尼龍6的鹽霧和濕熱穩(wěn)定性研究*

李維義，王　飛，王浩江，雷祖碧

(廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州 510665)

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尼龍6的鹽霧和濕熱穩(wěn)定性研究*

李維義，王飛，王浩江，雷祖碧

(廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州 510665)

研究了鹽霧老化和濕熱老化對(duì)尼龍6(PA6)質(zhì)量、尺寸變化和拉伸性能的影響。結(jié)果表明，PA6的質(zhì)量和尺寸變化率隨鹽霧和濕熱老化試驗(yàn)時(shí)間的增加而增大，斷裂伸長(zhǎng)率在鹽霧和濕熱老化試驗(yàn)條件下明顯增大。

尼龍6，鹽霧，濕熱，老化

尼龍6(PA6)具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐化學(xué)藥品、耐油、摩擦系數(shù)低、熔體流動(dòng)性好等一系列優(yōu)異性能，并以纖維、薄膜和工程塑料等產(chǎn)品形式而得到廣泛應(yīng)用。如PA6纖維(錦綸)可用于織襪、內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)服、地毯等民用產(chǎn)品，也可用作簾子線、傳送帶、漁網(wǎng)、縫紉線、非織造布等輕工產(chǎn)業(yè)，而PA6薄膜因具有優(yōu)秀的阻滲性、耐刺穿性、氣體和芳香阻隔特性、優(yōu)異的表面光潔度和透明度等性能，特別適合要求延長(zhǎng)保存期的易腐食品的包裝和要求極高的消費(fèi)品包裝和運(yùn)輸包裝，且由于其適用溫度范圍極廣，從冷凍至蒸汽消毒等多種應(yīng)用領(lǐng)域均可使用。PA6通過(guò)增強(qiáng)、增韌、礦物填充等各種改性手段，作為工程塑料而用于汽車工業(yè)和電子電器等領(lǐng)域。但因其分子主鏈結(jié)構(gòu)中含有大量的—NHCO—酰胺基團(tuán)，具有較強(qiáng)的極性，造成了其吸水性大，并影響了其尺寸的穩(wěn)定性和電性能。另外，其易受到熱、氧、水分、金屬雜質(zhì)等環(huán)境因素的影響而發(fā)生老化，導(dǎo)致材料性能的劣化和使用壽命的縮短[1-4]，這些均限制了其在高濕環(huán)境下的使用。

因此，本研究以PA6為研究對(duì)象，研究了鹽霧和濕熱等老化試驗(yàn)條件對(duì)其質(zhì)量、尺寸變化和拉伸性能的影響。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

PA6：河南平頂山神馬公司。

1.2設(shè)備及測(cè)試儀器

SO-500-2型鹽霧試驗(yàn)箱，日本板橋理化株式會(huì)社；BE-TH-80M8型可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱，東莞貝爾試驗(yàn)設(shè)備有限公司；AG-IC 20KN型電子拉力機(jī)，日本島津；BT-80V-I型注塑機(jī)，廣州博創(chuàng)有限公司。

1.3試樣制備

將PA6按照GB/T 1040-2006注塑成啞鈴型拉伸試樣，狹窄部分尺寸為10.08mm×4.08mm。質(zhì)量和尺寸變化測(cè)試用試樣先通過(guò)注塑機(jī)注塑成60mm×60mm×3mm的片材，然后裁成50mm×50mm×3mm的方形試樣。

1.4測(cè)試與表征

拉伸試驗(yàn)按GB/T 1040-2006進(jìn)行，拉伸速率為10mm/min。鹽霧老化試驗(yàn)條件：溫度為(35±2)℃；氯化鈉溶液濃度為(50±5)g/L，pH值6.5～7.2。試驗(yàn)時(shí)間分別為0h、168h、500h和1000h。試驗(yàn)后擦干樣品置于密閉容器中，在(23±2)℃、相對(duì)濕度(50±10)%的環(huán)境中處理4h后進(jìn)行測(cè)試。濕熱老化試驗(yàn)條件：試驗(yàn)箱溫度℃；相對(duì)濕度%。試驗(yàn)后樣品置于密閉容器中，在(23±2)℃、相對(duì)濕度(50±10)%的環(huán)境中處理4h后進(jìn)行性能測(cè)試。

2　結(jié)果與討論

2.1鹽霧老化對(duì)PA6性能的影響

鹽霧老化對(duì)PA6試樣質(zhì)量和尺寸變化率的影響如表1所示。由表中數(shù)據(jù)可知，隨著鹽霧老化時(shí)間的增加，PA6試樣的質(zhì)量變化率和尺寸變化率逐漸增大，這是因?yàn)镻A6的分子鏈結(jié)構(gòu)中含有大量的親水性酰胺基團(tuán)，在鹽霧老化試驗(yàn)過(guò)程中，這些親水性基團(tuán)通過(guò)氫鍵作用與水結(jié)合，即PA6發(fā)生吸水現(xiàn)象，造成尼龍?jiān)嚇拥馁|(zhì)量增加，且隨著老化時(shí)間的增加，越來(lái)越多的水分與PA6相結(jié)合，即造成了質(zhì)量也隨之增大。由于PA6吸收了水分，同時(shí)也導(dǎo)致了試樣發(fā)生膨脹，表現(xiàn)為尺寸變化率隨著老化時(shí)間的增加而不斷增大。

表1　PA6的質(zhì)量和尺寸變化率隨鹽霧老化時(shí)間的變化

PA6的拉伸性能隨鹽霧老化試驗(yàn)時(shí)間變化的數(shù)據(jù)如表2所示。由表中數(shù)據(jù)可知，鹽霧試驗(yàn)對(duì)PA6試樣的拉伸性能影響也比較大，隨著鹽霧老化試驗(yàn)時(shí)間的增加，PA6的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均表現(xiàn)為先增大后減小再增大的變化，特別是對(duì)斷裂伸長(zhǎng)率的影響更為明顯。PA6試樣在鹽霧老化時(shí)間為168h、500h和1000h時(shí)的斷裂伸長(zhǎng)率保持率分別為121.8%、115.7%和118.7%，說(shuō)明鹽霧老化試驗(yàn)對(duì)PA6拉伸性能的變化有明顯影響。在鹽霧老化試驗(yàn)過(guò)程中，由于PA6的吸水性，水分的存在相當(dāng)于對(duì)PA6起到了增塑作用，使得PA6的韌性提高，表現(xiàn)為到斷裂伸長(zhǎng)率的增大。但在鹽霧老化試驗(yàn)時(shí)間為500h后的拉伸強(qiáng)度下降較為明顯，這可能是因?yàn)榻饘匐x子或金屬鹽分也會(huì)對(duì)尼龍的拉伸性能有影響[5]。在本鹽霧老化試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)PA6拉伸性能造成影響的因素除了水分以外，氯化鈉鹽分的存在也可能對(duì)PA6的拉伸性能產(chǎn)生影響，這兩個(gè)因素對(duì)PA6分子結(jié)構(gòu)變化的影響性較為復(fù)雜，從而也導(dǎo)致拉伸性能的變化呈現(xiàn)出不規(guī)律的特征。

表2　PA6的拉伸性能隨鹽霧老化時(shí)間的變化

2.2濕熱老化對(duì)PA6性能的影響

表3中數(shù)據(jù)為PA6試樣的質(zhì)量和尺寸變化率隨濕熱老化時(shí)間的變化。由表中數(shù)據(jù)可知，隨著濕熱老化時(shí)間的增加，PA6試樣的質(zhì)量變化率和尺寸變化率逐漸增大。與鹽霧老化的影響類似，這種現(xiàn)象也是因?yàn)镻A6的分子鏈結(jié)構(gòu)中含有的大量親水性酰胺基團(tuán)造成吸水而引起的。且隨著濕熱老化時(shí)間的增加，PA6試樣吸收的水分也隨之增多，導(dǎo)致了試樣發(fā)生膨脹，質(zhì)量和尺寸變化率也隨之增大，從而影響了PA6試樣的尺寸穩(wěn)定性。

表3　PA6的質(zhì)量和尺寸變化率隨濕熱老化時(shí)間的變化

PA6的拉伸性能隨濕熱老化試驗(yàn)時(shí)間變化的數(shù)據(jù)如表4所示。由表中數(shù)據(jù)可知，濕熱試驗(yàn)對(duì)PA6試樣的拉伸性能影響也比較大，隨著濕熱老化試驗(yàn)時(shí)間的增加，PA6的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均表現(xiàn)為先增大后減小再增大的變化。PA6試樣在濕熱老化時(shí)間為24h、96h、500h和1000h時(shí)的斷裂伸長(zhǎng)率保持率分別為112.2%、117.9%、111.4%和和118.0%，而在濕熱老化試驗(yàn)時(shí)間為500h后的拉伸強(qiáng)度下降較為明顯，說(shuō)明濕熱試驗(yàn)對(duì)PA6拉伸性能的變化有明顯影響。但由于在濕熱老化試驗(yàn)過(guò)程中，除了PA6的吸水造成的水增塑作用外，水解降解及在高濕度下的熱氧老化也是不可忽略的重要因素，這幾種因素同時(shí)作用于PA6試樣時(shí)，對(duì)PA6分子結(jié)構(gòu)變化的影響性也變得更加復(fù)雜，從而對(duì)其拉伸性能的影響比較復(fù)雜，因此數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)出不規(guī)律的特征。

表4　PA6的拉伸性能隨濕熱老化時(shí)間的變化

綜合以上研究可知，在鹽霧老化和濕熱老化試驗(yàn)過(guò)程中，PA6的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均呈現(xiàn)先增大后減小再增大的變化規(guī)律，特別是在老化500h后的拉伸強(qiáng)度均發(fā)生明顯的降低，因此關(guān)于該現(xiàn)象的解釋需要從其具體的老化機(jī)理方面進(jìn)一步研究。

3　結(jié)論

(1)鹽霧老化試驗(yàn)和濕熱老化試驗(yàn)過(guò)程中的水分對(duì)PA6的質(zhì)量和尺寸變化率有明顯的影響，隨著鹽霧老化時(shí)間和濕熱老化時(shí)間的增加，PA6試樣的質(zhì)量變化率和尺寸變化率均逐漸增大。

(2)鹽霧老化試驗(yàn)和濕熱老化試驗(yàn)對(duì)PA6試樣的拉伸性能影響也比較大，主要表現(xiàn)為斷裂伸長(zhǎng)率的明顯增大，但由于鹽霧老化試驗(yàn)中氯化鈉鹽分和水分的雙重作用以及濕熱老化試驗(yàn)中水分、熱氧老化等多重作用的影響，PA6試樣的拉伸性能變化呈現(xiàn)不規(guī)律的特征。

[1] Shu Y，Ye L，Yang T. Study on the long-term thermal-oxidative aging behavior of polyamide 6 [J].Journal of Applied Polymer Science，2008，110(2)：945-957.

[2] 高立花，葉林.尼龍6濕熱老化壽命預(yù)測(cè)[J].高分子材料科學(xué)與工程，2015，31(5)：111-114.

[3] 李榮富，孫濤，胡興洲.聚酰胺熱氧穩(wěn)定化研究[J].合成材料老化與應(yīng)用，1998(4)：7-17.

[4] 李榮富，胡興洲.金屬雜質(zhì)對(duì)聚酰胺熱氧化降解的影響[J].合成材料老化與應(yīng)用，1999(1)：5-12.

[5] Cerruti P，Carfagna C. Thermal-oxidative degradation of polyamide 6，6 containing metal salts [J]. Polymer Degradation and Stability，2010，95(12)：2405-2412.

Study on the Salt Mist and Damp Heat Stability of Polyamide 6

LI Wei-yi，WANG Fei，WANG Hao-jiang，LEI Zu-bi

(Guangzhou Research Institute Co. Ltd. of Synthetic Materials，Guangzhou 510665，Guangdong，China)

The effects of salt mist and damp heat on the mass change，dimension change and tensile property of polyamide 6 were studied. It has been found that the mass and dimension variation increase with the increase of salt mist and damp heat aging time and the elongation at break increases obviously under the test conditions of both salt mist and damp heat aging.

polyamide 6，salt mist，damp heat，aging

廣州合成材料研究院有限公司院基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：BZ0620150301)

TQ 322.3