Studiu privind efectul umidității asupra vâscozității PA prin reometrie capilară

Introducere

Poliamida (PA), fiind un material plastic tehnic de o importanță deosebită, a fost utilizată pe scară largă în domenii precum componentele auto, produsele electronice, textilele și materialele de ambalare, datorită proprietăților sale mecanice excelente, stabilității chimice și stabilității termice. Cu toate acestea, absorbția umidității reprezintă o problemă frecventă în timpul prelucrării PA-ului. Atunci când PA-ul intră în contact cu umiditatea, aceasta duce la modificări ale proprietăților sale fizice și chimice, în special ale vâscozității. Vâscozitatea joacă un rol crucial în prelucrarea polimerilor, deoarece determină comportamentul de curgere al materialului PA în timpul prelucrării. Prin urmare, înțelegerea relației dintre conținutul de umiditate și vâscozitate este esențială pentru optimizarea parametrilor de prelucrare a PA și pentru asigurarea calității produsului final.

Un reometru capilar, ca instrument utilizat frecvent pentru testarea proprietăților reologice ale materialelor polimerice, poate măsura cu precizie proprietățile reologice ale materialelor într-un interval larg de viteze de forfecare și temperaturi. În acest studiu, s-a utilizat un reometru capilar Rosand RH10 de la NETZSCH pentru a investiga sistematic influența conținutului de apă asupra vâscozității PA. Acest lucru oferă informații valoroase cu privire la efectele umidității asupra proprietăților reologice ale PA. Astfel de descoperiri nu numai că ajută la optimizarea condițiilor de prelucrare pentru materialele PA de înaltă performanță, dar oferă și o valoare de referință semnificativă pentru progresul tehnologic în industria de prelucrare a polimerilor.

Condiții de măsurare și metodă de încercare

Condițiile de măsurare sunt prezentate în detaliu în Tabelul 1.

Tabelul 1: Condiții de măsurare

După montarea matrițelor sub cilindrul din stânga și după ce temperatura s-a stabilizat, s-au adăugat treptat pelete de PA în cilindru, care a fost presurizat în prealabil la 1 MPa, iar apoi s-a preîncălzit la o temperatură constantă timp de 5 minute. Testul a fost demarat după această etapă de compresie.

Rezultatele măsurătorilor și discuții

Figura 2 prezintă curbele vâscozității aparente la forfecare în funcție de viteza aparentă de forfecare pentru probele de PA supuse unor tratamente diferite la 280 °C. Din figură se poate observa că vâscozitatea la forfecare a probelor de PA netratate și uscate scade treptat odată cu creșterea vitezei de forfecare, prezentând un comportament tipic de fluidizare la forfecare. Acest fenomen se datorează faptului că dezîncurcarea lanțurilor macromoleculare de PA se intensifică odată cu creșterea vitezei de forfecare, ceea ce duce la o scădere rapidă a vâscozității la forfecare.

În plus, deoarece gruparea amidică din lanțul molecular principal al PA este o grupare polară capabilă să formeze legături de hidrogen cu moleculele de apă, PA prezintă o absorbție foarte puternică a apei. După cum se poate observa și în Figura 2, vâscozitatea la forfecare a probei de PA netratată este mai mică decât cea a probei de PA tratată. Acest lucru se datorează în primul rând conținutului mai ridicat de apă din proba de PA netratată.

Cu toate acestea, moleculele de apă pot forma legături de hidrogen cu grupările amidice, înlocuind legăturile de hidrogen dintre lanțurile moleculare. Acest lucru reduce densitatea legăturilor de hidrogen între lanțuri, acționând ca un plastifiant fizic (așa cum se evidențiază prin valoarea mai mică_{a Tg} din curba DSC a probei netratate din Figura 3), sporind astfel mobilitatea segmentelor lanțului de PA, adică reducând rezistența la alunecarea relativă a lanțurilor moleculare de PA în timpul curgere. În consecință, vâscozitatea la forfecare a topiturii de PA scade. Pe de altă parte, PA este un produs obținut prin condensare cu deshidratare. La temperaturi ridicate, moleculele de apă pot reacționa chimic cu legăturile amidice de pe lanțurile moleculare de PA, ducând la scindarea lanțurilor. Aceasta este, de asemenea, reacția inversă a sintezei sale. Reducerea greutății moleculare a PA duce inevitabil la o scădere a vâscozității de forfecare a topiturii sale.