Introduzione
La poliammide (PA), in quanto materiale plastico tecnico di grande importanza, è stata ampiamente utilizzata in settori quali i componenti automobilistici, i prodotti elettronici, i tessuti e i materiali da imballaggio grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche, alla stabilità chimica e alla Stabilità termicaUn materiale è termicamente stabile se non si decompone sotto l'influenza della temperatura. Un modo per determinare la stabilità termica di una sostanza è quello di utilizzare un TGA (analizzatore termogravimetrico). stabilità termica. Tuttavia, l’assorbimento di umidità rappresenta un problema comune durante la lavorazione del PA. Quando il PA entra in contatto con l’umidità, si verificano cambiamenti nelle sue proprietà fisiche e chimiche, in particolare nella viscosità. La viscosità svolge un ruolo cruciale nella lavorazione dei polimeri, poiché determina il comportamento di scorrimento del materiale PA durante la lavorazione. Pertanto, comprendere la relazione tra il contenuto di umidità e la viscosità è essenziale per ottimizzare i parametri di lavorazione del PA e garantire la qualità del prodotto finale.
Un reometro capillare, in quanto strumento comunemente utilizzato per testare le proprietà reologiche dei materiali polimerici, è in grado di misurare con precisione le proprietà reologiche dei materiali in un ampio intervallo di velocità di taglio e temperature. Nel presente studio è stato impiegato un reometro capillare Rosand RH10 NETZSCH per studiare sistematicamente l’influenza del contenuto d’acqua sulla viscosità del PA. Ciò fornisce preziose informazioni sugli effetti dell’umidità sulle proprietà reologiche del PA. Tali risultati non solo contribuiscono a ottimizzare le condizioni di lavorazione per materiali in PA ad alte prestazioni, ma offrono anche un importante valore di riferimento per il progresso tecnologico nell’industria della lavorazione dei polimeri.
Condizioni di misurazione e metodo di prova
Le condizioni di misurazione sono descritte in dettaglio nella Tabella 1.
Tabella 1: Condizioni di misurazione
| Strumento | NETZSCH Rosand RH10 |
| Campioni | PA |
Pressione trasduttore | 5000 psi |
| Specifiche dello stampo | L = 16 mm, D = 1 mm |
| Temperatura di prova | 280 °C |
| Intervallo di velocità di taglio | da 10 a 3000 s⁻¹ |
Dopo aver installato le matrici sotto il cilindro sinistro e aver atteso che la temperatura si stabilizzasse, sono stati aggiunti lentamente nel cilindro dei granuli di PA, che sono stati pre-pressurizzati a 1 MPa e poi preriscaldati a temperatura costante per 5 minuti. La prova è stata avviata al termine di questa fase di compressione.
Risultati delle misurazioni e discussione
La figura 2 mostra le curve della viscosità apparente di taglio in funzione della velocità di taglio apparente per campioni di PA sottoposti a diversi trattamenti a 280 °C. Come si può osservare nella figura, la viscosità di taglio dei campioni di PA non trattati e essiccati diminuisce gradualmente all’aumentare della velocità di taglio, mostrando un tipico comportamento di fluidificazione al taglio. Ciò si verifica perché il districamento delle catene macromolecolari del PA si intensifica all’aumentare della velocità di taglio, portando a una rapida diminuzione della viscosità di taglio.
Inoltre, poiché il gruppo ammidico presente nella catena molecolare principale del PA è un gruppo polare in grado di formare legami idrogeno con le molecole d’acqua, il PA presenta un assorbimento d’acqua molto elevato. Come si può notare anche nella Figura 2, la viscosità di taglio del campione di PA non trattato è inferiore a quella del campione di PA trattato. Ciò è dovuto principalmente al maggiore contenuto d’acqua nel campione di PA non trattato.
Tuttavia, le molecole d’acqua possono formare legami idrogeno con i gruppi ammidici, sostituendo i legami idrogeno tra le catene molecolari. Ciò riduce la densità dei legami idrogeno intercatena, agendo come un plastificante fisico (come evidenziato dal valoreTg più basso nella curva DSC del campione non trattato in Figura 3), migliorando così la mobilità dei segmenti di catena del PA, ovvero riducendo la resistenza allo slittamento relativo delle catene molecolari del PA durante il flusso. Di conseguenza, la viscosità al taglio del fuso di PA diminuisce. D'altra parte, il PA è un prodotto ottenuto tramite condensazione per disidratazione. Ad alte temperature, le molecole d’acqua possono reagire chimicamente con i legami ammidici sulle catene molecolari del PA, portando alla scissione delle catene. Questa è anche la reazione inversa della sua sintesi. La riduzione del peso molecolare del PA comporta inevitabilmente una diminuzione della sua viscosità di taglio allo stato fuso.
La viscosità al taglio è una proprietà del materiale che descrive la resistenza di un fluido alla deformazione sotto l'azione di uno sforzo di taglio.
La viscosità di taglio apparente è il valore di viscosità osservato o calcolato a una determinata velocità di taglio, in particolare per i fluidi la cui viscosità varia in funzione delle condizioni di flusso.
Il reometro capillare Rosand a doppio foro consente di correggere il comportamento Non newtonianoUn fluido non newtoniano è un fluido che presenta una viscosità che varia in funzione della velocità di taglio o dello sforzo di taglio applicato.non newtoniano e gli effetti di ingresso per la determinazione diretta della viscosità di taglio.
Conclusione
Questo studio ha valutato le proprietà reologiche di materiali in PA essiccati e non trattati utilizzando un reometro Rosand RH10 NETZSCH. È emerso che il contenuto di umidità influisce in modo significativo sulla viscosità di taglio dei campioni di PA. I campioni di PA essiccati in forno hanno mostrato una viscosità di taglio significativamente più elevata rispetto a quelli non essiccati.