Giriş
Poliamidler iyi mekanik direnç ile karakterize edilen yarı kristal polimerlerdir; bu da otomotiv endüstrisinde kablo koruması ve robotik gibi çeşitli teknik uygulamalar için kullanılmalarını sağlar. Poliamid tozu aynı zamanda herhangi bir şekle sahip nesneler oluşturmaya olanak tanıyan bir 3 boyutlu baskı yöntemi olan SLS (Selective Laser Sintering) için de popüler bir malzemedir.
Bununla birlikte, poliamidler suya karşı da çok hassastır. Poliamidlerin moleküler zincirleri, su gibi polar sıvıları çeken polar amid grupları içerir, böylece bu polimer ortamda bulunan nemi emer. Su molekülleri poliamid zincir boşluklarındaki serbest hacmi arttırır, bu da polimerin şişmesine ve mekanik yük altında moleküler zincirlerin daha kolay kaymasına neden olur. Bu durum camsı geçişin düşmesine neden olur ve su kaynaklı plastikleştirme etkisi olarak adlandırılır. [1, 2, 3]
Sonuç olarak, su alımı poliamidlerin mekanik, termal ve elektriksel özelliklerini büyük ölçüde etkiler. Özellikle, su içeriğinin artması sertlik ve mukavemette azalmaya yol açarken, tokluk artar. [3, 4, 5]
DSC Nemin Cam Üzerindeki Etkisini AraştırıyorPoliamid Geçişi
Aşağıda, nemin poliamid 6'nın (PA6) camsı geçişi üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, DSC ölçümleri %0 ile %4,9 arasında farklı seviyelerde su içeriği içeren numuneler üzerinde gerçekleştirilmiştir.
Tablo 1 ölçüm koşullarını özetlemektedir. PA6'nın camsı geçişi genellikle suyun buharlaşmasından kaynaklanan endotermal pik ile örtüşmektedir. Bu durum, tersine çevirmeyi (örn. camsı geçiş) tersine çevirmeyen etkilerden (örn. uçucuların buharlaşması, kürlenme) ayıran sıcaklık modülasyonlu DSC ölçümlerinin gerçekleştirilmesini öngörmektedir [6].
Tablo 1: Ölçüm Koşulları
| Cihaz | DSC 300 Caliris®, H-Modülü | |||
| Örnek | Kurutulmuş (%0 nem) | 1.2-% nem | 3.3-% nem | 4.9-% nem |
| Örnek kütle | 9.92 mg | 10.04 mg | 10.26 mg | 10.44 mg |
| Pota | Concavus® (alüminyum) delikli kapaklı | |||
| Sıcaklık aralığı | -60°C ila 240°C | |||
| Isıtma oranı | 5 K/dak | |||
| Dönem | 60 s | |||
| Genlik | 0.8 K | |||
PA6'nın Camsı Geçiş Sıcaklığı
Şekil 1, modülasyonsuz geleneksel bir DSC eğrisine karşılık gelen %1,2 nem oranına sahip numunenin toplam ısı akışını göstermektedir. 38,8°C'deki (orta nokta) endotermal adım poliamid 6'nın camsı geçişini göstermektedir. Bununla birlikte, bu değerlendirme doğru değildir çünkü Cam Geçiş SıcaklığıCamsı geçiş, inorganik camlar, amorf metaller, polimerler, farmasötikler ve gıda bileşenleri gibi amorf ve yarı kristal malzemelerin en önemli özelliklerinden biridir ve malzemelerin mekanik özelliklerinin sert ve kırılganlıktan daha yumuşak, deforme olabilir veya kauçuksu hale dönüştüğü sıcaklık bölgesini tanımlar.cam geçişi, büyük olasılıkla numunede bulunan başlangıçtaki su salınımı ve gevşeme etkileri nedeniyle bir endotermal pik ile örtüşmektedir. Erime 224,2°C'de (tepe sıcaklığı) gerçekleşmeden önce, PA6'nın amorf kısmı kısmen kristalleşerek DSC eğrisindeki 193,3°C'deki (tepe sıcaklığı) ekzotermal tepe noktasını açıklar.
Şekil 2, sıcaklık modülasyonlu ölçüm sırasında elde edilen ham DSC sinyali ile birlikte toplam ısı akışını göstermektedir. Toplam ısı akışı (sürekli çizgi), yukarıda açıklandığı gibi standart bir DSC ölçümüne eşdeğerdir. Ham sinyal (kesikli çizgi) malzemenin sıcaklık modülasyonuna gerçekte nasıl tepki verdiğini gösterir.
Şekil 3'te, toplam ısı akışı tersine dönen ve dönmeyen kısım olarak ayrılmıştır. Bu, camsı geçişin ve BuharlaşmaBir elementin veya bileşiğin buharlaşması, sıvı fazdan buhara bir faz geçişidir. İki tür buharlaşma vardır: buharlaşma ve kaynama.buharlaşma pikinin ayrılmasını sağlar. Cam geçişi DSC sinyalinin tersine dönen kısmında, BuharlaşmaBir elementin veya bileşiğin buharlaşması, sıvı fazdan buhara bir faz geçişidir. İki tür buharlaşma vardır: buharlaşma ve kaynama.buharlaşma etkisi ise tersine dönmeyen kısmında tespit edilir.
Daha sonra, camsı geçiş doğru bir şekilde değerlendirilir (40,4°C'de orta nokta). Ancak tersine dönmeyen sinyal, endotermal pikin başlangıçta varsayılandan çok daha geniş olduğunu vurgular. Gevşeme ve buharlaşmaya bağlı bu etki 21,2 J/g'lık bir entalpi ile ilişkilidir.
Nemin PA6'nın Camsı Geçiş Sıcaklığı Üzerindeki Etkisi
Şekil 4, farklı numunelerin ters sinyalini göstermektedir. Nem içeriği arttıkça camsı geçiş sıcaklığı düşmektedir. Kuru numune ile %4,9 su içeren PA6'nın camsı geçişi arasında 70°C'den fazla fark vardır.
Sonuç
Higroskopik yapıları nedeniyle poliamidler çevrelerindeki nemi emerler. Bu da malzemenin özelliklerini ve dolayısıyla işlenmesini etkiler. PA6'daki small miktardaki su bile cam geçişini büyük ölçüde azaltacaktır. Bu nedenle, numunenin nem içeriği kontrol edilmesi ve denetlenmesi gereken önemli bir parametredir.
Bunu yapmanın güvenilir ve hızlı bir yolu, DSC 300 Caliris® ile sıcaklık modülasyonlu DSC ölçümleri yapmaktır.