Johdanto
Polyamidit ovat puolikiteisiä polymeerejä, joille on ominaista hyvä mekaaninen kestävyys, minkä ansiosta niitä voidaan käyttää erilaisissa teknisissä sovelluksissa, kuten autoteollisuuden ja robotiikan kaapelisuojissa. Polyamidijauhe on myös suosittu materiaali SLS:ssä (Selective Laser Sintering), joka on kolmiulotteinen tulostusmenetelmä, jonka avulla voidaan luoda minkä tahansa muotoisia esineitä.
Polyamidit ovat kuitenkin myös hyvin herkkiä vedelle. Polyamidien molekyyliketjuissa on polaarisia amidiryhmiä, jotka vetävät puoleensa polaarisia nesteitä, kuten vettä, joten tämä polymeeri imee itseensä ympäristössä olevaa kosteutta. Vesimolekyylit lisäävät vapaata tilavuutta polyamidiketjujen väleissä, mikä johtaa polymeerin turpoamiseen ja molekyyliketjujen helpompaan liukumiseen mekaanisessa kuormituksessa. Tämä johtaa lasisiirtymän alenemiseen, ja sitä kutsutaan veden aiheuttamaksi pehmittäväksi vaikutukseksi. [1, 2, 3]
Näin ollen veden imeytyminen vaikuttaa voimakkaasti polyamidien mekaanisiin, termisiin ja sähköisiin ominaisuuksiin. Erityisesti vesipitoisuuden lisääminen johtaa jäykkyyden ja lujuuden vähenemiseen, kun taas sitkeys kasvaa. [3, 4, 5]
DSC tutkii kosteuden vaikutusta lasiinPolyamidin siirtyminen
Seuraavassa tutkitaan kosteuden vaikutusta polyamidi 6:n (PA6) lasittumiseen. Tätä varten suoritettiin DSC-mittauksia näytteille, joiden vesipitoisuus oli 0-4,9 %.
Taulukossa 1 on yhteenveto mittausolosuhteista. PA6:n lasisiirtymä on yleensä päällekkäinen veden haihtumisesta johtuvan endotermisen piikin kanssa. Tämä predestinoi sen suorittamaan lämpötilamoduloituja DSC-mittauksia, joissa erotetaan käänteiset (esim. lasisiirtymä) ja ei-käänteiset vaikutukset (esim. haihtuvien aineiden haihtuminen, Kovettuminen (ristisilloitusreaktiot)Kirjaimellisesti käännettynä termi "crosslinking" tarkoittaa "ristiverkostoitumista". Kemiallisessa yhteydessä sitä käytetään reaktioista, joissa molekyylit yhdistetään toisiinsa kovalenttisilla sidoksilla ja muodostetaan kolmiulotteisia verkkoja.kovettuminen) [6].
Taulukko 1: Mittausolosuhteet
| Laite | DSC 300 Caliris®, H-moduuli | |||
| Näyte | Kuivattu (0-% kosteus) | 1.2-% kosteus | 3.3 % kosteus | 4.9-% kosteus |
| Näytteen massa | 9.92 mg | 10.04 mg | 10.26 mg | 10.44 mg |
| Upokas | Concavus® (alumiini), jossa on lävistetty kansi | |||
| Lämpötila-alue | -60°C-240°C | |||
| Lämmitysnopeus | 5 K/min | |||
| Jakso | 60 s | |||
| Amplitudi | 0.8 K | |||
PA6:n lasittumislämpötila
Kuvassa 1 on esitetty näytteen kokonaislämpövirta 1,2 %:n kosteudella, mikä vastaa tavanomaista DSC-käyrää ilman modulaatiota. EndoterminenNäytteen siirtyminen tai reaktio on endoterminen, jos muuntumiseen tarvitaan lämpöä.Endoterminen vaihe 38,8 °C:ssa (keskipiste) osoittaa polyamidi 6:n lasittumista. Tämä arvio ei kuitenkaan ole tarkka, koska lasisiirtymä on päällekkäin endotermisen piikin kanssa, mikä johtuu todennäköisesti näytteen sisältämästä veden vapautumisesta ja relaksaatiovaikutuksista. Ennen kuin Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulaminen tapahtuu 224,2 °C:ssa (huippulämpötila), PA6:n amorfinen osa kiteytyy osittain, mikä selittää DSC-käyrän eksotermisen huippulämpötilan 193,3 °C:ssa (huippulämpötila).
Kuvassa 2 esitetään kokonaislämpövirta yhdessä lämpötilamoduloidun mittauksen aikana saadun raa'an DSC-signaalin kanssa. Kokonaislämpövirta (jatkuva viiva) vastaa edellä kuvattua tavanomaista DSC-mittausta. Raakasignaali (katkoviiva) osoittaa, miten materiaali todellisuudessa reagoi lämpötilamodulaatioon.
Kuvassa 3 kokonaislämpövirta on jaettu kääntyvään ja kääntymättömään osaan. Näin voidaan erottaa toisistaan lasisiirtymä ja haihtumishuippu. Lasimuutos havaitaan DSC-signaalin kääntyvässä osassa ja haihtumisilmiö ei-kääntyvässä osassa.
Tämän jälkeen lasittuminen arvioidaan tarkasti (keskipiste 40,4 °C:ssa). Käänteinen signaali osoittaa kuitenkin, että EndoterminenNäytteen siirtyminen tai reaktio on endoterminen, jos muuntumiseen tarvitaan lämpöä.endoterminen huippu on paljon laajempi kuin alun perin oletettiin. Tämä relaksaatiosta ja haihtumisesta johtuva vaikutus liittyy entalpiaan 21,2 J/g.
Kosteuden vaikutus PA6:n lasittumislämpötilaan
Kuvassa 4 esitetään eri näytteiden kääntösignaali. Mitä korkeampi kosteuspitoisuus on, sitä alhaisempi on lasittumislämpötila. Kuivan näytteen ja 4,9 % vettä sisältävän PA6:n lasittumislämpötilan välillä on yli 70 °C:n ero.
Päätelmä
Hygroskooppisen luonteensa vuoksi polyamidit imevät kosteutta ympäristöstään. Tämä puolestaan vaikuttaa materiaalin ominaisuuksiin ja siten myös sen käsittelyyn. Jopa small määrä vettä PA6:ssa heikentää huomattavasti sen lasittumista. Tästä syystä näytteen kosteuspitoisuus on olennainen parametri, joka on tarkistettava ja valvottava.
Luotettava ja nopea tapa on suorittaa lämpötilamoduloidut DSC-mittaukset DSC 300 -laitteella Caliris®.