مقدمة
يُعد البولي أميد (PA)، باعتباره أحد البلاستيكات الهندسية ذات الأهمية الكبيرة، مادةً مستخدمةً على نطاق واسع في مجالات مثل مكونات السيارات، والمنتجات الإلكترونية، والمنسوجات، ومواد التغليف، وذلك بفضل خصائصه الميكانيكية الممتازة، واستقراره الكيميائي، واستقراره الحراري. ومع ذلك، فإن امتصاص الرطوبة يمثل مشكلة شائعة أثناء معالجة البولي أميد. فعندما يتلامس البولي أميد مع الرطوبة، يؤدي ذلك إلى تغيرات في خصائصه الفيزيائية والكيميائية، لا سيما في اللزوجة. وتلعب اللزوجة دورًا حاسمًا في معالجة البوليمرات، حيث إنها تحدد سلوك تدفق مادة البولي أميد أثناء المعالجة. لذلك، فإن فهم العلاقة بين محتوى الرطوبة واللزوجة أمر ضروري لتحسين معلمات معالجة البولي أميد وضمان جودة المنتج النهائي.
يمكن لمقياس الريولوجيا الشعري، باعتباره أداة شائعة الاستخدام لاختبار الخصائص الريولوجية للمواد البوليمرية، أن يقيس بدقة الخصائص الريولوجية للمواد عبر نطاق واسع من معدلات القص ودرجات الحرارة. في هذه الدراسة، تم استخدام مقياس الريولوجيا الشعري Rosand RH10 من شركة NETZSCH لدراسة تأثير محتوى الماء على لزوجة البولي أميد (PA) بشكل منهجي. ويوفر هذا رؤى قيّمة حول تأثيرات الرطوبة على الخصائص الريولوجية لـ PA. ولا تساعد هذه النتائج في تحسين ظروف المعالجة لمواد PA عالية الأداء فحسب، بل توفر أيضًا قيمة مرجعية مهمة للتقدم التكنولوجي في صناعة معالجة البوليمرات.
شروط القياس وطريقة الاختبار
ترد تفاصيل ظروف القياس في الجدول 1.
الجدول 1: شروط القياس
| الجهاز | NETZSCH Rosand RH10 |
| العينات | PA |
مستشعر محول | 5000 psi |
| مواصفات القالب | L = 16 مم، D = 1 مم |
| درجة حرارة الاختبار | 280 درجة مئوية |
| نطاق معدل القص | 10 - 3000 ثانية-1 |
بعد تركيب القوالب أسفل الأسطوانة اليسرى، والانتظار حتى تستقر درجة الحرارة، أُضيفت حبيبات البولي أكريليت ببطء إلى الأسطوانة، وتم ضغطها مسبقًا إلى 1 ميجا باسكال، ثم تم تسخينها مسبقًا عند درجة حرارة ثابتة لمدة 5 دقائق. وبدأت التجربة بعد هذه الخطوة من الضغط.
نتائج القياس والمناقشة
يوضح الشكل 2 منحنيات اللزوجة الظاهرية للقص مقابل معدل القص الظاهري لعينات البولي أميد (PA) التي خضعت لمعالجات مختلفة عند درجة حرارة 280 درجة مئوية. ويتضح من الشكل أن لزوجة القص لعينات البولي أميد غير المعالجة والمجففة تنخفض تدريجيًا مع زيادة معدل القص، مما يُظهر سلوكًا نموذجيًّا للترقق بالقص. ويحدث ذلك لأن فك تشابك سلاسل جزيئات البولي أميد (PA) يزداد مع ارتفاع معدل القص، مما يؤدي إلى انخفاض سريع في اللزوجة القصية.
علاوة على ذلك، ونظرًا لأن مجموعة الأميد الموجودة في السلسلة الجزيئية الرئيسية لـ PA هي مجموعة قطبية قادرة على تكوين روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء، فإن PA يُظهر قدرة عالية جدًّا على امتصاص الماء. وكما يتضح أيضًا من الشكل 2، فإن لزوجة القص لعينة PA غير المعالجة أقل من تلك الخاصة بعينة PA المعالجة. ويرجع ذلك أساسًا إلى ارتفاع نسبة الماء في عينة PA غير المعالجة.
ومع ذلك، يمكن لجزيئات الماء أن تشكل روابط هيدروجينية مع مجموعات الأميد، لتحل محل الروابط الهيدروجينية بين السلاسل الجزيئية. وهذا يقلل من كثافة الروابط الهيدروجينية بين السلاسل، حيث يعمل كملدن فيزيائي (كما يتضح من انخفاض قيمةTg في منحنى DSC للعينة غير المعالجة في الشكل 3)، مما يعزز حركة أجزاء سلاسل البولي أميد (PA)، أي يقلل من مقاومة الانزلاق النسبي لسلاسل البولي أميد الجزيئية أثناء التدفق. وبالتالي، تنخفض لزوجة القص للذوبان PA. من ناحية أخرى، يُعد PA منتجًا يتم الحصول عليه من خلال التكثيف بالتجفيف. عند درجات الحرارة المرتفعة، يمكن أن تتفاعل جزيئات الماء كيميائيًا مع روابط الأميد الموجودة في سلاسل PA الجزيئية، مما يؤدي إلى انقسام السلاسل. وهذا أيضًا هو التفاعل العكسي لعملية تصنيعه. ويؤدي انخفاض الوزن الجزيئي للبولي أميد حتمًا إلى انخفاض لزوجة القص عند الذوبان.
اللزوجة القصية هي إحدى خصائص المادة التي تصف مدى مقاومة السائل للتشوه تحت تأثير القص.
اللزوجة الظاهرية للقص هي قيمة اللزوجة التي يتم ملاحظتها أو حسابها عند معدل قص معين، خاصةً بالنسبة للسوائل التي تتغير لزوجتها تبعًا لظروف التدفق.
يتيح مقياس اللزوجة الشعري من Rosand المزود بفتحة مزدوجة إجراء تصحيحات للسلوك غير النيوتوني وتأثيرات المدخل من أجل التحديد المباشر للزوجة القصية.
الخلاصة
قامت هذه الدراسة بتقييم الخصائص الريولوجية لمواد البولي أميد (PA) المجففة وغير المعالجة باستخدام مقياس الريولوجيا Rosand RH10 من شركة NETZSCH. وتبين أن محتوى الرطوبة يؤثر بشكل كبير على لزوجة القص لعينات البولي أميد. وأظهرت عينات البولي أميد التي جُففت في فرن لزوجة قص أعلى بشكل ملحوظ مقارنةً بتلك التي لم تُجفف.