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水分對(duì)尼龍6/66性質(zhì)的影響
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發(fā)表時(shí)間：2022-12-30 14:41:10
尼龍6/66吸水之后，多種性質(zhì)發(fā)生變化，而且許多性質(zhì)的改變和吸水量有關(guān)系。
水分對(duì)尼龍6/66性質(zhì)影響的主要有以下4個(gè)：
1、結(jié)晶度和晶體結(jié)構(gòu)
對(duì)尼龍6/66的晶體學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，尼龍6/66都是半結(jié)晶性材料，成型后都含有晶區(qū)和非晶區(qū)。在晶區(qū)，分子鏈呈平面鋸齒構(gòu)象，通過(guò)酰胺鍵在鏈與鏈之間形成氫鍵。在非晶區(qū)，分子鏈構(gòu)象呈無(wú)規(guī)狀，大多數(shù)酰胺鍵沒(méi)有相互作用形成氫鍵，呈“自由”狀態(tài)，但不排除少數(shù)區(qū)域形成了局部的氫鍵。
早期的研究中，尼龍結(jié)晶度常通過(guò)密度來(lái)估算。尼龍6/66的密度比水大，吸水后，這兩種材料的密度反而上升，結(jié)晶度也上升。經(jīng)過(guò)拉伸取向的尼龍6/66材料常含有部分γ-晶。研究發(fā)現(xiàn)，吸水后尼龍材料的γ-晶比例減少，而更穩(wěn)定的α-晶比例增大。
2、力學(xué)性能和分子運(yùn)動(dòng)
尼龍吸水后在力學(xué)性能上的變化很明顯。最主要是硬度、模量和拉伸強(qiáng)度下降、屈服點(diǎn)降低、沖擊強(qiáng)度增加。
尼龍6/66的分子運(yùn)動(dòng)研究有核磁共振、動(dòng)態(tài)力學(xué)松弛和介電損耗等方法，研究尼龍6/66材料吸水前后的轉(zhuǎn)變發(fā)現(xiàn)，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）對(duì)水分比較敏感，吸水之后，Tg大幅下降。例如，尼龍6水含量為0.35%w/w時(shí)Tg=94℃，10.33%w/w時(shí)Tg=-6℃；干燥尼龍66Tg=78℃，當(dāng)含水量為11%w/w時(shí)Tg=40℃。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，Tg隨吸水量增加而下降的過(guò)程 具有階段性。起始下降迅速；當(dāng)吸水質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)一定值之后，下降緩慢。
綜合各文獻(xiàn)報(bào)道，該臨界值約在2%~4%。尼龍6/66還在較低溫度下表現(xiàn)β和γ轉(zhuǎn)變，其中β轉(zhuǎn)變只在潮濕的樣品中觀察到，且其強(qiáng)度隨著吸水量的增加而增加。有的研究還發(fā)現(xiàn)，β轉(zhuǎn)變峰強(qiáng)度的增加伴隨著γ轉(zhuǎn)變峰的減少，并呈現(xiàn)類似Tg的階段性。
以上現(xiàn)象均表明類似塑化的效果，然而當(dāng)測(cè)試溫度進(jìn)一步降低，超過(guò)某臨界溫度后，水分在尼龍6/66材料中的作用就相反，類似交聯(lián)硬化。這個(gè)臨界溫度的具體值在不同報(bào)道中相差較大，有人提出這與動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試頻率、樣品的取向程度等條件的不同有關(guān)。
尼龍?jiān)陂L(zhǎng)期受到小于屈服點(diǎn)的應(yīng)力作用后，會(huì)發(fā)生硬化，這種效果稱為“應(yīng)力老化”（stress aging）。在吸水后，應(yīng)力老化的速率加快。
3、尺寸變化
尼龍6/66吸水后體積將發(fā)生膨脹。膨脹時(shí)，材料尺寸變化和吸水量變化并不完全同步。尼龍6纖維隨著吸水量變化膨脹先快后慢；而尼龍6薄膜則相反。經(jīng)過(guò)拉伸取向的樣品，膨脹具有各向異性。在拉伸取向的方向上膨脹較明顯。
研究發(fā)現(xiàn)，尼龍6/66在拉伸作用下，其中的分子間氫鍵取向沿拉伸的方向靠攏，因此認(rèn)為，尼龍6/66吸水膨脹在沿分子間氫鍵的方向上比較明顯。
4、熱定型方法
尼龍6/66纖維生產(chǎn)中有濕熱定型和干熱定型兩種方法。研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)晶度相同的情況下，干熱定型樣品吸水量比濕熱定型的少。濕熱定型的樣品染色性能較好。
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水分對(duì)尼龍6/66性質(zhì)影響的主要有以下4個(gè)：
1、結(jié)晶度和晶體結(jié)構(gòu)
對(duì)尼龍6/66的晶體學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，尼龍6/66都是半結(jié)晶性材料，成型后都含有晶區(qū)和非晶區(qū)。在晶區(qū)，分子鏈呈平面鋸齒構(gòu)象，通過(guò)酰胺鍵在鏈與鏈之間形成氫鍵。在非晶區(qū)，分子鏈構(gòu)象呈無(wú)規(guī)狀，大多數(shù)酰胺鍵沒(méi)有相互作用形成氫鍵，呈“自由”狀態(tài)，但不排除少數(shù)區(qū)域形成了局部的氫鍵。
早期的研究中，尼龍結(jié)晶度常通過(guò)密度來(lái)估算。尼龍6/66的密度比水大，吸水后，這兩種材料的密度反而上升，結(jié)晶度也上升。經(jīng)過(guò)拉伸取向的尼龍6/66材料常含有部分γ-晶。研究發(fā)現(xiàn)，吸水后尼龍材料的γ-晶比例減少，而更穩(wěn)定的α-晶比例增大。
2、力學(xué)性能和分子運(yùn)動(dòng)
尼龍吸水后在力學(xué)性能上的變化很明顯。最主要是硬度、模量和拉伸強(qiáng)度下降、屈服點(diǎn)降低、沖擊強(qiáng)度增加。
尼龍6/66的分子運(yùn)動(dòng)研究有核磁共振、動(dòng)態(tài)力學(xué)松弛和介電損耗等方法，研究尼龍6/66材料吸水前后的轉(zhuǎn)變發(fā)現(xiàn)，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）對(duì)水分比較敏感，吸水之后，Tg大幅下降。例如，尼龍6水含量為0.35%w/w時(shí)Tg=94℃，10.33%w/w時(shí)Tg=-6℃；干燥尼龍66Tg=78℃，當(dāng)含水量為11%w/w時(shí)Tg=40℃。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，Tg隨吸水量增加而下降的過(guò)程 具有階段性。起始下降迅速；當(dāng)吸水質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)一定值之后，下降緩慢。
綜合各文獻(xiàn)報(bào)道，該臨界值約在2%~4%。尼龍6/66還在較低溫度下表現(xiàn)β和γ轉(zhuǎn)變，其中β轉(zhuǎn)變只在潮濕的樣品中觀察到，且其強(qiáng)度隨著吸水量的增加而增加。有的研究還發(fā)現(xiàn)，β轉(zhuǎn)變峰強(qiáng)度的增加伴隨著γ轉(zhuǎn)變峰的減少，并呈現(xiàn)類似Tg的階段性。
以上現(xiàn)象均表明類似塑化的效果，然而當(dāng)測(cè)試溫度進(jìn)一步降低，超過(guò)某臨界溫度后，水分在尼龍6/66材料中的作用就相反，類似交聯(lián)硬化。這個(gè)臨界溫度的具體值在不同報(bào)道中相差較大，有人提出這與動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試頻率、樣品的取向程度等條件的不同有關(guān)。
尼龍?jiān)陂L(zhǎng)期受到小于屈服點(diǎn)的應(yīng)力作用后，會(huì)發(fā)生硬化，這種效果稱為“應(yīng)力老化”（stress aging）。在吸水后，應(yīng)力老化的速率加快。
3、尺寸變化
尼龍6/66吸水后體積將發(fā)生膨脹。膨脹時(shí)，材料尺寸變化和吸水量變化并不完全同步。尼龍6纖維隨著吸水量變化膨脹先快后慢；而尼龍6薄膜則相反。經(jīng)過(guò)拉伸取向的樣品，膨脹具有各向異性。在拉伸取向的方向上膨脹較明顯。
研究發(fā)現(xiàn)，尼龍6/66在拉伸作用下，其中的分子間氫鍵取向沿拉伸的方向靠攏，因此認(rèn)為，尼龍6/66吸水膨脹在沿分子間氫鍵的方向上比較明顯。
4、熱定型方法
尼龍6/66纖維生產(chǎn)中有濕熱定型和干熱定型兩種方法。研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)晶度相同的情況下，干熱定型樣品吸水量比濕熱定型的少。濕熱定型的樣品染色性能較好。
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