Inleiding
Polyamiden zijn semikristallijne polymeren die worden gekenmerkt door een goede mechanische weerstand. Hierdoor kunnen ze worden gebruikt voor verschillende technische toepassingen, zoals kabelbescherming in de auto-industrie en robotica. Polyamidepoeder is ook een populair materiaal voor SLS (Selective Laser Sintering), een 3D-printmethode waarmee objecten van elke vorm kunnen worden gemaakt.
Polyamiden zijn echter ook erg gevoelig voor water. De moleculaire ketens van polyamiden bevatten polaire amidegroepen die polaire vloeistoffen zoals water aantrekken, zodat dit polymeer het vocht absorbeert dat in de omgeving aanwezig is. De watermoleculen vergroten het vrije volume in de openingen van de polyamideketen, wat leidt tot zwelling van het polymeer en gemakkelijker glijden van de molecuulketens bij mechanische belasting. Dit leidt tot een verlaging van de glasovergang en wordt het watergeïnduceerde plastificerende effect genoemd. [1, 2, 3]
Bijgevolg heeft de wateropname een drastische invloed op de mechanische, thermische en elektrische eigenschappen van polyamiden. In het bijzonder leidt het verhogen van het watergehalte tot een afname in stijfheid en sterkte, terwijl de taaiheid toeneemt. [3, 4, 5]
DSC onderzoekt de invloed van vocht op de glasovergang van polyamideOvergang van polyamide
Hieronder wordt de invloed van vocht op de glasovergang van polyamide 6 (PA6) onderzocht. Hiertoe werden DSC-metingen uitgevoerd op monsters met verschillende niveaus van watergehalte tussen 0% en 4,9%.
Tabel 1 geeft een overzicht van de meetomstandigheden. De glasovergang van PA6 overlapt gewoonlijk met de endotherme piek als gevolg van waterverdamping. Dit maakt het voorbestemd om Temperatuurgemoduleerde DSCTemperatuurgemoduleerde DSC (TM-DSC) wordt gebruikt om meerdere thermische effecten te scheiden die in hetzelfde temperatuurbereik voorkomen en elkaar overlappen in de DSC-curve.temperatuurgemoduleerde DSC-metingen uit te voeren die de omkering (bijv. glasovergang) scheiden van de niet-omkeringseffecten (bijv. VerdampingDe verdamping van een element of verbinding is een faseovergang van de vloeibare fase naar damp. Er bestaan twee soorten verdamping: verdamping en koken.verdamping van vluchtige stoffen, uitharding) [6].
Tabel 1: Meetomstandigheden
| Apparaat | DSC 300 Caliris®, H-module | |||
| Monster | Gedroogd (0-% vochtigheid) | 1.2-% vochtigheid | 3.3-% vochtigheid | 4.9 % vochtigheid |
| Gewicht monster | 9.92 mg | 10.04 mg | 10.26 mg | 10.44 mg |
| Kroes | Concavus® (aluminium) met doorboord deksel | |||
| Temperatuurbereik | -60 °C tot 240 °C | |||
| Verwarmingssnelheid | 5 K/min | |||
| Periode | 60 s | |||
| Amplitude | 0.8 K | |||
Glasovergangstemperatuur van PA6
Figuur 1 toont de totale warmtestroom van het monster met 1,2% vochtigheid, wat overeenkomt met een conventionele DSC-curve zonder modulatie. De endotherme stap bij 38,8 °C (middelpunt) geeft de glasovergang van polyamide 6 aan. Deze evaluatie is echter niet nauwkeurig omdat de glasovergang overlapt met een endothermische piek, hoogstwaarschijnlijk door het vrijkomen van beginwater in het monster en door relaxatie-effecten. Voordat het Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten plaatsvindt bij 224,2 °C (piektemperatuur) kristalliseert het amorfe deel van PA6 gedeeltelijk, wat de exotherme piek bij 193,3 °C (piektemperatuur) in de DSC-curve verklaart.
Figuur 2 toont de totale warmtestroom samen met het ruwe DSC-signaal verkregen tijdens de temperatuurgemoduleerde meting. De totale warmtestroom (doorgetrokken lijn) komt overeen met een standaard DSC-meting, zoals hierboven beschreven. Het ruwe signaal (stippellijn) toont hoe het materiaal werkelijk reageert op temperatuurmodulatie.
In figuur 3 is de totale warmtestroom gescheiden in een omkerend en een niet-omkerend deel. Hierdoor kunnen de glasovergang en de verdampingspiek worden gescheiden. De glasovergang wordt gedetecteerd in het omkerende deel van het DSC-signaal en het verdampingseffect in het niet-omkerende deel.
Vervolgens wordt de glasovergang nauwkeurig geëvalueerd (middelpunt bij 40,4°C). Het niet-reverserende signaal laat echter zien dat de endotherme piek veel breder is dan aanvankelijk werd aangenomen. Dit effect als gevolg van relaxatie en VerdampingDe verdamping van een element of verbinding is een faseovergang van de vloeibare fase naar damp. Er bestaan twee soorten verdamping: verdamping en koken.verdamping is gerelateerd aan een enthalpie van 21,2 J/g.
Invloed van vocht op de glasovergangstemperatuur van PA6
Figuur 4 toont het omkeersignaal van de verschillende monsters. Hoe hoger het vochtgehalte, hoe lager de glasovergangstemperatuur. Er is meer dan 70°C verschil tussen de glasovergang van het droge monster en het PA6 met 4,9% water.
Conclusie
Door hun hygroscopische aard absorberen polyamiden vocht uit hun omgeving. Dit beïnvloedt op zijn beurt de eigenschappen en dus de verwerking van het materiaal. Zelfs een hoeveelheid water van small in PA6 zal de glasovergang drastisch verlagen. Daarom is het vochtgehalte van het monster een essentiële parameter om te controleren en te beheersen.
Een betrouwbare en snelle manier om dit te doen is door temperatuurgemoduleerde DSC-metingen uit te voeren met de DSC 300 Caliris®.