水分對增強尼龍性質(zhì)的影響

    增強尼龍吸水之后,多種性質(zhì)發(fā)生變化,而且許多性質(zhì)的改變和吸水量有關(guān)系。

    1、結(jié)晶度和晶體結(jié)構(gòu)

    供應增強尼龍廠家對增強尼龍的晶體學研究發(fā)現(xiàn),增強尼龍都是半結(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),分子鏈構(gòu)象呈無規(guī)狀,大多數(shù)酰胺鍵沒有相互作用形成氫鍵,呈“自由”狀態(tài),但不排除少數(shù)區(qū)域形成了局部的氫鍵。

    早期的研究中,增強尼龍結(jié)晶度常通過密度來估算。增強尼龍的密度比水大,吸水后,這兩種材料的密度反而上升,結(jié)晶度也上升。經(jīng)過拉伸取向的增強尼龍材料常含有部分γ-晶。研究發(fā)現(xiàn),吸水后增強尼龍材料的γ-晶比例減少,而較穩(wěn)定的α-晶比例增大。

    2、力學性能和分子運動

    增強尼龍吸水后在力學性能上的變化很明顯。較主要是硬度、模量和拉伸強度下降、屈服點降低、沖擊強度增加。增強尼龍的分子運動研究有核磁共振、動態(tài)力學松弛和介電損耗等方法供應增強尼龍廠家,研究增強尼龍材料吸水前后的轉(zhuǎn)變發(fā)現(xiàn),其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)對水分比較敏感,吸水之后,Tg大幅下降。同時發(fā)現(xiàn),Tg隨吸水量增加而下降的過程具有階段性。起始下降迅速;當吸水質(zhì)量分數(shù)**過一定值之后,下降緩慢。

    綜合各文獻報道,該臨界值約在2%~4%。增強尼龍還在較低溫度下表現(xiàn)β和γ轉(zhuǎn)變,其中β轉(zhuǎn)變只在潮濕的樣品中觀察到,且其強度隨著吸水量的增加而增加。有的供應增強尼龍廠家還發(fā)現(xiàn),β轉(zhuǎn)變峰強度的增加伴隨著γ轉(zhuǎn)變峰的減少,并呈現(xiàn)類似Tg的階段性。

    以上現(xiàn)象均表明類似塑化的效果,然而當測試溫度進一步降低,**過某臨界溫度后,水分在增強尼龍材料中的作用就相反,類似交聯(lián)硬化。這個臨界溫度的具體值在不同報道中相差較大,有人提出這與動態(tài)力學測試頻率、樣品的取向程度等條件的不同有關(guān)。增強尼龍在長期受到小于屈服點的應力作用后,會發(fā)生硬化,這種效果稱為“應力老化”(stressaging)。在吸水后,應力老化的速率加快。

    3、尺寸變化

    增強尼龍吸水后體積將發(fā)生膨脹。膨脹時,材料尺寸變化和吸水量變化并不完全同步。增強尼龍纖維隨著吸水量變化膨脹先快后慢;而增強尼龍薄膜則相反。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。供應增強尼龍廠家研究發(fā)現(xiàn),增強尼龍在拉伸作用下,其中的分子間氫鍵取向沿拉伸的方向靠攏,因此認為,增強尼龍吸水膨脹在沿分子間氫鍵的方向上比較明顯。

    4、熱定型方法

    增強尼龍纖維生產(chǎn)中有濕熱定型和干熱定型兩種方法。研究發(fā)現(xiàn),在結(jié)晶度相同的情況下,干熱定型樣品吸水量比濕熱定型的少。濕熱定型的樣品染色性能較好。



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