Introduktion
Polyamider er halvkrystallinske polymerer, der er kendetegnet ved god mekanisk modstandsdygtighed; det gør det muligt at bruge dem til forskellige tekniske anvendelser, f.eks. kabelbeskyttelse i bilindustrien og robotteknologi. Polyamidpulver er også et populært materiale til SLS (Selective Laser Sintering), en 3D-printmetode, der gør det muligt at skabe objekter af enhver form.
Men polyamider er også meget følsomme over for vand. Polyamidernes molekylære kæder indeholder polære amidgrupper, der tiltrækker polære væsker som vand, så denne polymer absorberer den fugt, der findes i omgivelserne. Vandmolekylerne øger det frie volumen i polyamidkædens mellemrum, hvilket resulterer i, at polymeren svulmer op, og at molekylkæderne glider lettere ved mekanisk StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning. Dette fører til en sænkning af glasovergangen og kaldes vandinduceret blødgøringseffekt. [1, 2, 3]
Derfor påvirker vandoptagelsen drastisk polyamidernes mekaniske, termiske og elektriske egenskaber. Især fører øget vandindhold til et fald i stivhed og styrke, mens sejheden øges. [3, 4, 5]
DSC undersøger luftfugtighedens indflydelse på glasovergangenOvergang af polyamid
I det følgende undersøges fugtighedens indflydelse på glasovergangen for polyamid 6 (PA6). Til dette formål blev der udført DSC-målinger på prøver, der indeholdt forskellige niveauer af vandindhold mellem 0 % og 4,9 %.
Tabel 1 opsummerer målebetingelserne. Glasovergangen for PA6 er normalt overlappet med den endotermiske top på grund af vandfordampning. Dette forudsætter, at man udfører temperaturmodulerede DSC-målinger, der adskiller de omvendte (f.eks. glasovergang) fra de ikke omvendte effekter (f.eks. FordampningFordampning af et grundstof eller en forbindelse er en faseovergang fra væskefase til damp. Der findes to typer fordampning: fordampning og kogning.fordampning af flygtige stoffer, Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning) [6].
Tabel 1: Målebetingelser
| Apparat | DSC 300 Caliris®, H-modul | |||
| Prøve | Tørret (0 % luftfugtighed) | 1.2 % fugtighed | 3.3 % fugtighed | 4.9 % fugtighed |
| Prøvens masse | 9.92 mg | 10.04 mg | 10.26 mg | 10.44 mg |
| Digel | Concavus® (aluminium) med gennembrudt låg | |||
| Temperaturområde | -60°C til 240°C | |||
| Opvarmningshastighed | 5 K/min | |||
| Periode | 60 s | |||
| Amplitude | 0.8 K | |||
Glasovergangstemperatur for PA6
Figur 1 viser prøvens samlede varmestrøm med 1,2 % fugtighed, hvilket svarer til en konventionel DSC-kurve uden modulation. Det endotermiske trin ved 38,8 °C (midtpunkt) indikerer glasovergangen for polyamid 6. Denne evaluering er dog ikke nøjagtig, fordi glasovergangen er overlappet med en endotermisk top, sandsynligvis på grund af den begyndende vandfrigivelse i prøven og fra afslapningseffekter. Før smeltningen finder sted ved 224,2 °C (toptemperatur), krystalliserer den amorfe del af PA6 delvist, hvilket forklarer den eksotermiske top ved 193,3 °C (toptemperatur) i DSC-kurven.
Figur 2 viser den samlede varmestrøm sammen med det rå DSC-signal, der blev opnået under den temperaturmodulerede måling. Den samlede varmestrøm (kontinuerlig linje) svarer til en standard DSC-måling, som beskrevet ovenfor. Det rå signal (stiplet linje) viser, hvordan materialet faktisk reagerer på temperaturmodulation.
I figur 3 er den samlede varmestrøm opdelt i en reverserende og en ikke-reverserende del. Det gør det muligt at adskille glasovergangen og fordampningstoppen. Glasovergangen registreres i den reverserende del af DSC-signalet og fordampningseffekten i den ikke-reverserende del.
Efterfølgende evalueres glasovergangen nøjagtigt (midtpunkt ved 40,4 °C). Det ikke-reverterende signal fremhæver dog, at den endotermiske top er meget bredere end oprindeligt antaget. Denne effekt på grund af AfslapningNår en gummiblanding udsættes for en konstant belastning, er den kraft, der er nødvendig for at opretholde belastningen, ikke konstant, men aftager med tiden; denne adfærd kaldes spændingsaflastning. Den proces, der er ansvarlig for spændingsaflastning, kan være fysisk eller kemisk, og under normale forhold vil begge dele forekomme på samme tid. afslapning og FordampningFordampning af et grundstof eller en forbindelse er en faseovergang fra væskefase til damp. Der findes to typer fordampning: fordampning og kogning.fordampning er relateret til en entalpi på 21,2 J/g.
Indflydelse af luftfugtighed på glasovergangstemperaturen for PA6
Figur 4 viser det omvendte signal for de forskellige prøver. Jo højere fugtindhold, jo lavere er glasovergangstemperaturen. Der er mere end 70 °C forskel mellem glasovergangen for den tørre prøve og PA6, der indeholder 4,9 % vand.
Konklusion
På grund af deres hygroskopiske natur absorberer polyamider fugt fra deres omgivelser. Det har igen indflydelse på materialets egenskaber og dermed på forarbejdningen. Selv en small mængde vand i PA6 vil drastisk nedsætte glasovergangen. Derfor er fugtindholdet i prøven en vigtig parameter at kontrollere og styre.
En pålidelig og hurtig måde at gøre det på er at udføre temperaturmodulerede DSC-målinger med DSC 300 Caliris®.