水分對增強尼龍性能的影響

增強尼龍吸水后，許多性能發(fā)生變化，許多性能變化與吸水有關。

1.結晶度和晶體結構

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

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

2.機械性能和分子運動

吸水后增強尼龍的力學性能發(fā)生明顯變化。主要原因是硬度、模量和抗拉強度降低，屈服點降低，沖擊強度提高。用核磁共振、動態(tài)機械弛豫和介電損耗等方法研究了增強尼龍的分子運動。結果表明，增強尼龍的玻璃化轉變溫度（TG）對水敏感，吸水后TG顯著降低。同時發(fā)現，隨著吸水率的增加，TG降低的過程是分階段的。初期下降很快；當吸水質量分數超過一定值時，其下降緩慢。

臨界值約為2%～4%。增強尼龍在較低溫度下也表現出β和γ相變，其中β相變僅在濕試樣中觀察到，其強度隨吸水率的增加而增加。一些供應增強尼龍的制造商還發(fā)現，β-轉變峰強度的增加伴隨著γ-轉變峰的減少，并顯示出類似于Tg的相位。

上述現象顯示出類似的塑化效果。然而，當試驗溫度進一步降低并超過某一臨界溫度時，水在增強尼龍材料中的作用相反，類似于交聯硬化。該臨界溫度的具體值在不同的報告中差異很大。這與動態(tài)力學試驗頻率和試樣取向等不同條件有關。增強尼龍在長期應力低于屈服點后會硬化。這種效應被稱為“壓力老化"。吸水后，應力老化速率加快。

3.尺寸變化

增強尼龍吸水后體積膨脹。膨脹過程中，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，增強尼龍纖維的膨脹先快后慢；增強尼龍膜則相反。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。結果表明，在拉伸作用下，增強尼龍的分子間氫鍵取向沿拉伸方向接近。因此，認為增強尼龍的吸水膨脹沿分子間氫鍵方向明顯。

4.熱定型方法

在增強尼龍纖維的生產中，有濕熱定型和干熱定型兩種方法。發(fā)現在相同結晶度下，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。