Úvod
Polyamidy jsou semikrystalické polymery, které se vyznačují dobrou mechanickou odolností; to umožňuje jejich použití pro různé technické aplikace, jako je ochrana kabelů v automobilovém průmyslu a robotice. Polyamidový prášek je také oblíbeným materiálem pro SLS (selektivní laserové spékání), což je metoda trojrozměrného tisku umožňující vytvářet předměty libovolného tvaru.
Polyamidy jsou však také velmi citlivé na vodu. Molekulární řetězce polyamidů obsahují polární amidové skupiny, které přitahují polární kapaliny, jako je voda, takže tento polymer absorbuje vlhkost přítomnou v prostředí. Molekuly vody zvětšují volný objem v mezerách polyamidových řetězců, což má za následek bobtnání polymeru a snadnější klouzání molekulárních řetězců při mechanickém zatížení. To vede ke snížení skelného přechodu a nazývá se vodou indukovaný plastifikační efekt. [1, 2, 3]
V důsledku toho příjem vody drasticky ovlivňuje mechanické, tepelné a elektrické vlastnosti polyamidů. Zejména zvýšení obsahu vody vede ke snížení tuhosti a pevnosti, zatímco houževnatost se zvyšuje. [3, 4, 5]
DSC zkoumá vliv vlhkosti na skloPřechodu polyamidu přes sklo
V následujícím textu je zkoumán vliv vlhkosti na skelný přechod polyamidu 6 (PA6). Za tímto účelem byla provedena DSC měření na vzorcích s různým obsahem vody v rozmezí 0 % až 4,9 %.
Tabulka 1 shrnuje podmínky měření. Skelný přechod PA6 se obvykle překrývá s endotermním píkem v důsledku odpařování vody. To jej předurčuje k provádění teplotně modulovaných DSC měření, která oddělují reverzní (např. skelný přechod) od nereverzních efektů (např. odpařování těkavých látek, vytvrzování) [6].
Tabulka 1: Podmínky měření
| Zařízení | DSC 300 Caliris®, H-modul | |||
| Vzorek | Vysušený (0 % vlhkosti) | 1.2 % vlhkost | 3.3-% vlhkost | 4.9 % vlhkost |
| Hmotnost vzorku | 9.92 mg | 10.04 mg | 10.26 mg | 10.44 mg |
| Kelímek | Concavus® (hliníkový) s propíchnutým víkem | |||
| Teplotní rozsah | -60 °C až 240 °C | |||
| Rychlost zahřívání | 5 K/min | |||
| Perioda | 60 s | |||
| Amplituda | 0.8 K | |||
Teplota skelného přechodu PA6
Na obrázku 1 je znázorněn celkový tepelný tok vzorku s 1,2% vlhkostí, což odpovídá konvenční křivce DSC bez modulace. Endotermický krok při 38,8 °C (střední bod) označuje skelný přechod polyamidu 6. Toto vyhodnocení však není přesné, protože skelný přechod je překryt endotermickým píkem, pravděpodobně v důsledku počátečního uvolňování vody obsažené ve vzorku a z relaxačních efektů. Než dojde k tání při 224,2 °C (teplota vrcholu), amorfní část PA6 částečně krystalizuje, což vysvětluje exotermický vrchol při 193,3 °C (teplota vrcholu) na DSC křivce.
Na obrázku 2 je zobrazen celkový tepelný tok spolu se surovým signálem DSC získaným během měření s modulovanou teplotou. Celkový tepelný tok (souvislá čára) odpovídá standardnímu měření DSC, jak je popsáno výše. Surový signál (přerušovaná čára) ukazuje, jak materiál skutečně reaguje na teplotní modulaci.
Na obrázku 3 je celkový tepelný tok rozdělen na reverzní a nereverzní část. To umožňuje oddělit skelný přechod a vrchol vypařování. Skelný přechod je detekován v reverzní části DSC signálu a efekt odpařování v nereverzní části.
Následně se přesně vyhodnotí skelný přechod (střední bod při 40,4 °C). Nezvratný signál však upozorňuje na to, že endotermický pík je mnohem širší, než se původně předpokládalo. Tento efekt způsobený relaxací a OdpařováníVypařování prvku nebo sloučeniny je fázový přechod z kapalné fáze do páry. Existují dva typy vypařování: vypařování a var.odpařováním souvisí s entalpií 21,2 J/g.
Vliv vlhkosti na teplotu skelného přechodu PA6
Na obrázku 4 je znázorněn zpětný signál různých vzorků. Čím vyšší je obsah vlhkosti, tím nižší je teplota skelného přechodu. Mezi teplotou skelného přechodu suchého vzorku a PA6 obsahujícího 4,9 % vody je rozdíl více než 70 °C.
Závěr
Díky své hygroskopické povaze polyamidy absorbují vlhkost z okolí. To následně ovlivňuje vlastnosti, a tedy i zpracování materiálu. Dokonce i small množství vody v PA6 drasticky sníží jeho skelný přechod. Z tohoto důvodu je obsah vlhkosti ve vzorku zásadním parametrem, který je třeba kontrolovat a řídit.
Spolehlivým a rychlým způsobem, jak postupovat, je provádět teplotně modulovaná měření DSC pomocí přístroje DSC 300 Caliris®.