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尼龙6和尼龙66的吸水科学知识(上)

发布时间:2022-04-29 11:03:01人气:

尼龙材料如今已经渗透到我们生活的方方面面,给我们的日常生活带来各种便捷。但是尼龙材料的吸水性对材料的使用影响也很大,今天我们就来深入聊聊关于尼龙材料的吸水科学。


尼龙6和尼龙66的吸水科学知识(图1)

关于尼龙材料的几个概念


吸水性:在化学里该术语是指材料在水中能吸收水的性质。

吸湿性:在化学里是指从气态环境中吸收水分的性质。

吸水率(含水率):产品中所含水的重量和干态产品重量的比值。

平衡吸水率:例如在23℃的水中,材料吸水达到平衡的状态即为平衡吸水率。

平衡吸湿率:例如在23℃,50%相对湿度的条件下,材料从环境中吸湿达到平衡的状态即为平衡吸湿率。

其计算方法为:


尼龙6和尼龙66的吸水科学知识(图2)

*m1: 产品干燥时的重量

*m2: 吸湿或者吸水之后产品的总重量


化学中经常提到:结构决定性质。PA6 和PA66分子中固有酰胺基团,吸湿性便是由酰胺基团给材料带来的与生俱来的的特性。

PA6由己内酰胺开环再聚合,PA66由己二胺和己二酸聚合而成。二者分子链中都含有如下的酰胺基团结构: 


尼龙6和尼龙66的吸水科学知识(图3)

图一:酰胺分子结构


酰胺基团遇上水分子后,极易形成氢键,这是一种介于范德华力和化学键中间的结合力,因此尼龙极易吸水且不容易烘干。


尼龙6和尼龙66的吸水科学知识(图4)


图二:PA 6与水形成氢键示意图


由于PA6和PA66的结构不同,二者在相同的条件下,平衡吸水率也有一定的差异。在23℃/50%相对湿度的标准环境中,纯PA6制品的平衡吸水率为3.0左右;纯PA66制品的平衡吸水率2.8左右。


尼龙6和尼龙66的吸水科学知识(图5)

图三:PA 6 和PA 66分子结构


尼龙材料中的酰胺基团与水分子形成氢键后,本质上也是分子结构发生了变化。故而材料的性能也会进一步的发生变化。随着测试样条中含水率的增加,其机械性能理论上会有如下变化:

 ☆   拉伸和弯曲强度降低

 ☆   断裂延长率增高

 ☆   拉伸和弯曲模量降低

 ☆   冲击强度提高


工程师在设计产品时,除了考虑材料的适用性,同时要注意由于吸湿会导致产品变形/尺寸变化而影响装配,例如吸湿后:

1 制品的尺寸会发生变化 

2 制品的韧性会增加 

3 制品的刚性会下降            


 

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