Sucho. Wilgotny. Mokry. Poliamid i woda

Wprowadzenie

Poliamidy to półkrystaliczne polimery charakteryzujące się dobrą odpornością mechaniczną; pozwala to na ich wykorzystanie w różnych zastosowaniach technicznych, takich jak ochrona kabli w przemyśle motoryzacyjnym i robotyce. Proszek poliamidowy jest również popularnym materiałem do SLS (Selective Laser Sintering), metody druku 3D umożliwiającej tworzenie obiektów o dowolnym kształcie.

Jednak poliamidy są również bardzo wrażliwe na wodę. Łańcuchy molekularne poliamidów zawierają polarne grupy amidowe, które przyciągają polarne ciecze, takie jak woda, dzięki czemu polimer absorbuje wilgoć obecną w otoczeniu. Cząsteczki wody zwiększają wolną objętość w szczelinach łańcucha poliamidowego, co powoduje pęcznienie polimeru i łatwiejsze przesuwanie się łańcuchów molekularnych pod obciążeniem mechanicznym. Prowadzi to do obniżenia granicy zeszklenia i jest nazywane efektem uplastycznienia wywołanym przez wodę. [1, 2, 3]

W konsekwencji, absorpcja wody drastycznie wpływa na mechaniczne, termiczne i elektryczne właściwości poliamidów. W szczególności zwiększenie zawartości wody prowadzi do zmniejszenia sztywności i wytrzymałości, podczas gdy wytrzymałość wzrasta. [3, 4, 5]

DSC bada wpływ wilgotności na zeszklenie poliamiduPoliamidu

Poniżej zbadano wpływ wilgotności na zeszklenie poliamidu 6 (PA6). W tym celu przeprowadzono pomiary DSC na próbkach zawierających różne poziomy zawartości wody w zakresie od 0% do 4,9%.

Tabela 1 podsumowuje warunki pomiarowe. Punkt przecięciaW teście reologicznym, takim jak przemiatanie częstotliwości lub przemiatanie czas/temperatura, punkt przecięcia jest wygodnym punktem odniesienia wskazującym punkt "przejścia" próbki.Przejście szkliste PA6 zwykle pokrywa się z pikiem endotermicznym spowodowanym odparowaniem wody. To predestynuje go do wykonywania pomiarów DSC z modulacją temperaturyDSC z modulacją temperatury (TM-DSC) służy do oddzielenia wielu efektów termicznych, które występują w tym samym zakresie temperatur i nakładają się na krzywą DSC.DSC z modulacją temperatury, które oddzielają efekty odwracające (np. zeszklenie) od efektów nieodwracających (np. OdparowanieOdparowanie pierwiastka lub związku jest przejściem fazowym z fazy ciekłej do pary. Istnieją dwa rodzaje parowania: parowanie i wrzenie.odparowanie substancji lotnych, utwardzanie) [6].

Tabela 1: Warunki pomiaru

Temperatura zeszklenia PA6

Rysunek 1 przedstawia całkowity przepływ ciepła próbki o wilgotności 1,2%, co odpowiada konwencjonalnej krzywej DSC bez modulacji. Etap EndotermicznyPrzemiana próbki lub reakcja jest endotermiczna, jeśli do konwersji potrzebne jest ciepło.endotermiczny w temperaturze 38,8°C (punkt środkowy) wskazuje na zeszklenie poliamidu 6. Jednak ocena ta nie jest dokładna, ponieważ Temperatura zeszkleniaPrzejście szkliste jest jedną z najważniejszych właściwości materiałów amorficznych i półkrystalicznych, np. szkieł nieorganicznych, metali amorficznych, polimerów, farmaceutyków i składników żywności itp. i opisuje obszar temperatury, w którym właściwości mechaniczne materiałów zmieniają się z twardych i kruchych na bardziej miękkie, odkształcalne lub gumowate.przejście szkliste nakłada się na pik EndotermicznyPrzemiana próbki lub reakcja jest endotermiczna, jeśli do konwersji potrzebne jest ciepło.endotermiczny, najprawdopodobniej z powodu początkowego uwalniania wody zawartej w próbce i efektów relaksacji. Przed stopieniem w temperaturze 224,2°C (temperatura szczytowa), amorficzna część PA6 częściowo krystalizuje, co wyjaśnia pik EgzotermicznyPrzejście próbki lub reakcja jest egzotermiczna, jeśli generowane jest ciepło.egzotermiczny w temperaturze 193,3°C (temperatura szczytowa) na krzywej DSC.

Rysunek 2 przedstawia całkowity przepływ ciepła wraz z surowym sygnałem DSC uzyskanym podczas pomiaru z modulacją temperatury. Całkowity przepływ ciepła (linia ciągła) odpowiada standardowemu pomiarowi DSC, jak opisano powyżej. Surowy sygnał (linia przerywana) pokazuje, jak materiał faktycznie reaguje na modulację temperatury.

Na rysunku 3 całkowity przepływ ciepła jest podzielony na część odwracającą i nieodwracającą. Pozwala to na oddzielenie przejścia szklistego i piku parowania. Punkt przecięciaW teście reologicznym, takim jak przemiatanie częstotliwości lub przemiatanie czas/temperatura, punkt przecięcia jest wygodnym punktem odniesienia wskazującym punkt "przejścia" próbki.Przejście szkliste jest wykrywane w odwracającej części sygnału DSC, a efekt parowania w części nieodwracającej.

NastępniePunkt przecięciaW teście reologicznym, takim jak przemiatanie częstotliwości lub przemiatanie czas/temperatura, punkt przecięcia jest wygodnym punktem odniesienia wskazującym punkt "przejścia" próbki. przejście szkliste jest dokładnie oceniane (punkt środkowy przy 40,4°C). Nieodwracający się sygnał podkreśla jednak, że pik EndotermicznyPrzemiana próbki lub reakcja jest endotermiczna, jeśli do konwersji potrzebne jest ciepło.endotermiczny jest znacznie szerszy niż początkowo zakładano. Ten efekt spowodowany relaksacją i parowaniem jest związany z entalpią 21,2 J/g.

Wpływ wilgotności na temperaturę zeszklenia PA6

Rysunek 4 przedstawia sygnał odwrócenia dla różnych próbek. Im wyższa zawartość wilgoci, tym niższa Temperatura zeszkleniaPrzejście szkliste jest jedną z najważniejszych właściwości materiałów amorficznych i półkrystalicznych, np. szkieł nieorganicznych, metali amorficznych, polimerów, farmaceutyków i składników żywności itp. i opisuje obszar temperatury, w którym właściwości mechaniczne materiałów zmieniają się z twardych i kruchych na bardziej miękkie, odkształcalne lub gumowate.temperatura zeszklenia. Różnica między temperaturą zeszklenia próbki suchej i PA6 zawierającej 4,9% wody wynosi ponad 70°C.

Wnioski

Ze względu na swój higroskopijny charakter, poliamidy pochłaniają wilgoć z otoczenia. To z kolei wpływa na właściwości, a tym samym na przetwarzanie materiału. Nawet small ilość wody w PA6 drastycznie obniży jego zeszklenie. Z tego powodu zawartość wilgoci w próbce jest istotnym parametrem do sprawdzenia i kontroli.

Niezawodnym i szybkim sposobem jest wykonanie pomiarów DSC z modulacją temperatury za pomocą DSC 300 Caliris^®.