肪族聚酰胺由于含有胺基和羰基,易與水分子形成氫鍵,因此所得到的各種材料在使用時容易吸水,產(chǎn)生增塑效應(yīng),導(dǎo)致材料體積膨脹、模量下降,在應(yīng)力作用下發(fā)生明顯蠕變。
聚己內(nèi)酰胺和聚己二酸己二胺(尼龍6和尼龍66)是比較常用的聚酰胺材料,它們能從潮濕空氣中吸收質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的水分,在一般濕度環(huán)境下也能吸收質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%到4%的水分,導(dǎo)致多種力學(xué)性能的變化。
由以上結(jié)論可以知道,水對尼龍6/66材料的塑化效果很明顯,而且在初始吸水階段非常敏感。僅靠保持干燥環(huán)境來保證尼龍6/66材料的性能比較困難。解決尼龍6/66吸水問題有兩類方法,一是通過降低吸水量來減少水分對其性能的影響;二是通過提高尼龍6/66的相關(guān)性能,期望能抵消吸水后對尼龍6/66性能的影響。
1、共混和復(fù)合
添加酚醛樹脂和聚乙烯基苯酚等含酚樹脂能減少尼龍6/66的吸水量,提高其Tg,同時對Tm影響較小。
研究發(fā)現(xiàn),添加的酚類物質(zhì)主要存在于尼龍6/66的無定形區(qū)域。對于酚類物質(zhì)的這種效果,研究者是這樣解釋的:水之所以能破壞尼龍6/66中業(yè)已形成的氫 鍵而與羰基或胺基形成新的氫鍵,就是因為水分子與羰基或胺基形成氫鍵的趨勢比他們之間要高。
酚基與羰基形成氫鍵的趨勢比水分子更高,添加酚類物質(zhì)之后,酚基占據(jù)了尼龍6/66中的羰基和胺基,并因其所含的苯環(huán)產(chǎn)生了位阻效應(yīng),阻止了水分子的進(jìn)入。通過等溫吸附實驗、SAXS和分子模擬的方法都支持了這種解釋。
添加胺基聚醚(Blox)、磺化聚酯或含芳聚酰胺也能減少尼龍6/66的吸水量。尼龍6/66與其他高分子(如PP、PS、PC、ABS等)共混一般只能減慢吸水速度,并不能降低吸水量。同時如果相容性不好,還會犧牲力學(xué)性能。
添加無機納米粒子有一定的效果。聚酰胺/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料能夠大幅提高力學(xué)性能、熱變形溫度、阻隔性和阻燃效果,同時添加有機蒙脫土的聚酰胺/層狀硅酸鹽納米復(fù)合料能夠降低吸水的速度。當(dāng)蒙脫土的添加達(dá)到一定量時(通常大于4%),能夠降低尼龍的平衡吸水率。這是由于蒙脫土做為一種成核劑,可提高尼龍的結(jié)晶度,這樣其中的無定形區(qū)就變小,從而降低了尼龍的吸水量。
以上納米復(fù)合材料方法在減慢吸水速度、降低吸水量的同時,在很大程度上還改良了尼龍6/66因吸水帶來的不良后果。如尼龍蒙脫土納米復(fù)合材料吸水后,力學(xué)性能的下降和尺寸變化要小于純尼龍。
另一方面,上文引用的這些共混和無機納米復(fù)合的報道在力學(xué)性能上均獲得改良,如Tg、模量的提高等等,就算吸水之后力學(xué)性能有所回落,回落的幅度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于加入蒙脫土后所增加的幅度。不同含量的蒙脫土的尼龍6材料,放置一段時間后彎曲模量發(fā)生的變化,即使是2%蒙脫土的添加量,在達(dá)到飽和吸水率后,彎曲模量也會高出純尼龍6很多。
還有報道通過將尼龍6/66與吸濕性較低、力學(xué)強度較高的尼龍11粘合成層狀復(fù)合材料,由于尼龍11的支架或限制作用,吸水后能保持尺寸和一定的力學(xué)強度。
2、交聯(lián)
尼龍6/66交聯(lián)后的力學(xué)性能變化是常規(guī)的,即Tg上升、剛性和脆性增強。但是關(guān)于交聯(lián)后的吸水量或水分對材料性能的影響的報道很少,只查到一篇報道稱其交聯(lián)后的尼龍6吸水量有所減少。
3、表面改性
通過對尼龍6/66材料的表面進(jìn)行疏水化改性可以減少吸水量。例如,通過表面接枝含氟聚合物或者在表面形成具有荷葉結(jié)構(gòu)超疏水層。添加胺基聚醚(Blox)、磺化聚酯或含芳聚酰胺也能減少尼龍6/66的吸水量。
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