水分對(duì)增強(qiáng)尼龍性能的影響

增強(qiáng)尼龍吸水后，許多性能發(fā)生變化，許多性能變化與吸水有關(guān)。

1.結(jié)晶度和晶體結(jié)構(gòu)

由增強(qiáng)尼龍制造商提供的增強(qiáng)尼龍的晶體學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)尼龍是半結(jié)晶材料，成型后包含結(jié)晶和非晶區(qū)域。在晶體區(qū)域，分子鏈呈平面鋸齒狀構(gòu)象，鏈間通過(guò)酰胺鍵形成氫鍵。在非晶態(tài)區(qū)域，分子鏈構(gòu)象是隨機(jī)的，大多數(shù)酰胺鍵不相互作用形成氫鍵，氫鍵處于“自由"狀態(tài)，但不排除在少數(shù)區(qū)域形成局部氫鍵。

在早期的研究中，增強(qiáng)尼龍的結(jié)晶度通常通過(guò)密度來(lái)估計(jì)。增強(qiáng)尼龍的密度高于水。吸水后，兩種材料的密度和結(jié)晶度增加。拉伸取向的增強(qiáng)尼龍材料往往含有γ晶。結(jié)果表明，吸水后尼龍材料的強(qiáng)度有所提高，γ晶型比降低，α晶型比增加，且更穩(wěn)定。

2.機(jī)械性能和分子運(yùn)動(dòng)

吸水后增強(qiáng)尼龍的力學(xué)性能發(fā)生明顯變化。主要原因是硬度、模量和抗拉強(qiáng)度降低，屈服點(diǎn)降低，沖擊強(qiáng)度提高。用核磁共振、動(dòng)態(tài)機(jī)械弛豫和介電損耗等方法研究了增強(qiáng)尼龍的分子運(yùn)動(dòng)。結(jié)果表明，增強(qiáng)尼龍的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（TG）對(duì)水敏感，吸水后TG顯著降低。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著吸水率的增加，TG降低的過(guò)程是分階段的。初期下降很快；當(dāng)吸水質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)一定值時(shí)，其下降緩慢。

臨界值約為2%～4%。增強(qiáng)尼龍?jiān)谳^低溫度下也表現(xiàn)出β和γ相變，其中β相變僅在濕試樣中觀察到，其強(qiáng)度隨吸水率的增加而增加。一些供應(yīng)增強(qiáng)尼龍的制造商還發(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，并顯示出類(lèi)似于Tg的相位。

上述現(xiàn)象顯示出類(lèi)似的塑化效果。然而，當(dāng)試驗(yàn)溫度進(jìn)一步降低并超過(guò)某一臨界溫度時(shí)，水在增強(qiáng)尼龍材料中的作用相反，類(lèi)似于交聯(lián)硬化。該臨界溫度的具體值在不同的報(bào)告中差異很大。這與動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)頻率和試樣取向等不同條件有關(guān)。增強(qiáng)尼龍?jiān)陂L(zhǎng)期應(yīng)力低于屈服點(diǎn)后會(huì)硬化。這種效應(yīng)被稱為“壓力老化"。吸水后，應(yīng)力老化速率加快。

3.尺寸變化

增強(qiáng)尼龍吸水后體積膨脹。膨脹過(guò)程中，材料尺寸的變化與吸水率的變化并不*同步。隨著吸水率的變化，增強(qiáng)尼龍纖維的膨脹先快后慢；增強(qiáng)尼龍膜則相反。拉伸取向后，樣品的膨脹是各向異性的。在拉伸方向上膨脹明顯。結(jié)果表明，在拉伸作用下，增強(qiáng)尼龍的分子間氫鍵取向沿拉伸方向接近。因此，認(rèn)為增強(qiáng)尼龍的吸水膨脹沿分子間氫鍵方向明顯。

4.熱定型方法

在增強(qiáng)尼龍纖維的生產(chǎn)中，有濕熱定型和干熱定型兩種方法。發(fā)現(xiàn)在相同結(jié)晶度下，干熱定型試樣的吸水率小于濕熱定型試樣的吸水率。濕熱定型試樣的染色性能較好。