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水分对增强尼龙性能的影响

 发布时间:2022-10-16 点击量:157

增强尼龙吸水后,许多性能发生变化,许多性能变化与吸水有关。

1.结晶度和晶体结构

由增强尼龙制造商提供的增强尼龙的晶体学研究发现,增强尼龙是半结晶材料,成型后包含结晶和非晶区域。在晶体区域,分子链呈平面锯齿状构象,链间通过酰胺键形成氢键。在非晶态区域,分子链构象是随机的,大多数酰胺键不相互作用形成氢键,氢键处于“自由"状态,但不排除在少数区域形成局部氢键。

在早期的研究中,增强尼龙的结晶度通常通过密度来估计。增强尼龙的密度高于水。吸水后,两种材料的密度和结晶度增加。拉伸取向的增强尼龙材料往往含有γ晶。结果表明,吸水后尼龙材料的强度有所提高,γ晶型比降低,α晶型比增加,且更稳定。

2.机械性能和分子运动

吸水后增强尼龙的力学性能发生明显变化。主要原因是硬度、模量和抗拉强度降低,屈服点降低,冲击强度提高。用核磁共振、动态机械弛豫和介电损耗等方法研究了增强尼龙的分子运动。结果表明,增强尼龙的玻璃化转变温度(TG)对水敏感,吸水后TG显著降低。同时发现,随着吸水率的增加,TG降低的过程是分阶段的。初期下降很快;当吸水质量分数超过一定值时,其下降缓慢。

临界值约为2%~4%。增强尼龙在较低温度下也表现出β和γ相变,其中β相变仅在湿试样中观察到,其强度随吸水率的增加而增加。一些供应增强尼龙的制造商还发现,β-转变峰强度的增加伴随着γ-转变峰的减少,并显示出类似于Tg的相位。

上述现象显示出类似的塑化效果。然而,当试验温度进一步降低并超过某一临界温度时,水在增强尼龙材料中的作用相反,类似于交联硬化。该临界温度的具体值在不同的报告中差异很大。这与动态力学试验频率和试样取向等不同条件有关。增强尼龙在长期应力低于屈服点后会硬化。这种效应被称为“压力老化"。吸水后,应力老化速率加快。

3.尺寸变化

增强尼龙吸水后体积膨胀。膨胀过程中,材料尺寸的变化与吸水率的变化并不*同步。随着吸水率的变化,增强尼龙纤维的膨胀先快后慢;增强尼龙膜则相反。拉伸取向后,样品的膨胀是各向异性的。在拉伸方向上膨胀明显。结果表明,在拉伸作用下,增强尼龙的分子间氢键取向沿拉伸方向接近。因此,认为增强尼龙的吸水膨胀沿分子间氢键方向明显。

4.热定型方法

在增强尼龙纤维的生产中,有湿热定型和干热定型两种方法。发现在相同结晶度下,干热定型试样的吸水率小于湿热定型试样的吸水率。湿热定型试样的染色性能较好。