Inleiding
Polyamide (PA) is een uiterst belangrijke technische kunststof die op grote schaal wordt toegepast in sectoren zoals auto-onderdelen, elektronische producten, textiel en verpakkingsmaterialen, dankzij zijn uitstekende mechanische eigenschappen, chemische stabiliteit en Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit. Vochtopname is echter een veelvoorkomend probleem bij de verwerking van PA. Wanneer PA in contact komt met vocht, leidt dit tot veranderingen in de fysische en chemische eigenschappen, met name in de viscositeit. Viscositeit speelt een cruciale rol bij de verwerking van polymeren, aangezien deze het vloeigedrag van het PA-materiaal tijdens de verwerking bepaalt. Daarom is inzicht in de relatie tussen vochtgehalte en viscositeit essentieel voor het optimaliseren van de verwerkingsparameters van PA en het waarborgen van de kwaliteit van het eindproduct.
Een capillaire reometer, een veelgebruikt instrument voor het testen van de reologische eigenschappen van polymeermaterialen, kan de reologische eigenschappen van materialen nauwkeurig meten over een breed bereik van afschuifsnelheden en temperaturen. In dit onderzoek werd een Rosand RH10 capillaire reometer ( NETZSCH ) gebruikt om de invloed van het watergehalte op de viscositeit van PA systematisch te onderzoeken. Dit levert waardevolle inzichten op in de effecten van vocht op de reologische eigenschappen van PA. Dergelijke bevindingen dragen niet alleen bij aan het optimaliseren van de verwerkingsomstandigheden voor hoogwaardige PA-materialen, maar bieden ook een belangrijke referentiewaarde voor technologische vooruitgang in de polymeerverwerkende industrie.
Meetvoorwaarden en testmethode
De meetomstandigheden worden in tabel 1 nader beschreven.
Tabel 1: Meetomstandigheden
| Instrument | NETZSCH Rosand RH10 |
| Monsters | PA |
Druk transducer | 5000 psi |
| Matrijsspecificatie | L = 16 mm, D = 1 mm |
| Testtemperatuur | 280 °C |
| Bereik van de afschuifsnelheid | 10 - 3000 s⁻¹ |
Nadat de matrijzen onder de linker cilinder waren geïnstalleerd en was gewacht tot de temperatuur zich had gestabiliseerd, werden er langzaam PA-pellets aan de cilinder toegevoegd, werd de druk vooraf op 1 MPa gebracht en werd het mengsel vervolgens gedurende 5 minuten bij een constante temperatuur voorverwarmd. Na deze compressiestap werd de test gestart.
Meetresultaten en bespreking
Figuur 2 toont de curven van de schijnbare afschuifviscositeit tegen de schijnbare afschuifsnelheid voor PA-monsters die bij 280 °C aan verschillende behandelingen zijn onderworpen. Uit de figuur blijkt dat de afschuifviscositeit van de onbehandelde en gedroogde PA-monsters geleidelijk afneemt naarmate de afschuifsnelheid toeneemt, wat een typisch afschuifverdunnend gedrag vertoont. Dit komt doordat de ontwarring van de macromoleculaire PA-ketens toeneemt naarmate de afschuifsnelheid stijgt, wat leidt tot een snelle afname van de afschuifviscositeit.
Bovendien vertoont PA een zeer sterke wateropname, omdat de amidegroep in de hoofdmolecuulketen van PA een polaire groep is die waterstofbruggen kan vormen met watermoleculen. Zoals ook te zien is in figuur 2, is de afschuifviscositeit van het onbehandelde PA-monster lager dan die van het behandelde PA-monster. Dit komt voornamelijk door het hogere watergehalte in het onbehandelde PA-monster.
Watermoleculen kunnen echter waterstofbruggen vormen met de amidegroepen, waardoor de waterstofbruggen tussen de moleculaire ketens worden vervangen. Dit vermindert de DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid van de waterstofbruggen tussen de ketens, waardoor het als een fysische weekmaker fungeert (zoals blijkt uit de lagereTg-waarde in de DSC-curve van het onbehandelde monster in figuur 3), waardoor de mobiliteit van PA-ketensegmenten wordt vergroot, d.w.z. de weerstand tegen relatieve verschuiving van PA-molecuulketens tijdens het vloeien wordt verminderd. Bijgevolg neemt de afschuifviscositeit van de PA-smelt af. PA is daarentegen een product dat wordt verkregen door middel van dehydratatiecondensatie. Bij hoge temperaturen kunnen watermoleculen chemisch reageren met de amidebindingen op de PA-molecuulketens, wat leidt tot ketenafsplitsing. Dit is ook de omgekeerde reactie van de synthese ervan. De afname van het molecuulgewicht van PA leidt onvermijdelijk tot een afname van de smelt-afschuifviscositeit ervan.
De afschuifviscositeit is een materiaaleigenschap die aangeeft in hoeverre een vloeistof weerstand biedt tegen vervorming onder afschuifkrachten.
De schijnbare afschuifviscositeit is de viscositeitswaarde die u bij een specifieke afschuifsnelheid waarneemt of berekent, met name voor vloeistoffen waarvan de viscositeit verandert onder invloed van de stromingsomstandigheden.
De Rosand-capillaire reometer met dubbele boring maakt correcties mogelijk voor het niet-Newtoniaanse gedrag en inlaateffecten, waardoor de afschuifviscositeit direct kan worden bepaald.
Conclusie
In dit onderzoek werden de reologische eigenschappen van gedroogde en onbehandelde PA-materialen geëvalueerd met behulp van een Rosand RH10-reometer ( NETZSCH ). Hieruit bleek dat het vochtgehalte een aanzienlijke invloed heeft op de afschuifviscositeit van PA-monsters. PA-monsters die in een oven waren gedroogd, vertoonden een aanzienlijk hogere afschuifviscositeit dan de niet-gedroogde monsters.