愛喝水的尼 龍結構

聚酰胺纖維俗稱尼龍（Nylon），英文名稱Polyamide（簡稱PA），密度1.15g/cm3，是分子主鏈上含有重復酰胺基團—[NHCO]—的熱塑性樹脂總稱，包括脂肪族PA，脂肪—芳香族PA和芳香族PA。其中脂肪族PA品種多，產量大，應用廣泛，其命名由合成單體具體的碳原子數而定。

脂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，產生 增塑效應，導致材料 體積膨脹、 模量下降，在應力作用下發生 明顯蠕變。

聚己內酰胺和聚己二酸己二胺（尼龍6和尼龍66）是最常用的聚酰胺材料，它們最高能從潮濕空氣中吸收 質量分數10%的水分，在一般濕度環境下也能吸收 質量分數2%到4%的水分，導致多種 力學性能的變化。

（PA6和PA66吸水性明顯高出其他材料）

尼龍吸水后對性質的影響

以尼龍6和尼龍66為例。尼龍6/66吸水之后，多種性質發生變化，而且許多性質的改變和吸水量有關系。

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結晶度和晶體結構

對尼龍6/66的晶體學研究發現，尼龍6/66都是半結晶性材料，成型后都含有晶區和非晶區。在晶區，分子鏈呈平面鋸齒構象，通過酰胺鍵在鏈與鏈之間形成氫鍵。在非晶區，分子鏈構象呈無規狀，大多數酰胺鍵沒有相互作用形成氫鍵，呈“自由”狀態，但不排除少數區域形成了局部的氫鍵。

早期的研究中，尼龍結晶度常通過密度來估算。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，結晶度也上升。經過拉伸取向的尼龍6/66材料常含有部分γ-晶。研究發現， 吸水后尼龍材料的γ-晶比例減少，而更穩定的α-晶比例增大。

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力學性能和分子運動

尼龍吸水后在力學性能上的變化很明顯。 最主要是硬度、模量和拉伸強度下降、屈服點降低、沖擊強度增加。

尼龍6/66的分子運動研究有核磁共振、動態力學松弛和介電損耗等方法，研究尼龍6/66材料吸水前后的轉變發現，其玻璃化轉變溫度（Tg）對水分比較敏感，吸水之后，Tg大幅下降。例如，尼龍6水含量為0.35%w/w時Tg=94℃，10.33%w/w時Tg=-6℃；干燥尼龍66Tg=78℃，當含水量為11%w/w時Tg=40℃。同時發現， Tg隨吸水量增加而下降的過程具有階段性。起始下降迅速；當吸水質量分數超過一定值之后，下降緩慢。

綜合各文獻報道，該臨界值約在2%~4%。尼龍6/66還在較低溫度下表現β和γ轉變，其中β轉變只在潮濕的樣品中觀察到，且其強度隨著吸水量的增加而增加。有的研究還發現，β轉變峰強度的增加伴隨著γ轉變峰的減少，并呈現類似Tg的階段性。

以上現象均表明類似塑化的效果，然而當測試溫度進一步降低，超過某臨界溫度后，水分在尼龍6/66材料中的作用就相反，類似交聯硬化。這個臨界溫度的具體值在不同報道中相差較大，有人提出這與動態力學測試頻率、樣品的取向程度等條件的不同有關。

尼龍在長期受到小于屈服點的應力作用后，會發生硬化，這種效果稱為 “應力老化”（stress aging）。在吸水后，應力老化的速率加快。

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尺寸變化

尼龍6/66吸水后體積將 發生膨脹。膨脹時，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。經過拉伸取向的樣品，膨脹具有各向異性。在拉伸取向的方向上膨脹較明顯。

研究發現，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，因此認為，尼龍6/66吸水膨脹在沿分子間氫鍵的方向上比較明顯。

由此我們可以得知，尼龍吸水性大，飽和水可以達到3%以上。一定的程度上影響尺寸穩定性和電性能，特別是薄壁件增厚影響較大；吸水亦會大大降低塑料的機械強度。在選材時，應顧及使用環境及與別的元件的配合精度的影響。

而現在普遍的做法是通過 纖維增強的方法，可降低樹脂吸水率，使其能在高溫、高濕下工作。

也有 添加酚醛樹脂和聚乙烯基苯酚等含酚樹脂的方法以及 添加無機納米粒子的做法來降低尼龍吸水率。

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