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仅仅“水煮”能解决尼龙制品的脆性问题吗?

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内容节点
概述
实验/设备条件
样品提取
实验/操作方法
实验结果/结论
仪器/耗材清单

【概述】

注塑加工厂和产品的最·终用户都已熟知吸水率会影响材料的性能,在搭扣等装配中,存在着高载荷的应用状态,尼龙部件仍维持在原来“干式注塑”的状态时,很可能会出现脆性断裂,经过“水煮" 等调湿处理后,提高部件内的水气含量可有效地改善其易脆性。

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什么是“水煮"调湿处理?

水煮工序棋实跟我们的金属“回火” 处理工序的设置有异曲同工之妙。那就是让尼龙件在一定的水温浸泡,让其内部的大分子尽量地趋于自然取向和达到内部的结晶与解晶的平衡,从而消除其内部应力。

此外,当水分子吸附在尼龙基体树脂上,并依附在尼龙主链的酰胺基团上,导致链节间的吸引力降低,并促使尼龙主链趋向于分离,降低了材料的玻璃化转变温度。处于玻璃化转变温度以下时,尼龙6和尼龙6/6等聚合物制件则显示出较高的强度和韧性。

综合表观现象就是:尼龙件的韧性大大增强,脆性基本消除。


仅仅“水煮”就能解决所有材料脆性问题了吗?

制品脆性较大并不能简单地通过水煮解决。如果原材料本身已发生老化降解(如回料)或者成型加工过程中材料的分子量降低,会造成其性能永·久性变劣,那么即使“水煮”调湿也不能起到作用。

美国北方某家塑料加工厂,采用未填充尼龙6/6材料注塑制成了一种消费类制品,在出厂几天后这类制件显得特别脆。经过主动调湿处理,塑料部件内的最·终水分含量达到3.2% ,紧接着马上把这些部件拿去应用,通过装配和检测工序也没发现任何问题。然而,这些部件一经使用,立即出现质量问题。把这些部件拿回去进行评估检测,发现其湿气含已经降低至1.2%~1.5%。

总结塑料部件的现场使用经验,得出结论是,经过调湿处理后,聚合物材料变得柔韧,不再呈现为脆性材料。但在调湿过程中,人们往往会在短时间内,往聚合物体内输入过多的湿气,而聚合物不可能把这么多的湿气长期都包容在体内。一段时间后,多余的湿气就会逸出聚合物,材料又重新回到脆性状态。特别是当材料已发生老化时,调湿处理对材料的韧性提高变得更加有限。


部件的终端用户如何才能判断出造成部件脆性的根本原因呢?

那么,如何判断制件脆性是由于内应力存在还是原材料本身性质引起?

其实很简单,通过进行熔体流动速率( MFR )测试即可判断。分别将纯新树脂、优质注塑件、脆性注塑件的检测数据进行对比。

原则上,未填充聚合物可接受的MFR上限值为提高40%,优质注塑件可提升22%的标准值,劣质部件的MFR变化值会高出近200%。

利用MFR测试值来分析和评估尼龙部件会碰到几个大问题。MFR值是标称聚碳酸酯、聚丙烯等多种树脂相对平均分子的一个参数,很少有尼龙树脂供应商采用这一参数来衡量尼龙树脂,这是由于尼龙与水相互之间存在着特殊的影响关系所致。在尼龙部件中,由于水起到了增塑剂的作用,水气含量对MFR的测量值有较大影响。

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【实验/操作方法】

尼龙件水煮的最之佳温度和时间:90℃-100℃ , 2-3小时;调湿处理有多种方式和途径。简单的方法是在一个阻湿性包装内往注塑尼龙部件上喷淋精确数量的水。其他的方法包括:在存放有尼龙部件的包装物内,放入湿透了的纸巾,使纸巾上的水分逐步汽化迁移至尼龙部件上。这样不仅可提高湿气吸收率,而且湿气可更均匀地吸附在尼龙部件的表面。快速调湿处理是有效提高尼龙部件抗冲击强度的一种方法,无论采用哪一种方法都存在着明显的效果。


【实验结果/结论】


由上表可知,这种材料的湿气含量分别在0.20%和0.04%时,前者的MFR值高出后者将近40%。这样就很难判断是由于湿气含变化而导致聚合物流动性发生变化,还是因分子量改变而造成了流动性变化。

有一个解决方案是,建立一个材料湿气含量与MFR的曲线关系图,图2显示,MFR变化值与湿气含变化大约呈直线关系。可以通过将样本进行对比,即将样本内含湿气大幅波动变化的MFR值与样本长期保持干燥状态下的MFR值进行比较。


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