Inledning
Polyamider är halvkristallina polymerer som kännetecknas av god mekanisk hållfasthet, vilket gör att de kan användas för olika tekniska tillämpningar, t.ex. kabelskydd inom fordonsindustrin och robotteknik. Polyamidpulver är också ett populärt material för SLS (Selective Laser Sintering), en 3D-utskriftsmetod som gör det möjligt att skapa föremål av valfri form.
Polyamider är dock också mycket känsliga för vatten. Polyamidens molekylkedjor innehåller polära amidgrupper som drar till sig polära vätskor, t.ex. vatten, så att polymeren absorberar den fukt som finns i omgivningen. Vattenmolekylerna ökar den fria volymen i polyamidkedjans mellanrum, vilket leder till att polymeren sväller och att molekylkedjorna glider lättare vid mekanisk belastning. Detta leder till en sänkning av glasövergången och kallas vatteninducerad mjukgörande effekt. [1, 2, 3]
Följaktligen påverkar vattenupptaget drastiskt de mekaniska, termiska och elektriska egenskaperna hos polyamider. I synnerhet leder ökad vattenhalt till minskad styvhet och hållfasthet, medan segheten ökar. [3, 4, 5]
DSC undersöker luftfuktighetens inverkan på glasövergångenÖvergång av polyamid
I det följande undersöks inverkan av luftfuktighet på glasövergången hos polyamid 6 (PA6). För detta ändamål utfördes DSC-mätningar på prover som innehöll olika nivåer av vatteninnehåll mellan 0% och 4,9%.
I tabell 1 sammanfattas mätförhållandena. Glasövergången för PA6 överlappas vanligtvis med den endotermiska toppen på grund av vattenavdunstning. Detta förutsätter att man utför temperaturmodulerade DSC-mätningar som separerar de omvända (t.ex. glasövergång) från de icke omvända effekterna (t.ex. avdunstning av flyktiga ämnen, Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning) [6].
Tabell 1: Mätförhållanden
| Apparat | DSC 300 Caliris®, H-modul | |||
| Provbit | Torkat (0-% luftfuktighet) | 1.2 % luftfuktighet | 3.3 % luftfuktighet | 4.9 % luftfuktighet |
| Provets massa | 9.92 mg | 10.04 mg | 10.26 mg | 10.44 mg |
| Smältdegel | Concavus® (aluminium) med genomborrat lock | |||
| Temperaturområde | -60°C till 240°C | |||
| Uppvärmningshastighet | 5 K/min | |||
| Period | 60 s | |||
| Amplitud | 0.8 K | |||
Glasomvandlingstemperatur för PA6
Figur 1 visar provets totala värmeflöde med 1,2% luftfuktighet, vilket motsvarar en konventionell DSC-kurva utan modulering. Det endotermiska steget vid 38,8°C (mittpunkt) indikerar glasövergången för polyamid 6. Denna utvärdering är dock inte exakt eftersom glasövergången överlappas av en endotermisk topp, troligen på grund av den vattenavgivning som finns i provet och av relaxationseffekter. Innan smältningen äger rum vid 224,2°C (topptemperatur) kristalliseras den amorfa delen av PA6 delvis, vilket förklarar den exotermiska toppen vid 193,3°C (topptemperatur) i DSC-kurvan.
Figur 2 visar det totala värmeflödet tillsammans med den råa DSC-signalen som erhölls under den temperaturmodulerade mätningen. Det totala värmeflödet (kontinuerlig linje) motsvarar en standard DSC-mätning, enligt beskrivningen ovan. Råsignalen (streckad linje) visar hur materialet faktiskt reagerar på temperaturmoduleringen.
I figur 3 är det totala värmeflödet uppdelat i en reverserande och en icke-reverserande del. Detta gör det möjligt att separera glasövergången och förångningstoppen. Glasövergången detekteras i den omvända delen av DSC-signalen och avdunstningseffekten i den icke omvända delen.
Därefter utvärderas glasövergången exakt (mittpunkt vid 40,4°C). Den icke-reverserande signalen visar dock att den endotermiska toppen är mycket bredare än vad som ursprungligen antogs. Denna effekt på grund av relaxation och avdunstning är relaterad till en entalpi på 21,2 J/g.
Luftfuktighetens inverkan på glasomvandlingstemperaturen för PA6
Figur 4 visar den omvända signalen för de olika proverna. Ju högre fukthalt, desto lägre glasövergångstemperatur. Det är mer än 70°C skillnad mellan glasövergångstemperaturen för det torra provet och PA6 som innehåller 4,9% vatten.
Slutsats
På grund av sin hygroskopiska natur absorberar polyamider fukt från sin omgivning. Detta påverkar i sin tur egenskaperna och därmed bearbetningen av materialet. Även en small mängd vatten i PA6 kommer att drastiskt minska dess glasövergång. Av denna anledning är provets fukthalt en viktig parameter att kontrollera och styra.
Ett tillförlitligt och snabbt sätt att gå tillväga är att utföra temperaturmodulerade DSC-mätningar med DSC 300 Caliris®.