科学地讲解尼龙6和尼龙66的吸水性

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关于尼龙材料的几个概念

吸水性：在化学里该术语是指材料在水中能吸收水的性质。

吸湿性：在化学里是指从气态环境中吸收水分的性质。

吸水率（含水率）：产品中所含水的重量和干态产品重量的比值。

平衡吸水率：例如在23℃的水中，材料吸水达到平衡的状态即为平衡吸水率。

平衡吸湿率：例如在23℃，50%相对湿度的条件下，材料从环境中吸湿达到平衡的状态即为平衡吸湿率。

其计算方法为：

*m1: 产品干燥时的重量

*m2: 吸湿或者吸水之后产品的总重量

化学中经常提到：结构决定性质。PA6 和PA66分子中固有酰胺基团，吸湿性便是由酰胺基团给材料带来的与生俱来的的特性。

PA6由己内酰胺开环再聚合，PA66由己二胺和己二酸聚合而成。二者分子链中都含有如下的酰胺基团结构：

图一：酰胺分子结构

酰胺基团遇上水分子后，极易形成氢键，这是一种介于范德华力和化学键中间的结合力，因此尼龙极易吸水且不容易烘干。

图二：PA 6与水形成氢键示意图

由于PA6和PA66的结构不同，二者在相同的条件下，平衡吸水率也有一定的差异。在23℃/50%相对湿度的标准环境中，纯PA6制品的平衡吸水率为3.0左右；纯PA66制品的平衡吸水率2.8左右。

图三：PA 6 和PA 66分子结构

尼龙材料中的酰胺基团与水分子形成氢键后，本质上也是分子结构发生了变化。故而材料的性能也会进一步的发生变化。随着测试样条中含水率的增加，其机械性能理论上会有如下变化：

☆ 拉伸和弯曲强度降低

☆ 断裂延长率增高

☆ 拉伸和弯曲模量降低

☆ 冲击强度提高

工程师在设计产品时，除了考虑材料的适用性，同时要注意由于吸湿会导致产品变形/尺寸变化而影响装配，例如吸湿后：

1 制品的尺寸会发生变化

2 制品的韧性会增加

3 制品的刚性会下降

对于PA6和PA66以及其改性材料来说，测试含水率所需样条一般是注塑或挤出成型的方形板，厚度d=2.05±0.05mm，宽度≤100d。（一般情况下，同样质量的材料，比表面积越大，吸湿速率越快）

含水率测试也需要根据客户的要求进行测试。下面我们分别来看一下ISO 62含水率测试法和ISO 1110加速调湿测试法。

吸湿速率和温度湿度正相关。4mm厚度的PA66尼龙产品，在常规23℃，50%RH条件下，达到平衡吸水率需要一年甚至更长的时间。耗时非常之久，并不是所有项目的情况都有如此充裕的时间做含水率测试。

为了缩短调节时间，并且平衡吸水率和标准状态下（23℃，50%RH）相近，除了ISO 62中所述的加速调湿方法外，ISO1110中介绍了高温高湿的处理方法（如下表所示），70±1℃&62±1% RH。

通过该方法调节至平衡吸水率状态下，测试样条的机械性能同经标准状态下（23℃，50%RH）处理至平衡吸水率的样条性能差别细微。

样条在上述方法中加速调湿，经过T1天后，取出样条放置在标准环境中冷却1h，称重。然后再放回设备中，再调湿T2天。T1，T2不应少于1天（T1，T2计算方式请参考上表）。

除了以上的调湿方法外，小编之前接触过上汽大众的相关材料测试。同样为了加速调湿，在VW50133等标准中描述到，样条烘干至恒重后，放置在70℃的去离子水中，调试处理至给定的含水率范围之内，即可。

加速调湿对于壁厚较厚的产品也有弊端。吸湿过程总是从产品的表面开始，再缓慢扩散到产品内部。一旦产品厚度偏厚，加速调湿的水分很难达到产品内部。一旦加速调湿后的产品暴露在干燥的环境中，表层的水分会很快流失到空气中，极少部分的水分会继续向内层扩散。故产品做了加速调湿后，最好密封在潮湿的袋子里进行调节，以免水分散失到环境中。

那么，如何降低尼龙制品（PA6/PA66基材）的平衡吸水率呢？

对于选定的材料来说，该材料的平衡吸水率是无法降低的。需要同产品设计工程师沟通，是否可以更换材料，例如从PA6更换到PA66，从未增强材料更换到玻纤/矿粉填充材料，或者其他改性材料。降低产品中PA6或者PA66的含量，以降低材料的吸湿性能。例如，PA 6+GF30，由于30%的PA6被玻纤填充，玻纤吸湿性和PA6相比微乎其微，所以PA6+GF30的平衡吸水率（23℃，50%RH）大致是纯PA6树脂的70%，大约在2.1%左右。