ナイロンにはなぜ強い吸水があり、吸水後の性能にどのような影響があるのですか？
2023-02-02
ナイロンとして一般的に知られているポリアミド（PA）は、密度は約1.15g/cm 3であり、脂肪族PA、脂肪族を含む分子の主要鎖で、繰り返しアミド基を含む熱可塑性樹脂の一般的な用語です。 - 芳香族PAおよび芳香族PA。 。その中で、脂肪族PAには多くの品種、大きな出力、幅広い用途があり、その命名は合成モノマーの特定の数の炭素原子に依存します。
脂肪族ポリアミドにはアミン基とカルボニル基が含まれているため、水分子と水素結合を形成するのは簡単であるため、得られたさまざまな材料は使用すると簡単に水を吸収できます。素材。重要なクリープが発生します。
下の表からわかるように、ポリカプロラクタムとポリヘキサメチレンアディペート（ナイロン6およびナイロン66）は最も一般的に使用されるポリアミド材料であり、それらの吸水は他の材料よりも著しく高く、質量分数の湿った空気水分からの最も高い吸収は10％は、一般的な湿度環境で2％から4％の質量分率で水分を吸収することができ、さまざまな機械的特性の変化をもたらします。
特性に対するナイロン吸収水の効果
ナイロン6とナイロン66を例として、水を吸収した後、多くの特性が変化し、多くの特性の変化は吸収される吸水量に関連しています。
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結晶性と結晶構造
ナイロン6/66の結晶学的研究では、ナイロン6/66は半結晶材料であり、成形後の結晶領域とアモルファス領域の両方を含むことがわかりました。結晶領域では、分子鎖は平面ジグザグの立体構造にあり、アミド結合を介して鎖間で水素結合が形成されます。アモルファス領域では、分子鎖の立体構造はランダムであり、ほとんどのアミド結合は相互作用して水素結合を形成することはなく、「遊離」状態にありますが、いくつかの領域が局所水素結合を形成することは除外されていません。
以前の研究では、ナイロンの結晶性はしばしば密度によって推定されました。ナイロン6/66の密度は、水の密度よりも高くなっています。水を吸収した後、これら2つの材料の密度は代わりに増加し、結晶化度も増加します。ストレッチ配向されたナイロン6/66材料には、しばしばいくつかのγ結晶が含まれています。この研究では、吸水後、ナイロン材料のγ結晶の割合が減少し、より安定したα結晶の割合が増加することがわかりました。
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機械的特性と分子運動
吸水後のナイロンの機械的特性の変化は明らかです。最も重要なのは、硬度、弾性率、引張強度の低下、降伏点の減少、衝撃強度の増加です。
ナイロン6/66の分子運動研究には、核磁気共鳴、動的機械的弛緩、誘電損失などの方法が含まれています。吸水前後のナイロン6/66の変換に関する研究は、ガラス遷移温度（TG）が水分に比較的敏感であることを示しています。吸水後、TGは大幅に低下しました。たとえば、ナイロン6の水分含有量が0.35％w/wの場合、Tg = 94℃水分含有量が10.33％w/wの場合は、tg = -6の場合。 TG = 78℃水分量がドライナイロン66 = 40°Cの11％w/wの場合。同時に、吸水の増加とともにTGの減少プロセスには段階があることがわかります。最初の減少は急速です。吸水量の質量画分が特定の値を超えると、減少は遅くなります。
さまざまな文献レポートに基づいて、重要な値は約2％から4％です。ナイロン6/66は、低温でベータおよびガンマの移行も示します。ここでは、ベータ遷移は湿ったサンプルでのみ観察され、その強度は吸水とともに増加します。いくつかの研究では、β遷移ピークの強度の増加には、γ移動ピークの減少が伴い、Tgと同様の相を示すことがわかっています。
上記の現象はすべて、可塑化の効果を示しています。ただし、テスト温度がさらに低下し、特定の臨界温度を超えると、架橋硬化と同様に、ナイロン6/66材料の水分の影響が逆転します。この臨界温度の特定の値は、さまざまなレポートで大きく異なり、一部の人々は、これが動的機械テストの頻度の違い、サンプルの方向の程度、およびその他の条件に関連していることを示唆しています。
ナイロンは、長い間降伏点よりも少ないストレスにさらされた後、硬化します。この効果は「ストレス老化」と呼ばれます。吸水後、ストレス老化速度が加速されます。
03
サイズの変更
ナイロン6/66は、水を吸収した後、体積が拡大します。拡大すると、材料の寸法の変化と吸水の変化は完全に同期されていません。ナイロン6繊維は、吸水の変化とともに迅速に膨張し、ゆっくりと膨張します。ナイロン6映画は反対です。配向サンプルを伸ばした後、拡張は異方性です。腫れは、ストレッチ方向の方向においてより顕著です。
研究では、ストレッチングの作用の下で、ナイロン6/66の分子間水素結合方向はストレッチ方向に近いことがわかっているため、ナイロン6/66の吸水膨張は分子間方向に沿ってより明白であると考えられています。水素結合。
これから、ナイロンは高い吸水を持っていることがわかります。これは、寸法の安定性と電気特性、特に薄壁の肥厚に影響を与えます。また、吸収はプラスチックの機械的強度を大幅に減らします。材料を選択する場合、使用環境の影響と他のコンポーネントとの協力の正確性を考慮する必要があります。
現在、一般的な慣行は、繊維の補強を使用して樹脂の吸水を減らし、高温と高湿度の下で機能できるようにすることです。また、フェノール樹脂やポリビニルフェノールなどのフェノール樹脂を添加し、無機ナノ粒子を添加してナイロンの吸収を減らす方法もあります。
