لماذا يتمتع النايلون بامتصاص ماء قوي ، وما هو تأثيره على الأداء بعد امتصاص الماء؟

البولي أميد (PA) ، المعروف باسم النايلون ، لديه كثافة تبلغ حوالي 1.15 جم/سم 3 وهو مصطلح عام للراتنجات الحرارية التي تحتوي - . من بينها ، يحتوي Aliphatic PA على العديد من الأصناف ، والإخراج الكبير والتطبيق الواسع ، ويعتمد تسميةها على العدد المحدد لذرات الكربون في المونومر الاصطناعي.

نظرًا لأن البولياميد الأليفاتي يحتوي على مجموعات أمين ومجموعات الكربونيل ، فمن السهل تكوين روابط هيدروجين مع جزيئات الماء ، وبالتالي فإن المواد المختلفة التي تم الحصول عليها سهلة امتصاص الماء عند استخدامها ، مما يؤدي المادة. يحدث زحف كبير.



يعد Polycaprolactam و polyhexamethylene adipate (Nylon 6 و Nylon 66) أكثر مواد البولياميد شيوعًا ، كما يمكن رؤيته من الجدول أدناه ، وامتصاص الماء أعلى بكثير من مواد أخرى ، وأعلى امتصاص لها من رطوبة الهواء الرطبة ذات الكسر الشامل من 10 ٪ يمكن أن تمتص الرطوبة مع جزء الكتلة من 2 ٪ إلى 4 ٪ في بيئة الرطوبة العامة ، مما يؤدي إلى تغييرات في الخصائص الميكانيكية المختلفة.



تأثير امتصاص النايلون على الخصائص

أخذ النايلون 6 و Nylon 66 كأمثلة ، بعد امتصاص الماء ، تتغير العديد من الخصائص ، وتتغير تغييرات العديد من الخصائص بكمية المياه الممتصة.

01

البلورة والبنية البلورية

وجدت الدراسة البلورية للنايلون 6/66 أن النايلون 6/66 عبارة عن مادة شبه بلورية ، والتي تحتوي على كل من المناطق البلورية وغير المتبلورة بعد صب. في المنطقة البلورية ، تكون السلاسل الجزيئية في تشكل متعرج مستو ، وتتكون روابط الهيدروجين بين السلاسل من خلال روابط أميد. في المنطقة غير المتبلورة ، يكون التشكل الجزيئي عشوائيًا ، فإن معظم روابط أميد لا تتفاعل لتشكيل روابط الهيدروجين ، وهي في حالة "حرة" ، ولكن لا تستبعد أن بعض المناطق تشكل روابط هيدروجين محلية.

في الدراسات السابقة ، غالبًا ما تم تقدير بلورة النايلون عن طريق الكثافة. كثافة النايلون 6/66 أعلى من كثافة الماء. بعد امتصاص الماء ، تزداد كثافة هاتين المادتين بدلاً من ذلك ، وتزداد البلورة أيضًا. غالبًا ما تحتوي مواد النايلون 6/66 التي تم تمديدها على بعض البلورات. وجدت الدراسة أنه بعد امتصاص الماء ، انخفضت نسبة البلورات في مواد النايلون ، في حين زادت نسبة البلورات α الأكثر استقرارًا.

02

الخصائص الميكانيكية والحركة الجزيئية

التغيير في الخواص الميكانيكية للنايلون بعد امتصاص الماء واضح. والأهم من ذلك هو انخفاض صلابة ، معامل وقوة الشد ، انخفاض نقطة العائد وزيادة قوة التأثير.

يتضمن بحث الحركة الجزيئية للنايلون 6/66 طرقًا مثل الرنين المغناطيسي النووي والاسترخاء الميكانيكي الديناميكي وفقدان العزل الكهربائي. يوضح البحث عن تحول النايلون 6/66 قبل وبعد امتصاص الماء أن درجة حرارة انتقال الزجاج (TG) حساسة نسبيًا للرطوبة. بعد امتصاص الماء ، انخفض TG بشكل كبير. على سبيل المثال ، TG = 94 ℃ عندما يكون محتوى الماء من النايلون 6 0.35 ٪ ث/ث ، TG = -6 ℃ عندما يكون محتوى الماء 10.33 ٪ ث/ث ؛ TG = 78 ℃ عندما يكون محتوى الماء 11 ٪ ث/ث من النايلون الجاف 66 = 40 درجة مئوية. في الوقت نفسه ، وجد أن عملية TG تنخفض مع زيادة امتصاص المياه لها مرحلة. الانخفاض الأولي سريع. عندما يتجاوز جزء امتصاص الماء قيمة معينة ، يكون الانخفاض بطيئًا.

بناءً على تقارير الأدب المختلفة ، تبلغ القيمة الحرجة حوالي 2 ٪ إلى 4 ٪. يُظهر النايلون 6/66 أيضًا تحولات بيتا وجاما في درجات حرارة أقل ، حيث يتم ملاحظة انتقال بيتا فقط في العينات الرطبة ، وتزيد قوتها مع امتصاص الماء. وقد وجدت بعض الدراسات أيضًا أن الزيادة في شدة ذروة الانتقال β مصحوبة بانخفاض ذروة الانتقال γ ، ويعرض مرحلة مماثلة لـ TG.

تشير جميع الظواهر المذكورة أعلاه إلى تأثير التلوين. ومع ذلك ، عندما يتم تقليل درجة حرارة الاختبار وتتجاوز درجة حرارة حرجة معينة ، يتم عكس تأثير الرطوبة في مادة النايلون 6/66 ، على غرار التصلب المتقاطع. تختلف القيمة المحددة لهذه درجة الحرارة الحرجة اختلافًا كبيرًا في تقارير مختلفة ، ويشير بعض الأشخاص إلى أن هذا يرتبط بالفرق في تواتر الاختبار الميكانيكي الديناميكي ، ودرجة اتجاه العينة ، وغيرها من الحالات.

سوف يصلب النايلون بعد تعرضه للإجهاد أقل من نقطة العائد لفترة طويلة. ويسمى هذا التأثير "شيخوخة الإجهاد". بعد امتصاص الماء ، يتم تسريع معدل شيخوخة الإجهاد.

03

تغيير الحجم

سوف يتوسع النايلون 6/66 في الحجم بعد امتصاص الماء. عند التوسع ، لا يتم مزامنة التغيير الأبعاد للمادة وتغيير امتصاص الماء تمامًا. تتوسع الألياف النايلون 6 بسرعة ثم ببطء مع تغيير امتصاص الماء ؛ في حين أن فيلم النايلون 6 هو عكس ذلك. بعد تمديد العينة الموجهة ، يكون التوسع متباين الخواص. تورم أكثر وضوحا في اتجاه اتجاه التمدد.

لقد وجدت الدراسات أنه في ظل عمل التمدد ، فإن اتجاه رابطة الهيدروجين بين الجزيئات للنايلون 6/66 أقرب إلى اتجاه التمدد ، لذلك يُعتقد أن امتصاص الماء في النايلون 6/66 أكثر وضوحًا على طول اتجاه الجزيئات رابطة الهيدروجين.

يمكن أن يعرف من هذا أن النايلون لديه امتصاص ماء عالي ، مما يؤثر على الاستقرار الأبعاد والخصائص الكهربائية إلى حد ما ، وخاصة سماكة الأجزاء الرقيقة الجدران ؛ سيؤدي امتصاص الماء أيضًا إلى تقليل القوة الميكانيكية للبلاستيك. عند اختيار المواد ، ينبغي أخذ تأثير بيئة الاستخدام ودقة التعاون مع المكونات الأخرى في الاعتبار.

الآن الممارسة الشائعة هي استخدام تعزيز الألياف لتقليل امتصاص الماء للراتنج بحيث يمكن أن يعمل تحت درجة حرارة عالية ورطوبة عالية. هناك أيضًا طرق لإضافة راتنجات الفينول مثل راتنجات الفينول والبوليفينيل فينول ، وإضافة الجسيمات النانوية غير العضوية لتقليل امتصاص الماء من النايلون.