聚酰胺俗稱尼龍(Nylon),英文名稱Polyamide(簡稱PA),是分子主鏈上含有重復(fù)酰胺基團(tuán)—NHCO—的熱塑性樹脂總稱。酰胺基團(tuán)有極性,因此尼龍既具有吸水性,又具有脫水性。沒有吸水的尼龍比較脆而容易斷裂,吸了水以后其物理性能才會(huì)顯現(xiàn)出來。尼龍制品在長期干燥、低溫環(huán)境使用中因出現(xiàn)脫水現(xiàn)象而變脆斷裂,縮短其使用壽命。PA6與PA66吸水后,結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生了哪些變化呢?
(1)結(jié)晶度和晶體結(jié)構(gòu)
對(duì)PA6與PA66的晶體學(xué)研究發(fā)現(xiàn),PA6與PA66都是半結(jié)晶性材料,成型后都含有晶區(qū)和非晶區(qū)。在晶區(qū),分子鏈呈平面鋸齒構(gòu)象,通過酰胺鍵在鏈與鏈之間形成氫鍵。在非晶區(qū),分子鏈呈無規(guī)狀構(gòu)象,大多數(shù)酰胺鍵之間沒有形成氫鍵,呈“自由”狀態(tài),但不排除少數(shù)區(qū)域形成了局部的氫鍵。
(2)力學(xué)性能和分子運(yùn)動(dòng)
PA6與PA66吸水后,其力學(xué)性能變化明顯:硬度、模量和拉伸強(qiáng)度下降,屈服點(diǎn)降低,沖擊強(qiáng)度增加。通過核磁共振、動(dòng)態(tài)力學(xué)松弛和介電損耗等手段,對(duì)PA6與PA66材料在吸水前后的分子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:PA6與PA66的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)對(duì)水分比較敏感,吸水后,Tg大幅下降。同時(shí)發(fā)現(xiàn),Tg隨吸水量增加而下降的過程具有階段性。開始時(shí)下降幅度大;當(dāng)吸水量超過一定值后,下降幅度小。
(3)尺寸變化
PA6與PA66吸水后,體積將發(fā)生膨脹。膨脹時(shí),材料尺寸變化和吸水量變化并不完全同步。隨著吸水量的變化,PA纖維的膨脹變化是先快后慢;而PA薄膜則相反。經(jīng)過拉伸取向的樣品,膨脹具有各向異性。在拉伸取向的方向上膨脹較明顯。
(4)吸水后性能變化的原因
PA6與PA66零件一般是注塑成型的,一般制備的零件具有較大的內(nèi)應(yīng)力。由于PA6與PA66具有吸潮性,吸潮后,其內(nèi)部微結(jié)構(gòu)被軟化,內(nèi)應(yīng)力大大降低。其外在的變化則是剛度降低、韌性增加。