Johdanto
Polyamidi (PA) on erittäin tärkeä tekninen muovi, jota on käytetty laajalti esimerkiksi autoteollisuuden komponenteissa, elektroniikkatuotteissa, tekstiileissä ja pakkausmateriaaleissa sen erinomaisten mekaanisten ominaisuuksien sekä kemiallisen ja lämpöstabiilisuuden ansiosta. Kosteuden imeytyminen on kuitenkin yleinen ongelma PA:n jalostuksen aikana. Kun PA joutuu kosketuksiin kosteuden kanssa, sen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, erityisesti viskositeetti, muuttuvat. Viskositeetilla on ratkaiseva merkitys polymeerin jalostuksessa, sillä se määrää PA-materiaalin virtausominaisuudet jalostuksen aikana. Siksi kosteuspitoisuuden ja viskositeetin välisen suhteen ymmärtäminen on olennaista PA:n prosessointiparametrien optimoimiseksi ja lopputuotteen laadun varmistamiseksi.
Kapillaarireometri, jota käytetään yleisesti polymeerimateriaalien reologisten ominaisuuksien testaamiseen, pystyy mittaamaan materiaalien reologisia ominaisuuksia tarkasti laajalla leikkausnopeuksien ja lämpötilojen alueella. Tässä tutkimuksessa käytettiin NETZSCH Rosand RH10 -kapillaarireometriä, jolla tutkittiin systemaattisesti vesipitoisuuden vaikutusta PA:n viskositeettiin. Tämä tarjoaa arvokasta tietoa kosteuden vaikutuksista PA:n reologisiin ominaisuuksiin. Tällaiset havainnot auttavat paitsi optimoimaan korkean suorituskyvyn PA-materiaalien prosessointiolosuhteita, myös tarjoavat merkittävän viitearvon polymeeriprosessiteollisuuden teknologiselle kehitykselle.
Mittausolosuhteet ja testausmenetelmä
Mittausolosuhteet on esitetty yksityiskohtaisesti taulukossa 1.
Taulukko 1: Mittausolosuhteet
| Laite | NETZSCH Rosand RH10 |
| Näytteet | PA |
Paine anturin | 5000 psi |
| Muotin tekniset tiedot | L = 16 mm, D = 1 mm |
| Testilämpötila | 280 °C |
| Leikkausnopeusalue | 10–3000 s⁻¹ |
Kun muotit oli asennettu vasemman sylinterin alle ja lämpötilan oli annettu vakiintua, PA-rakeita lisättiin hitaasti sylinteriin, paineistettiin ennalta 1 MPa:n paineeseen ja esilämmitettiin sitten vakiolämpötilassa 5 minuutin ajan. Koetta aloitettiin tämän puristusvaiheen jälkeen.
Mittaustulokset ja keskustelu
Kuvassa 2 esitetään näennäisen leikkausviskositeetin ja näennäisen leikkausnopeuden välinen suhde PA-näytteille, joille on suoritettu erilaisia käsittelyjä 280 °C:ssa. Kuvasta voidaan havaita, että käsittelemättömien ja kuivattujen PA-näytteiden leikkausviskositeetti laskee asteittain leikkausnopeuden kasvaessa, mikä on tyypillistä leikkausohentumiselle. Tämä johtuu siitä, että PA-makromolekyyliketjujen purkautuminen voimistuu leikkausnopeuden kasvaessa, mikä johtaa leikkausviskositeetin nopeaan laskuun.
Lisäksi, koska PA:n päämolekyyliketjussa oleva amidiryhmä on polaarinen ryhmä, joka kykenee muodostamaan vetysidoksia vesimolekyylien kanssa, PA:lla on erittäin voimakas veden imeytymiskyky. Kuten kuvasta 2 myös näkyy, käsittelemättömän PA-näytteen leikkausviskositeetti on alhaisempi kuin käsitellyn PA-näytteen. Tämä johtuu pääasiassa käsittelemättömän PA-näytteen suuremmasta vesipitoisuudesta.
Vesimolekyylit voivat kuitenkin muodostaa vetysidoksia amidiryhmien kanssa, jolloin ne korvaavat molekyyliketjujen väliset vetysidokset. Tämä vähentää ketjujen välisten vetysidosten tiheyttä, mikä toimii fysikaalisena pehmittimenä (kuten käy ilmi kuvan 3 käsittelemättömän näytteen DSC-käyrän alhaisemmastaTg-arvosta ), mikä puolestaan parantaa PA-ketjusegmenttien liikkuvuutta eli vähentää PA-molekyyliketjujen suhteellista liukumisvastusta virtauksen aikana. Tämän seurauksena PA-sulan leikkausviskositeetti laskee. Toisaalta PA on tuote, joka saadaan dehydraatiokondensaatiolla. Korkeissa lämpötiloissa vesimolekyylit voivat reagoida kemiallisesti PA-molekyyliketjujen amidisidosten kanssa, mikä johtaa ketjujen katkeamiseen. Tämä on myös sen synteesin käänteisreaktio. PA:n molekyylipainon pieneneminen johtaa väistämättä sen sulan leikkausviskositeetin laskuun.
Leikkausviskositeetti on materiaalin ominaisuus, joka kuvaa, kuinka voimakkaasti neste vastustaa muodonmuutosta leikkausvoiman vaikutuksesta.
Näennäinen leikkausviskositeetti on viskositeettiarvo, joka mitataan tai lasketaan tietyllä leikkausnopeudella, erityisesti sellaisten nesteiden osalta, joiden viskositeetti muuttuu virtausolosuhteiden mukaan.
Rosandin kaksoisreikäisellä kapillaarireometrillä voidaan korjata Ei-newtonilainenEi-newtonilainen neste on neste, jonka viskositeetti vaihtelee käytetyn leikkausnopeuden tai leikkausjännityksen funktiona.ei-newtonilainen käyttäytyminen ja sisäänvirtausvaikutukset leikkausviskositeetin suoraa määrittämistä varten.
Johtopäätös
Tässä tutkimuksessa arvioitiin kuivattujen ja käsittelemättömien PA-materiaalien reologisia ominaisuuksia käyttäen Rosand RH10 -reometriä ( NETZSCH ). Tutkimuksessa havaittiin, että kosteuspitoisuus vaikuttaa merkittävästi PA-näytteiden leikkausviskositeettiin. Uunissa kuivatetut PA-näytteet osoittivat huomattavasti suurempaa leikkausviskositeettia kuin kuivaamattomat näytteet.