后處理對(duì)半芳香透明聚酰胺力學(xué)性能的影響

蔣愛(ài)云，李新法，陳金周

（1.黃河科技學(xué)院工學(xué)院，河南 鄭州 450063；2.鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450052）

0 前言

SATPA是以對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸以及直鏈脂肪族二元胺等為單體，采用多元無(wú)規(guī)共縮聚方法制備出的力學(xué)性能較高、透明度好的SATPA［1］，通過(guò)固相后縮聚的方法可以有效降低其熔體流動(dòng)速率，提高其相對(duì)分子質(zhì)量［2］，但聚酰胺類高聚物因其極性酰胺基的作用具有較大的吸水性，并對(duì)其性能產(chǎn)生一定影響［3］。本文對(duì)固相后縮聚SATPA（SSPSATPA）的吸水性能進(jìn)行了研究，同時(shí)研究了調(diào)濕處理和退火處理對(duì)其力學(xué)性能的影響，為拓寬SATPA的應(yīng)用范圍及加工提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

SATPA，XN-T102，平頂山倍安德塑化有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

電熱恒溫真空干燥箱，DZ60，上海醫(yī)療器械七廠；

旋片式真空泵，2XZ-2，北京中興偉業(yè)有限公司；

全液壓式精密注射機(jī)，JPH30，順德市秦川恒利塑機(jī)有限公司；

微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，CMT 5104，深圳新三思計(jì)量技術(shù)有限公司；

萬(wàn)能制樣機(jī)，ZHY-W，承德市實(shí)驗(yàn)機(jī)廠；

懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，XJU-22，承德市實(shí)驗(yàn)機(jī)廠；

塑料洛式硬度計(jì)，XRH-150，上海材料試驗(yàn)機(jī)廠。

1.3 樣品制備

將SATPA放置在真空度為133Pa的真空干燥箱中，溫度分別設(shè)為110、120、130、140℃，反應(yīng)25h，制備SSPSATPA，試樣標(biāo)記為 A、B、C、D。在溫度為230℃，負(fù)荷為1198g條件下測(cè)定各試樣熔體流動(dòng)速率。然后將制備好的SATPA加入到注塑機(jī)的料筒中，在各自適宜的注塑工藝條件下分別注塑出試樣，用于力學(xué)性能測(cè)試。

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

將長(zhǎng)方形試樣分別放入60℃和23℃水中浸泡24h，稱量其吸水前后的質(zhì)量，計(jì)算其吸水率，并測(cè)量其長(zhǎng)度和厚度方向尺寸；再分別放置在濕度約為50%的空氣中和23℃水中，每天稱量其質(zhì)量，直到試樣質(zhì)量不再增加，計(jì)算試樣的飽和吸水率。

將D試樣分別進(jìn)行調(diào)濕處理和退火處理。高溫調(diào)濕處理為在60℃的水中浸泡24h，常溫調(diào)濕處理為在23℃水中浸泡24h。退火處理為在100℃下加熱1h，再緩慢降溫。分別測(cè)試其力學(xué)性能，比較后處理前后試樣力學(xué)性能的變化。

按照GB／T 1040—1992測(cè)試?yán)煨阅埽嚇訕?biāo)距為25mm，拉伸速率為50.0mm／min。

按照GB／T 9341—2000測(cè)試彎曲性能，試驗(yàn)跨度為56mm，彎曲速率為2.0mm／min，定變形為5.07mm；

按照GB／T 1843—1996測(cè)試缺口沖擊強(qiáng)度，試樣在萬(wàn)能制樣機(jī)上銑出的V形缺口，擺錘沖擊能5.5J。

2 結(jié)果與討論

2.1 SSPSATPA的吸水性能

由表1可以看出，熔體流動(dòng)速率不同的SSPSAT-PA吸水率基本上保持不變，與其他聚酰胺相比［4］，吸水率較小，這時(shí)因?yàn)榉肿又麈湺沃幸敕蓟捎谖蛔璧囊蛩兀顾肿与y以進(jìn)入SSPSATPA分子中。同時(shí)即使相對(duì)分子質(zhì)量增大但是分子中酰胺基的密度基本沒(méi)變，所以吸水性能基本不變。由表1還可以看出，測(cè)定吸水性的條件或環(huán)境（如溫度、濕度等）不同，所測(cè)定的吸水性有較大差別，同樣在水中，水的溫度越高，試樣吸水速率越快，因?yàn)樗谝粋€(gè)確定試樣中的擴(kuò)散系數(shù)隨著周圍溫度的升高而增大。此外試樣在水中的飽和吸水率明顯比在大氣中的要大，說(shuō)明環(huán)境的濕度越大，試樣的吸水率越大。

表1 SSPSATPA的吸水性能Tab.1 Water absorption property of SSPSATPA

2.2 SSPSATPA的尺寸穩(wěn)定性

因?yàn)樽⑸涑尚蜁r(shí)沿熔體流動(dòng)方向分子容易發(fā)生取向，長(zhǎng)度方向具有代表性，所以表2只列出長(zhǎng)度和厚度方向的尺寸。由表2可以看出試樣在吸水后在長(zhǎng)度方向上基本上無(wú)變化，熔體流動(dòng)速率較小的試樣在厚度方向上有較小的變化。總體上看，SSPSATPA具有良好的尺寸穩(wěn)定性。

表2 試樣吸水前后的尺寸Tab.2 The size of specimens before and after absorbing water

2.3 調(diào)濕處理對(duì)SSPSATPA力學(xué)性能的影響

由表3可以看出SSPSATPA中試樣D經(jīng)過(guò)常溫調(diào)濕和高溫調(diào)濕處理后，試樣的拉伸強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度稍有增大，而斷裂伸長(zhǎng)率降低了，洛氏硬度則大幅度降低。這是因?yàn)樗畬?duì)于聚酰胺來(lái)說(shuō)具有增塑作用，使鏈段的運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)。經(jīng)高溫調(diào)濕處理后，拉伸強(qiáng)度稍有增大，沖擊強(qiáng)度減小，斷裂伸長(zhǎng)率有較大幅度降低。在高溫水中浸泡過(guò)的試樣表面有些發(fā)白，可能是表面降解造成的［3］，因?yàn)榫埘０肥嵌泛投崦撍s合而成，水解是該反應(yīng)的逆反應(yīng)，高溫吸水率明顯增大，材料中的水促使反應(yīng)向水解方向進(jìn)行，導(dǎo)致SA型聚酰胺相對(duì)分子質(zhì)量降低，所以導(dǎo)致高溫調(diào)濕處理后材料力學(xué)性能也下降。由此可見(jiàn)，對(duì)于提高固相后縮聚SATPA的力學(xué)性能，常溫調(diào)濕處理比高溫調(diào)濕處理效果好一些。

表3 調(diào)濕處理前后試樣的力學(xué)性能Tab.3 Mechanical properties of specimens before and after humidifying treatment

2.4 退火處理對(duì)SSPSATPA力學(xué)性能的影響

由表4還可以看出，試樣D經(jīng)退火處理后，試樣的拉伸強(qiáng)度由102.5MPa提高到135.1MPa，提高了30%；斷裂伸長(zhǎng)率也提高了近10%；缺口沖擊強(qiáng)度稍有提高，熱處理對(duì)于提高材料性能具有較好的效果。這是因?yàn)楫?dāng)聚合物在注射成型過(guò)程中從熔融狀態(tài)快速冷卻，分子運(yùn)動(dòng)很快被凍結(jié)，得到的樣品保留了高溫下疏松的分子堆砌，并且SATPA分子鏈剛性大，分子運(yùn)動(dòng)凍結(jié)時(shí)在試樣內(nèi)部產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力。將樣品在較高溫度下熱處理后，分子運(yùn)動(dòng)得到恢復(fù)，使聚合物大分子的彈性形變得到松弛，減小了試樣的內(nèi)應(yīng)力，分子堆砌變的更為緊密，分子間作用力增大，從而使試樣力學(xué)性能顯著提高［5］。

表4 退火處理前后試樣的力學(xué)性能Tab.4 Mechanical properties of specimens before and after annealing

3 結(jié)論

（1）SSPSATPA的吸水性能不隨熔體流動(dòng)速率的減小而變化；試驗(yàn)溫度和濕度對(duì)其吸水性能影響較大，水的溫度越高，環(huán)境濕度越大，試樣吸水率越大；

（2）吸水前后試樣尺寸基本不變，SSPSATPA具有良好的尺寸穩(wěn)定性；

（3）常溫調(diào)濕處理與高溫調(diào)濕處理后試樣力學(xué)性能改善不明顯；退火處理后拉伸強(qiáng)度提高了30%；斷裂伸長(zhǎng)率也提高了近10%；

（4）對(duì)于提高材料的力學(xué)性能，退火處理比調(diào)濕處理更有效。

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