水对尼龙力学性能的影响

摘要：聚酰胺(PA)是以已内酰胺、脂肪羧酸、脂肪胺或芳香族二元酸、芳香族二元胺为原料合成，主链上含有酰胺基团(—NHCO—)的结晶性高分子化合物，作为工程塑料的PA分子量在(1.5~3)×104左右。PA具有优良的力学性能、耐磨性和耐高温性，所以是用途最为广泛的工程塑料之一。但是，由于分子结构中含有极性的亲水基团，所以对尼龙制品的尺寸稳定性以及力学性能有很大影响。目前，可用纤维增强，降低树脂的吸水率，使其能在高温、高湿的条件下工作。

尼龙阀门

一、吸水性对尼龙性能影响机理

由于尼龙的分子链结构规整，是一类结晶性的高分子化合物，晶格的存在束缚了分子链的运动，所以强度较高。此外，分子链中含有的极性酰胺基团，能够在分子链之间形成氢键，使分子链之前的作用力增大，进一步限制了分子链受外力时的滑移，所以具有较高的力学强度和模量。

并且，随着聚酰胺分子链中酰胺基密度的增加、分子链对称性的增强以及结晶度的提高，其力学强度也进一步提高。

1、分子链间作用力降低

但是，正因为尼龙分子链中含有极性酰胺基团，所以可以与环境中的水分子形成氢键，这样会使分子链的规整度降低、分子链之间的氢键数减少，导致分子链之间的作用力降低。

所以，在受到外力时，分子链之间可以通过运动来消耗外界的能量，所以材料的拉伸强度、弯曲强度以及模量会有一定程度的降低，制品的尺寸稳定性也会大幅降低。但是伸长率和冲击强度会有提高。

2、分子链部分水解

在熔融状态下，如果有水分的存在，会引起聚酰胺大分子链的水解，从而导致相对分子质量的降低。因为高分子化合物的机械性能和分子料子一定范围内是正比关系，所以分子链降解，制品的力学性能会出现下降。

此外，成型过程中，水分的存在还会导致制品表面出现气泡、银丝和斑纹等缺陷。因此，成型前必须充分干燥。

二、吸水率对尼龙力学性能的影响

表 尼龙干态力学性能测试

注：测定标准采用ASTM标准方法

表 吸水性对尼龙力学性能影响

注：测定标准采用ASTM标准方法

上表是四种尼龙在干态和一定吸水率状态下的力学性能测试数据对比。四种尼龙的拉伸、弯曲强度，以及模量都有一定程度的降低，而伸长率和冲击强度则有提高。

对比各种四种尼龙在两种状态下的断裂拉升强度，脂肪族尼龙吸水后拉伸强度降低幅度较，其中PA46的降幅在40%左右，而芳香族尼龙PAMXD-6的降幅在10%左右。

所以，对于尼龙制品来说，不仅在成型过程中需要进行考虑吸湿性问题，使用过程中，特别是高温、高湿的环境中也得考虑吸水率的问题。目前，玻纤增强尼龙可以明显改性制品的吸湿性，可使尼龙制品应用于高温、高湿的环境中。