多性质的修正和吸水量有联络。 


1.1、 结晶度和晶体结构 

  对尼龙6÷66的晶体学钻研发现,尼龙6÷66都是半结晶性资料,成型后都富含晶区和非晶区。在晶区,分子链呈平面锯齿构象,经过酰胺键在链与链之间造成氢键。在非晶区,分子链构象呈无规状,大多数酰胺键没有彼此作用造成氢键,呈“自在”状态,但不清除多数区域造成了有些的氢键。前期的钻研中尼龙结晶度常经过密度来计算。尼龙6÷66的密度比水大,吸水后,这两种资料的密度反而上升,结晶度也上升。经过拉伸取向的尼龙6÷66资料常富富含些γ-晶。钻研发现,吸水后尼龙资料的γ-晶比例削减,而更颠簸的α-晶比例增大。


1.2、 力学功用和分子运动 

   尼龙吸水后在力学功用上的修正很显着。最主要是硬度、模量和拉伸强度下降、屈服点下降、冲击强度增加。 

尼龙6÷66的分子运动钻研有核磁共振、动态力学松懈和介电损耗等方式,钻研尼龙6÷66资料吸水前后的修正发现,其玻璃化修正温度(Tg)对水分对比活络,吸水往后,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℃。一起发现,Tg随吸水量增加而下降的历程具有时代性。初步下降活络;当吸水质量分数跨过一定值往后,下降缓慢。概括各文献报道,该临界值约在2%~4%。尼龙6÷66还在较低温度下体现β和γ修正,其间β修正只在湿润的样品中观察到,且其强度跟着吸水量的增加而增加。有的钻研还发现,β修正峰强度的增加伴跟着γ修正峰的削减,并显现相似Tg的时代性。以上现象均标明相似塑化的作用,但是当查验温度进一步下降,跨过某临界温度后,水分在尼龙6÷66材猜中的作用就相反,相似交联硬化。这个临界温度的详细值在不相同报道中相差较大,有人提出这与动态力学查验频率、样品的取向水对等条件的不相同有关。 


  尼龙在暂时遭到小于屈服点的应力作用后,会发作硬化,这种作用称为“应力老化”(stress aging)。在吸水后,应力老化的速率加速。 


1.3、标准修正 

  尼龙6÷66吸水后体积将发作胀大。胀大时,资料标准修正和吸水量修正并不完全同步。尼龙6纤维跟着吸水量修正胀大先快后慢;而尼龙6薄膜则相反。经过拉伸取向的样品,胀大具有各向异性。在拉伸取向的方向上胀大较显着。钻研发现,尼龙6÷66在拉伸作用下,其间的分子间氢键取向沿拉伸的方向接近,因此以为,尼龙6÷66吸水胀大在沿分子间氢键的方向上对比显着。 


1.4、 热定型方式 

  尼龙6÷66纤维出产中有湿热定型和干热定型两种方式。钻研发现,在结晶度相同的状态下,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功用较好。

 

2、 尼龙6÷66吸水的机理 

  总结以往钻研,现在根柢以为水分子只进入尼龙6÷66的非晶区域,吸水后分子链活动性增加,起塑化的作用。这是致使上节提到的晶型修正、Tg下降、显现新松懈等现象的要素。 

  关于Tg及别的性质随吸水量增加而修正的历程显现分段性的现象,Puffr和?ebenda提出了尼龙6÷66分步吸水的机理,并被很多试验作用支撑。该机理以为,水分子进入尼龙6÷66无定形区,优先以图中1的方式联络(周到联络,tightly bound),当水分子延续增多时,显现如图中2所示的联络方式(松懈联络,loosely bound),更多的水分子将在分子空位中经过水分子之间的氢键进一步堆积(clustering,如图中3所示)。上节提到的尼龙6÷66在动态力学松懈、介电松懈以及应力老化等性质随吸水量修正的分段效应,恰是P-?分步吸水机理的体现。在疲劳裂纹生长和开裂能等性质上也发现了随吸水量修正的分段效应,能够用P-?机理来解释。一起,宽线NMR吸收谱和弛豫时间也发现尼龙6÷66吸收的水分子中只有有些具有可运动性,解释其间富含联络程度不相同的两类水分子。正电子湮灭寿数谱钻研标明尼龙自在体积随吸水量的增加先下降后上升,也刚好与P-?机理相吻合。 

  对尼龙吸水的实际描写可用Flory-Huggins方程或Zimm方程来描写(Zimm方程是Flory-Huggins方程的关上)。将这些实际与试验作用相对比的作用均支撑了P-?两步吸水的机理。别的,经过头子模仿的方式也支撑了这一机理。 


3、处理尼龙6÷66吸水疑问的方式 

  由以上结论能够知道,水对尼龙6÷66资料的塑化作用很显着,并且在初始吸水时代最活络。仅靠维持干燥环境来确保尼龙6÷66资料的功用对比困难。处理尼龙6÷66吸水疑问有两类方式,一是经过下降吸水量来削减水分对其功用的影响;二是经过跋涉尼龙6÷66的有关功用,欲望能抵消吸水后对尼龙6÷66功用的影响。 


3.1、 共混和复合 

   增加酚醛树脂和聚乙烯基苯酚等含酚树脂能削减尼龙6÷66的吸水量,跋涉其Tg,一起对Tm影响较小。钻研发现,增加的酚类物质主要存在于尼龙6÷66的无定形区域。关于酚类物质的这种作用,钻研者是这么解释的:水之所以能损坏尼龙6÷66中业已造成的氢键而与羰基或胺基造成新的氢键,即是因为水分子与羰基或胺基造成氢键的趋势比他们之间要高。酚基与羰基造成氢键的趋势比水分子更高,增加酚类物质往后,酚基占有了尼龙6÷66中的羰基和胺基,并因其所含的苯环发作了位阻效应,阻拦了水分子的进入。经过等温吸附试验、SAXS和分子模仿的方式都支撑了这种解释。水分仪


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