环境湿度对聚酰胺力学性能的影响.doc

环境湿度对聚酰胺力学性能的影响及其微观机理探讨 ? 在高分子材料诸多应用中，作为结构材料使用是最常见、最重要的应用。在许多领域，高分子材料已成为金属、木材、陶瓷、玻璃等材料的代用品。之所以如此，除去它们具有制造加工便利、质轻、耐化学腐蚀的优点外，还因为它们具有良好的力学性能。 作为五大工程塑料之一的聚酰胺（PA），由于分子结构中含有大量的酰胺基团，大分子末端为氨基或羧基，所以PA是一类极性很强的高分子材料，很容易吸收环境中的水分，从而影响力学性能，影响其在实际中的应用。 有关资料显示，湿度是一个重要的环境因素。为了确定PA在不同湿度条件下变形和破坏引起的一些重要性能指标的变化，笔者通过准确控制环境湿度，进行了4种不同湿度条件下与时间相关的PA66的性能试验，研究了湿度对PA66力学性能的影响，探讨了PA力学性能变化的微观机理。 1 实验部分 1.1 材料 PA66：EPB27，平顶山神马工程塑料有限责任公司。 1.2 仪器设备 数显分析天平：BS110S型，德国Sartorius公司； 电液伺服材料试验机：1341型，英国Instron公司； 电液伺服万能材料试验机：MTS810型，美国MTS公司。 1.3 试样制备及环境试验 （1）环境湿度控制 室内不同湿度老化试验是在室内恒温条件下（25），在干燥器内控制环境相对湿度分别为0（绝对干燥）、35%（干燥）、60%（比较湿润）和100%（绝对潮湿）。其中绝对干燥（0）和绝对潮湿（100%）是通过硅胶干燥剂和蒸馏水来控制的，干燥（35%）和比较湿润（60%）是通过调节水和甘油的比例来控制的，具体调节方法见表1。  ? （2）环境试验 将PA66粒料注塑成标准试样，试样制备后一直存放于棕色干燥器中遮光保存，试验前分别称量所有原始试样的质量作为原始质量，然后将试样放入不同湿度氛围的干燥器中进行试验，试验过程中经常用温湿度计监控温度和相对湿度。试样放置在密闭干燥器中用软塑料制成的试样架上，与水平方向成大约45角，试样不重叠，以保持同样的周围环境。按照1个月、3个月、6个月、9个月、12个月的时间间隔取样，到规定时间时取出相应试样，轻轻擦干表面的水分，干燥3d后迅速用分析天平称量，按（1）式计算吸水率： ? 1.4 性能测试 拉伸性能按GB/T 1040-1992测试，拉伸速度为5mm/min； 弯曲性能按GB/T 9341-2000测试，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm，弯曲挠度为6mm。 2 结果与讨论 2.1 PA66吸水率的变化 以时间为横坐标，吸水率为纵坐标作图，得到PA66的吸水率与时间的变化曲线，如图1所示。 由图1可以看到，在相同老化时间下，随着相对湿度的提高，PA66的吸水率逐渐增加，不同湿度下吸水率从小到大的顺序为0、35%、60%、100%。特别是在相对湿度100%的氛围中，吸水率比其它3种相对湿度的吸水率大得多。在同一湿度条件下，随着老化时间的延长，吸水率逐渐增大，到6个月时基本达到平衡。 由上述可知，PA66吸水率与环境湿度关系较大。虽然理论上认为同种PA66的吸水率应该相同，亦即不同环境湿度条件下的平衡吸水率都相同，但实际上不同湿度下的平衡吸水率存在差异。湿度越大，平衡吸水率越高。究其原因，PA66在高的相对湿度（如100%）下易发生水解，产生如己二胺、己二酸等小分子。如果试样内部同时存在静张应力，则还会发生应力诱导水解，使PA66分子链上的酰胺键断裂并使分子量下降，导致试样内部产生微缺陷。这些微缺陷为水分子聚集创造了空间。因此，湿度越高PA66发生水解的程度越高，产生的微缺陷也就越多，导致平衡吸水率越高。 2.2 湿度对PA66力学性能的影响 （1）湿度对拉伸强度的影响 在不同的湿度环境中，PA66的拉伸强度与时间的关系如图2所示。 从图2可看出，不同湿度环境中PA66的拉伸强度都有一个明显的先下降后上升的过程，湿度越大，下降程度越大。即使是在湿度为100%的绝对潮湿的环境中，老化后期也有一个拉伸强度增大的过程。随着相对湿度的减小，拉伸强度逐渐增大。在绝对干燥的情况下，老化12个月时的拉伸强度甚至略微超过了原试样的拉伸强度。从图2还可看到，4种不同湿度的PA66的拉伸强度变化容易区分，用来评价PA的老化较好。 （2）湿度对拉伸弹性