Въведение
Полиамидите са полукристални полимери, които се характеризират с добра механична устойчивост; това им позволява да се използват за различни технически приложения, като например за защита на кабели в автомобилната индустрия и роботиката. Прахообразният полиамид е също така популярен материал за SLS (селективно лазерно синтероване) - метод за триизмерно принтиране, позволяващ създаването на обекти с всякаква форма.
Полиамидите обаче са много чувствителни към вода. Молекулярните вериги на полиамидите съдържат полярни амидни групи, които привличат полярни течности, като например вода, така че този полимер абсорбира влагата, присъстваща в околната среда. Водните молекули увеличават свободния обем в пролуките на полиамидните вериги, което води до набъбване на полимера и по-лесно приплъзване на молекулните вериги при механично натоварване. Това води до понижаване на стъклопрехода и се нарича водно-индуциран пластифициращ ефект. [1, 2, 3]
Вследствие на това поглъщането на вода оказва драстично влияние върху механичните, термичните и електрическите свойства на полиамидите. По-специално, увеличаването на водното съдържание води до намаляване на коравината и якостта, докато жилавостта се увеличава. [3, 4, 5]
DSC изследва влиянието на влажността върху стъклотоПреходът на полиамид в стъкло е повлиян от влиянието на стъклото върху
По-долу е изследвано влиянието на влажността върху стъклопрехода на полиамид 6 (PA6). За тази цел са проведени DSC измервания върху образци, съдържащи различни нива на водно съдържание между 0% и 4,9%.
В таблица 1 са обобщени условията на измерване. Стъкловидният преход на PA6 обикновено се припокрива с ендотермичния пик, дължащ се на изпарението на водата. Това го предопределя за провеждане на температурно модулирани DSC измервания, които разделят обратните (напр. стъклопреход) от необратните ефекти (напр. изпаряване на летливи вещества, втвърдяване) [6].
Таблица 1: Условия за измерване
| Устройство | DSC 300 Caliris®, H-модул | |||
| Образец | Изсушен (0 % влажност) | 1.2 % влажност | 3.3-% влажност | 4.9 % влажност |
| Маса на пробата | 9.92 mg | 10.04 mg | 10.26 mg | 10.44 mg |
| Тигел | Concavus® (алуминий) с пробит капак | |||
| Температурен диапазон | -60°C до 240°C | |||
| Скорост на нагряване | 5 K/min | |||
| Период | 60 s | |||
| Амплитуда | 0.8 K | |||
Температура на стъкловиден преход на PA6
На фигура 1 е показан общият топлинен поток на образеца с 1,2% влажност, което съответства на конвенционална DSC крива без модулация. Ендотермичната стъпка при 38,8 °C (средна точка) показва стъкловидния преход на полиамид 6. Тази оценка обаче не е точна, тъй като стъклопреходът се припокрива с ендотермичен пик, най-вероятно поради началното освобождаване на вода, съдържаща се в пробата, и от релаксационни ефекти. Преди да се осъществи топенето при 224,2 °C (пикова температура), аморфната част на PA6 кристализира частично, което обяснява екзотермичния пик при 193,3 °C (пикова температура) в DSC кривата.
На фигура 2 е показан общият топлинен поток заедно с необработения DSC сигнал, получен по време на температурно модулираното измерване. Общият топлинен поток (непрекъсната линия) е еквивалентен на стандартно DSC измерване, както е описано по-горе. Необработеният сигнал (прекъснатата линия) показва как материалът действително реагира на температурната модулация.
На фигура 3 общият топлинен поток е разделен на реверсивна и нереверсивна част. Това позволява разделянето на стъклопрехода и пика на изпарението. Стъкловидният преход се открива в реверсиращата част на DSC сигнала, а ефектът на изпарение - в нереверсиращата част.
Впоследствие стъкловидният преход се оценява точно (средна точка при 40,4°C). Необратимият сигнал обаче подчертава, че ендотермичният пик е много по-широк, отколкото се предполагаше първоначално. Този ефект, дължащ се на релаксация и изпарение, е свързан с енталпия от 21,2 J/g.
Влияние на влажността върху температурата на стъкловидния преход на PA6
На фигура 4 е показан обратният сигнал на различните образци. Колкото по-високо е съдържанието на влага, толкова по-ниска е температурата на встъкляване. Разликата между температурата на встъкляване на сухата проба и на PA6, съдържащ 4,9 % вода, е повече от 70 °C.
Заключение
Поради хигроскопичната си природа полиамидите абсорбират влагата от околната среда. Това, от своя страна, оказва влияние върху свойствата, а оттам и върху обработката на материала. Дори small количество вода в PA6 драстично намалява стъкловидния му преход. Поради тази причина съдържанието на влага в пробата е важен параметър за проверка и контрол.
Надежден и бърз начин за това е извършването на температурно модулирани DSC измервания с DSC 300 Caliris®.