Undersökning av fuktens inverkan på viskositeten hos PA med hjälp av kapillärreometri

Inledning

Polyamid (PA) är en mycket viktig teknisk plast som har fått bred användning inom områden som fordonskomponenter, elektronikprodukter, textilier och förpackningsmaterial tack vare sina utmärkta mekaniska egenskaper, kemiska stabilitet och termiska stabilitet. Fuktupptagning är dock ett vanligt problem vid bearbetning av PA. När PA kommer i kontakt med fukt leder det till förändringar i dess fysikaliska och kemiska egenskaper, särskilt vad gäller viskositeten. Viskositeten spelar en avgörande roll vid polymerbearbetning, eftersom den bestämmer PA-materialets flödesbeteende under bearbetningen. Därför är det avgörande att förstå sambandet mellan fuktinnehåll och viskositet för att kunna optimera bearbetningsparametrarna för PA och säkerställa slutproduktens kvalitet.

En kapillärreometer, som är ett vanligt instrument för att testa de reologiska egenskaperna hos polymermaterial, kan noggrant mäta materialens reologiska egenskaper över ett brett intervall av skjuvhastigheter och temperaturer. I denna studie användes en kapillärreometer av typen Rosand RH10 från NETZSCH för att systematiskt undersöka vatteninnehållets inverkan på PA:s viskositet. Detta ger värdefulla insikter om fuktens effekter på PA:s reologiska egenskaper. Sådana resultat bidrar inte bara till att optimera bearbetningsförhållandena för högpresterande PA-material, utan utgör också ett viktigt referensvärde för den tekniska utvecklingen inom polymerbearbetningsindustrin.

Mätförhållanden och provningsmetod

Mätförhållandena beskrivs i detalj i tabell 1.

Tabell 1: Mätförhållanden

Efter att formarna hade monterats under den vänstra cylindern och temperaturen hade stabiliserats tillfördes PA-pellets långsamt till cylindern, som förtryckssattes till 1 MPa och därefter förvärmdes vid en konstant temperatur i 5 minuter. Testet inleddes efter detta kompressionssteg.

Mätresultat och diskussion

Figur 2 visar kurvorna för den skenbara skjuvviskositeten i förhållande till den skenbara skjuvhastigheten för PA-prover som utsätts för olika behandlingar vid 280 °C. Av figuren framgår att skjuvviskositeten hos de obehandlade och torkade PA-proverna gradvis minskar med stigande skjuvhastighet, vilket visar ett typiskt skjuvförtunnande beteende. Detta beror på att upplösningen av PA-makromolekylkedjorna intensifieras när skjuvhastigheten ökar, vilket leder till en snabb minskning av skjuvviskositeten.

Dessutom uppvisar PA en mycket stark vattenabsorption, eftersom amidgruppen i PA:s huvudmolekylkedja är en polär grupp som kan bilda vätebindningar med vattenmolekyler. Som också framgår av figur 2 är skjuvviskositeten hos det obehandlade PA-provet lägre än hos det behandlade PA-provet. Detta beror främst på den högre vattenhalten i det obehandlade PA-provet.

Vattenmolekyler kan dock bilda vätebindningar med amidgrupperna och därmed ersätta vätebindningarna mellan molekylkedjorna. Detta minskar tätheten av vätebindningar mellan kedjorna, vilket fungerar som en fysikalisk mjukgörare (vilket framgår av det lägre_Tg-värdet i DSC-kurvan för det obehandlade provet i figur 3), vilket därmed förbättrar rörligheten hos PA-kedjesegmenten, dvs. minskar motståndet mot relativ glidning av PA-molekylkedjorna under flödet. Följaktligen minskar skjuvviskositeten hos PA-smältan. PA är å andra sidan en produkt som erhålls genom dehydratiseringskondensation. Vid höga temperaturer kan vattenmolekyler reagera kemiskt med amidbindningarna på PA-molekylkedjorna, vilket leder till kedjesprickning. Detta är också den omvända reaktionen av dess syntes. Minskningen av PA:s molekylvikt leder oundvikligen till en minskning av dess smältas skjuvviskositet.