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湿度对尼龙材料的影响

发布时间:2019-05-31 05-31 15:24 作者:康阜新材料

近年湿度对高分子材料的影响来受到特别的关注,其背景之一是在微电子和微机电领域中湿度因素对器件的可靠性的影响,如引起材料膨胀变形、引起开黏开裂、引起应力集中等; 背景之二是高分子材料在工程应用中的老化问题,老化会降低高分子材料的性能。


湿度对塑料的影响


从湿度因素考虑,在相对湿度大于 80%条件下,空气中的水分渗透到材料内部或在塑料表面形成水膜,因而会使塑料的使用性能降低; 当空气中相对湿度小于 50%时,塑料中所含的水分会蒸发到空气中,同样会改变塑料的性能,使有的塑料变脆,产生裂纹。


湿度对塑料性能的作用主要是渗透到吸收的过程。目前,关于湿度对塑料结构、力学性能影响的研究主要有两方面,一方面研究湿度引起的膨胀导致的材料变形及残余应力,包括用本构或数值模拟的方法研究湿度的渗透、扩散和水分含量不均匀所导致的结构应力和界面应力;另一方面研究湿度与温度对塑料物理特性的影响,如对强度、密度、模量、寿命等物理性能的影响。


环境湿度对塑料机械性能的影响是显著的。通常可以吸收水分的塑料为极性材料,这些材料通常能够形成一些种类的键,这种键极有可能是氢键,尼龙等材料就是这种材料。从另一个方面来说,水分对聚乙烯或聚四氟乙烯不起任何作用,这些塑料的性能对于环境湿度的改变几乎是惰性的。


湿度对尼龙机械性能的影响


尼龙材料是一种具有较好物理性能与机械性能的有高的半晶状的热塑性塑料,并应用于很多工业中。同时,所有的尼龙都具有吸湿性 (湿度敏感) ,这个因素在材料的选择、塑料件的设计、机械性能的预测和优化等环节时需要重视。

有专家对尼龙66吸湿性能进行了广泛研究,发现尼龙66的硬度与吸收水分量成简单的线性关系,并以此确定水分对尼龙的润滑作用主要取决于尼龙薄表层的塑化。

他提出聚合物的塑化发生于两个极端的条件: 剪切强度的减少和高分子材料接触其他表面时接触面积的增加。他建议该区域面积的增加对润滑作用减弱起到巨大作用。

湿度与温度的实验表明,吸收水分可增加纯树脂与玻璃纤维增强尼龙 6/12的冲击强度.对于经过湿热循环且每次循环后都烘干的玻璃纤维增强尼龙样品,其冲击强度没有明显变化。


水解作用可以明显增加尼龙的韧性,相反的水分的缺失会导致尼龙材料变脆。有研究发现水解会扩大表面缺陷并影响纤维与基体的界面,他指出表面缺陷的扩大以及纤维—基体界面的退化导致冲击性能降低。高温加速尼龙的水解作用,并已经应用于加速老化试验研究中。同时,尼龙吸湿后,温度不是单一增加老化速率的因素,但温度的增加会增加这个速率。


有其他专家认为尼龙中的酰胺键的水解对于尼龙简化合成是逆反应。重复的吸湿与干燥会产生足够的缺陷来抵消较弱的纤维---基体结合导致的优势。




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