Studie vlivu vlhkosti na viskozitu PA pomocí kapilární reometrie

Úvod

Polyamid (PA) je jako velmi důležitý technický plast díky svým vynikajícím mechanickým vlastnostem, chemické stabilitě a tepelné stabilitě široce využíván v oblastech, jako jsou automobilové součástky, elektronické výrobky, textilie a obalové materiály. Při zpracování PA se však často vyskytuje problém s absorpcí vlhkosti. Jakmile PA přijde do styku s vlhkostí, dochází ke změnám jeho fyzikálních a chemických vlastností, zejména viskozity. Viskozita hraje při zpracování polymerů klíčovou roli, protože určuje tokové chování materiálu PA během zpracování. Proto je pochopení vztahu mezi obsahem vlhkosti a viskozitou zásadní pro optimalizaci parametrů zpracování PA a zajištění kvality konečného produktu.

Kapilární reometr, jako běžně používaný přístroj pro testování reologických vlastností polymerních materiálů, dokáže přesně měřit reologické vlastnosti materiálů v širokém rozsahu smykových rychlostí a teplot. V této studii byl použit kapilární reometr Rosand RH10 od společnosti NETZSCH k systematickému zkoumání vlivu obsahu vody na viskozitu PA. To poskytuje cenné poznatky o účincích vlhkosti na reologické vlastnosti PA. Tyto poznatky nejen pomáhají při optimalizaci podmínek zpracování vysoce výkonných PA materiálů, ale také představují významnou referenční hodnotu pro technologický pokrok v odvětví zpracování polymerů.

Měřicí podmínky a zkušební metoda

Podmínky měření jsou podrobně popsány v tabulce 1.

Tabulka 1: Podmínky měření

Po instalaci matric pod levý válec a po vyčkání, až se teplota ustálí, byly do válce pomalu přidávány pelety z PA, které byly předem natlakovány na 1 MPa a poté 5 minut předehřívány při konstantní teplotě. Po tomto kroku stlačování byl zahájen test.

Výsledky měření a diskuze

Obrázek 2 znázorňuje křivky zdánlivé smykové viskozity v závislosti na zdánlivé smykové rychlosti pro vzorky PA, které byly podrobeny různým úpravám při teplotě 280 °C. Z obrázku je patrné, že smyková viskozita neupravených a vysušených vzorků PA se s rostoucí smykovou rychlostí postupně snižuje, čímž vykazuje typické smykové zředění. K tomu dochází proto, že s rostoucí smykovou rychlostí se zesiluje rozplétání makromolekulárních řetězců PA, což vede k rychlému poklesu smykové viskozity.

Kromě toho, jelikož amidová skupina v hlavním molekulárním řetězci PA je polární skupina schopná vytvářet vodíkové vazby s molekulami vody, vykazuje PA velmi silnou absorpci vody. Jak je také patrné z obrázku 2, smyková viskozita neupraveného vzorku PA je nižší než viskozita upraveného vzorku PA. To je způsobeno především vyšším obsahem vody v neupraveném vzorku PA.

Molekuly vody však mohou s amidovými skupinami vytvářet vodíkové vazby, čímž nahrazují vodíkové vazby mezi molekulárními řetězci. To snižuje hustotu mezireťazcových vodíkových vazeb, čímž působí jako fyzikální změkčovadlo (jak dokládá nižší hodnota_Tg na křivce DSC neupraveného vzorku na obrázku 3), a tím zvyšuje pohyblivost segmentů řetězců PA, tj. snižuje odpor vůči relativnímu prokluzu molekulárních řetězců PA během toku. V důsledku toho klesá smyková viskozita taveniny PA. PA je naopak produkt získaný dehydrační kondenzací. Při vysokých teplotách mohou molekuly vody chemicky reagovat s amidovými vazbami na molekulárních řetězcích PA, což vede k rozštěpení řetězců. Jedná se také o zpětnou reakci jeho syntézy. Snížení molekulové hmotnosti PA nevyhnutelně vede ke snížení jeho smykové viskozity taveniny.