Исследование влияния влажности на вязкость полиаммида с помощью капиллярной реометрии

Введение

Полиамид (PA), являясь чрезвычайно важным инженерным пластиком, широко применяется в таких областях, как производство автомобильных компонентов, электронных изделий, текстиля и упаковочных материалов, благодаря своим превосходным механическим свойствам, химической и термической стойкости. Однако поглощение влаги является распространенной проблемой при переработке ПА. При контакте с влагой физические и химические свойства ПА изменяются, в частности, изменяется его вязкость. Вязкость играет решающую роль в переработке полимера, поскольку она определяет течёе поведение материала ПА в процессе переработки. Поэтому понимание взаимосвязи между содержанием влаги и вязкостью имеет решающее значение для оптимизации параметров переработки ПА и обеспечения качества конечного продукта.

Капиллярный реометр, являющийся широко используемым прибором для испытания реологических свойств полимерных материалов, позволяет точно измерять реологические свойства материалов в широком диапазоне скоростей сдвига и температур. В данном исследовании был использован капиллярный реометр Rosand RH10 компании « NETZSCH » для систематического изучения влияния содержания воды на вязкость ПА. Это позволяет получить ценную информацию о влиянии влаги на реологические свойства ПА. Полученные результаты не только помогают оптимизировать условия переработки высокоэффективных материалов на основе ПА, но и служат важным ориентиром для технологического прогресса в полимерной промышленности.

Условия измерения и метод испытаний

Условия измерений подробно изложены в таблице 1.

Таблица 1: Условия измерения

После установки матриц под левым цилиндром и ожидания стабилизации температуры в цилиндр медленно засыпали гранулы ПА, предварительно создали давление 1 МПа, а затем проводили предварительный нагрев при постоянной температуре в течение 5 минут. Испытание начинали после завершения этого этапа прессования.

Результаты измерений и обсуждение

На рисунке 2 представлены кривые зависимости кажущейся сдвиговой вязкости от кажущейся скорости сдвига для образцов ПА, подвергнутых различной обработке при температуре 280 °C. Как видно из рисунка, сдвиговая вязкость необработанных и высушенных образцов ПА постепенно уменьшается с увеличением скорости сдвига, демонстрируя типичное сдвиговое разжижение. Это происходит потому, что с увеличением скорости сдвига усиливается распутывание макромолекулярных цепей ПА, что приводит к быстрому снижению вязкости сдвига.

Кроме того, поскольку амидная группа в основной молекулярной цепи ПА является полярной группой, способной образовывать водородные связи с молекулами воды, ПА демонстрирует очень сильное водопоглощение. Как также видно на рисунке 2, сдвиговая вязкость необработанного образца ПА ниже, чем у обработанного образца ПА. Это в первую очередь связано с более высоким содержанием воды в необработанном образце ПА.

Однако молекулы воды могут образовывать водородные связи с амидными группами, заменяя водородные связи между молекулярными цепями. Это снижает плотность межцепочечных водородных связей, действуя как физический пластификатор (о чем свидетельствует более низкое значение_Tg на кривой ДСК необработанного образца на рисунке 3), тем самым повышая подвижность сегментов цепей ПА, т. е. снижая сопротивление относительному скольжению молекулярных цепей ПА во время течения. Следовательно, сдвиговая вязкость расплава ПА снижается. С другой стороны, ПА — это продукт, полученный путем дегидратационной конденсации. При высоких температурах молекулы воды могут вступать в химическую реакцию с амидными связями в молекулярных цепях ПА, что приводит к расщеплению цепей. Это также обратная реакция по сравнению с реакцией его синтеза. Снижение молекулярной массы ПА неизбежно приводит к уменьшению вязкости расплава ПА при сдвиге.