مقدمة
البولي أميد عبارة عن بوليمرات شبه بلورية تتميز بمقاومة ميكانيكية جيدة؛ وهذا يسمح باستخدامها في تطبيقات تقنية مختلفة، مثل حماية الكابلات في صناعة السيارات والروبوتات. مسحوق البولي أميد هو أيضًا مادة شائعة في SLS (Selectالتلبيد بالليزر)، وهي طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد تسمح بإنشاء أجسام من أي شكل.
ومع ذلك، فإن البولي أميدات حساسة جدًا للماء. تحتوي السلاسل الجزيئية للبولي أميدات على مجموعات قطبية وسطية تجذب السوائل القطبية مثل الماء، بحيث يمتص هذا البوليمر الرطوبة الموجودة في البيئة. تعمل جزيئات الماء على زيادة الحجم الحر في فجوات سلسلة البولي أميد، مما يؤدي إلى انتفاخ البوليمر وسهولة انزلاق السلاسل الجزيئية عند التحميل الميكانيكي. ويؤدي ذلك إلى خفض الانتقال الزجاجي ويسمى تأثير اللدونة الناجم عن الماء. [1, 2, 3]
وبالتالي، فإن امتصاص الماء يؤثر بشكل كبير على الخواص الميكانيكية والحرارية والكهربائية للبولي أميدات. وعلى وجه الخصوص، تؤدي زيادة المحتوى المائي إلى انخفاض الصلابة والقوة، بينما تزداد المتانة. [3, 4, 5]
DSC يحقق في تأثير الرطوبة على الزجاجالانتقال الزجاجي للبولي أميد
فيما يلي دراسة تأثير الرطوبة على الانتقال الزجاجي للبولي أميد 6 (PA6). وتحقيقًا لهذه الغاية، أُجريت قياسات DSC على عينات تحتوي على مستويات مختلفة من المحتوى المائي بين 0% و4.9%.
يلخص الجدول 1 ظروف القياس. عادةً ما يتداخل الانتقال الزجاجي لـ PA6 مع ذروة الحرارة الداخلية بسبب تبخر الماء. وهذا ما يهيئ لإجراء قياسات DSC المعدلة بدرجة الحرارة التي تفصل بين التأثيرات العكسية (على سبيل المثال، الانتقال الزجاجي) والتأثيرات غير العكسية (على سبيل المثال، تبخر المواد المتطايرة والمعالجة) [6].
الجدول 1: شروط القياس
| الجهاز | DSC 300 Caliris® ، الوحدة H-Module | |||
| العينة | مجففة (0-% رطوبة) | 1.2-% رطوبة | 3.3٪ رطوبة 3٪ | 4.9-% رطوبة 9% |
| كتلة العينة | 9.92 مجم | 10.04 مجم | 10.26 مجم | 10.44 مجم |
| بوتقة | Concavus® (ألومنيوم) بغطاء مثقوب | |||
| نطاق درجة الحرارة | -60 درجة مئوية إلى 240 درجة مئوية | |||
| معدل التسخين | 5 كلفن/دقيقة | |||
| الفترة | 60 s | |||
| السعة | 0.8 K | |||
درجة حرارة الانتقال الزجاجي ل PA6
يصور الشكل 1 التدفق الحراري الكلي للعينة مع رطوبة 1.2%، وهو ما يتوافق مع منحنى DSC التقليدي دون تعديل. تشير خطوة الحرارة الداخلية عند 38.8 درجة مئوية (نقطة المنتصف) إلى الانتقال الزجاجي للبولي أميد 6. ومع ذلك، فإن هذا التقييم ليس دقيقًا لأن الانتقال الزجاجي يتداخل مع ذروة ماصة للحرارة الداخلية، ويرجع ذلك على الأرجح إلى إطلاق الماء في البداية الموجود في العينة ومن تأثيرات الاسترخاء. قبل حدوث الذوبان عند درجة حرارة 224.2 درجة مئوية (درجة حرارة الذروة)، يتبلور الجزء غير المتبلور من البولي أميد 6 جزئيًا، وهو ما يفسر الذروة الخارجية الحرارية عند درجة حرارة 193.3 درجة مئوية (درجة حرارة الذروة) في منحنى DSC.
يعرض الشكل 2 التدفق الحراري الكلي جنبًا إلى جنب مع إشارة DSC الخام التي تم الحصول عليها أثناء القياس المعدل لدرجة الحرارة. يعادل التدفق الحراري الكلي (الخط المستمر) قياس DSC القياسي، كما هو موضح أعلاه. توضح الإشارة الخام (الخط المتقطع) كيفية استجابة المادة فعليًا لتعديل درجة الحرارة.
في الشكل 3، يتم فصل التدفق الحراري الكلي إلى جزء انعكاسي وجزء غير انعكاسي. وهذا يسمح بفصل الانتقال الزجاجي وذروة التبخر. يتم اكتشاف الانتقال الزجاجي في الجزء المعكوس من إشارة DSC وتأثير التبخر في الجزء غير المعكوس.
بعد ذلك، يتم تقييم الانتقال الزجاجي بدقة (نقطة المنتصف عند 40.4 درجة مئوية). ومع ذلك، تبرز الإشارة غير العكسية أن الذروة الحرارية الداخلية أوسع بكثير مما كان مفترضًا في البداية. ويرتبط هذا التأثير الناتج عن الاسترخاء والتبخر بإنثالبي 21.2 جول/غم.
تأثير الرطوبة على درجة حرارة الانتقال الزجاجي ل PA6
يوضح الشكل 4 الإشارة العكسية للعينات المختلفة. كلما زاد محتوى الرطوبة، انخفضت درجة حرارة الانتقال الزجاجي. ويوجد فرق يزيد عن 70 درجة مئوية بين الانتقال الزجاجي للعينة الجافة وعينة PA6 التي تحتوي على 4.9% من الماء.
الخاتمة
بسبب طبيعتها الاسترطابية، تمتص البولياميدات الرطوبة من البيئة المحيطة بها. وهذا بدوره يؤثر على خصائص المادة وبالتالي على معالجتها. حتى أن كمية small من الماء في PA6 ستقلل بشكل كبير من انتقالها الزجاجي. ولهذا السبب، يعد محتوى الرطوبة في العينة معلمة أساسية للتحقق والتحكم.
ومن الطرق الموثوقة والسريعة للمضي قدمًا إجراء قياسات DSC المعدلة بدرجة الحرارة باستخدام DSC 300 Caliris®.