水對(duì)尼龍力學(xué)性能的影響

　　摘要：聚酰胺(PA)是以已內(nèi)酰胺、脂肪羧酸、脂肪胺或芳香族二元酸、芳香族二元胺為原料合成，主鏈上含有酰胺基團(tuán)(—NHCO—)的結(jié)晶性高分子化合物，作為工程塑料的PA分子量在(1.5~3)×104左右。PA具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐磨性和耐高溫性，所以是用途的工程塑料之一。但是，由于分子結(jié)構(gòu)中含有極性的親水基團(tuán)，所以對(duì)尼龍制品的尺寸穩(wěn)定性以及力學(xué)性能有很大影響。目前，可用纖維增強(qiáng)，降低樹脂的吸水率，使其能在高溫、高濕的條件下工作。
 

　　一、吸水性對(duì)尼龍性能影響機(jī)理
 

　　由于尼龍的分子鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整，是一類結(jié)晶性的高分子化合物，晶格的存在束縛了分子鏈的運(yùn)動(dòng)，所以強(qiáng)度較高。此外，分子鏈中含有的極性酰胺基團(tuán)，能夠在分子鏈之間形成氫鍵，使分子鏈之前的作用力增大，進(jìn)一步限制了分子鏈?zhǔn)芡饬r(shí)的滑移，所以具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和模量。
 

　　并且，隨著聚酰胺分子鏈中酰胺基密度的增加、分子鏈對(duì)稱性的增強(qiáng)以及結(jié)晶度的提高，其力學(xué)強(qiáng)度也進(jìn)一步提高。
 

　　1、分子鏈間作用力降低
 

　　但是，正因?yàn)槟猃埛肿渔溨泻袠O性酰胺基團(tuán)，所以可以與環(huán)境中的水分子形成氫鍵，這樣會(huì)使分子鏈的規(guī)整度降低、分子鏈之間的氫鍵數(shù)減少，導(dǎo)致分子鏈之間的作用力降低。
 

　　所以，在受到外力時(shí)，分子鏈之間可以通過運(yùn)動(dòng)來消耗外界的能量，所以材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度以及模量會(huì)有一定程度的降低，制品的尺寸穩(wěn)定性也會(huì)大幅降低。但是伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度會(huì)有提高。
 

　　2、分子鏈部分水解
 

　　在熔融狀態(tài)下，如果有水分的存在，會(huì)引起聚酰胺大分子鏈的水解，從而導(dǎo)致相對(duì)分子質(zhì)量的降低。因?yàn)楦叻肿踊衔锏臋C(jī)械性能和分子料子一定范圍內(nèi)是正比關(guān)系，所以分子鏈降解，制品的力學(xué)性能會(huì)出現(xiàn)下降。
 

　　此外，成型過程中，水分的存在還會(huì)導(dǎo)致制品表面出現(xiàn)氣泡、銀絲和斑紋等缺陷。因此，成型前必須充分干燥。
 

　　二、吸水率對(duì)尼龍力學(xué)性能的影響
 

　　表 尼龍干態(tài)力學(xué)性能測(cè)試

注：測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法
 

　　表 吸水性對(duì)尼龍力學(xué)性能影響

注：測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法
 

　　上表是四種尼龍?jiān)诟蓱B(tài)和一定吸水率狀態(tài)下的力學(xué)性能測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比。四種尼龍的拉伸、彎曲強(qiáng)度，以及模量都有一定程度的降低，而伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度則有提高。
 

　　對(duì)比各種四種尼龍?jiān)趦煞N狀態(tài)下的斷裂拉升強(qiáng)度，脂肪族尼龍吸水后拉伸強(qiáng)度降低幅度較，其中PA46的降幅在40%左右，而芳香族尼龍PAMXD-6的降幅在10%左右。
 

　　所以，對(duì)于尼龍制品來說，不僅在成型過程中需要進(jìn)行考慮吸濕性問題，使用過程中，特別是高溫、高濕的環(huán)境中也得考慮吸水率的問題。目前，玻纖增強(qiáng)尼龍可以明顯改性制品的吸濕性，可使尼龍制品應(yīng)用于高溫、高濕的環(huán)境中。