后处理对半芳香透明聚酰胺力学性能的影响

蒋爱云，李新法，陈金周

（1.黄河科技学院工学院，河南 郑州 450063；2.郑州大学材料科学与工程学院，河南 郑州 450052）

0 前言

SATPA是以对苯二甲酸、间苯二甲酸以及直链脂肪族二元胺等为单体，采用多元无规共缩聚方法制备出的力学性能较高、透明度好的SATPA［1］，通过固相后缩聚的方法可以有效降低其熔体流动速率，提高其相对分子质量［2］，但聚酰胺类高聚物因其极性酰胺基的作用具有较大的吸水性，并对其性能产生一定影响［3］。本文对固相后缩聚SATPA（SSPSATPA）的吸水性能进行了研究，同时研究了调湿处理和退火处理对其力学性能的影响，为拓宽SATPA的应用范围及加工提供理论依据。

1 实验部分

1.1 主要原料

SATPA，XN-T102，平顶山倍安德塑化有限公司。

1.2 主要设备及仪器

电热恒温真空干燥箱，DZ60，上海医疗器械七厂；

旋片式真空泵，2XZ-2，北京中兴伟业有限公司；

全液压式精密注射机，JPH30，顺德市秦川恒利塑机有限公司；

微机控制电子万能试验机，CMT 5104，深圳新三思计量技术有限公司；

万能制样机，ZHY-W，承德市实验机厂；

悬臂梁冲击试验机，XJU-22，承德市实验机厂；

塑料洛式硬度计，XRH-150，上海材料试验机厂。

1.3 样品制备

将SATPA放置在真空度为133Pa的真空干燥箱中，温度分别设为110、120、130、140℃，反应25h，制备SSPSATPA，试样标记为 A、B、C、D。在温度为230℃，负荷为1198g条件下测定各试样熔体流动速率。然后将制备好的SATPA加入到注塑机的料筒中，在各自适宜的注塑工艺条件下分别注塑出试样，用于力学性能测试。

1.4 性能测试与结构表征

将长方形试样分别放入60℃和23℃水中浸泡24h，称量其吸水前后的质量，计算其吸水率，并测量其长度和厚度方向尺寸；再分别放置在湿度约为50%的空气中和23℃水中，每天称量其质量，直到试样质量不再增加，计算试样的饱和吸水率。

将D试样分别进行调湿处理和退火处理。高温调湿处理为在60℃的水中浸泡24h，常温调湿处理为在23℃水中浸泡24h。退火处理为在100℃下加热1h，再缓慢降温。分别测试其力学性能，比较后处理前后试样力学性能的变化。

按照GB／T 1040—1992测试拉伸性能，试样标距为25mm，拉伸速率为50.0mm／min。

按照GB／T 9341—2000测试弯曲性能，试验跨度为56mm，弯曲速率为2.0mm／min，定变形为5.07mm；

按照GB／T 1843—1996测试缺口冲击强度，试样在万能制样机上铣出的V形缺口，摆锤冲击能5.5J。

2 结果与讨论

2.1 SSPSATPA的吸水性能

由表1可以看出，熔体流动速率不同的SSPSAT-PA吸水率基本上保持不变，与其他聚酰胺相比［4］，吸水率较小，这时因为分子主链段中引入芳基，由于位阻的因素，使水分子难以进入SSPSATPA分子中。同时即使相对分子质量增大但是分子中酰胺基的密度基本没变，所以吸水性能基本不变。由表1还可以看出，测定吸水性的条件或环境（如温度、湿度等）不同，所测定的吸水性有较大差别，同样在水中，水的温度越高，试样吸水速率越快，因为水在一个确定试样中的扩散系数随着周围温度的升高而增大。此外试样在水中的饱和吸水率明显比在大气中的要大，说明环境的湿度越大，试样的吸水率越大。

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

2.2 SSPSATPA的尺寸稳定性

因为注射成型时沿熔体流动方向分子容易发生取向，长度方向具有代表性，所以表2只列出长度和厚度方向的尺寸。由表2可以看出试样在吸水后在长度方向上基本上无变化，熔体流动速率较小的试样在厚度方向上有较小的变化。总体上看，SSPSATPA具有良好的尺寸稳定性。

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

2.3 调湿处理对SSPSATPA力学性能的影响

由表3可以看出SSPSATPA中试样D经过常温调湿和高温调湿处理后，试样的拉伸强度和缺口冲击强度稍有增大，而断裂伸长率降低了，洛氏硬度则大幅度降低。这是因为水对于聚酰胺来说具有增塑作用，使链段的运动能力增强。经高温调湿处理后，拉伸强度稍有增大，冲击强度减小，断裂伸长率有较大幅度降低。在高温水中浸泡过的试样表面有些发白，可能是表面降解造成的［3］，因为聚酰胺是二胺和二酸脱水缩合而成，水解是该反应的逆反应，高温吸水率明显增大，材料中的水促使反应向水解方向进行，导致SA型聚酰胺相对分子质量降低，所以导致高温调湿处理后材料力学性能也下降。由此可见，对于提高固相后缩聚SATPA的力学性能，常温调湿处理比高温调湿处理效果好一些。

表3 调湿处理前后试样的力学性能Tab.3 Mechanical properties of specimens before and after humidifying treatment

2.4 退火处理对SSPSATPA力学性能的影响

由表4还可以看出，试样D经退火处理后，试样的拉伸强度由102.5MPa提高到135.1MPa，提高了30%；断裂伸长率也提高了近10%；缺口冲击强度稍有提高，热处理对于提高材料性能具有较好的效果。这是因为当聚合物在注射成型过程中从熔融状态快速冷却，分子运动很快被冻结，得到的样品保留了高温下疏松的分子堆砌，并且SATPA分子链刚性大，分子运动冻结时在试样内部产生较大内应力。将样品在较高温度下热处理后，分子运动得到恢复，使聚合物大分子的弹性形变得到松弛，减小了试样的内应力，分子堆砌变的更为紧密，分子间作用力增大，从而使试样力学性能显著提高［5］。

表4 退火处理前后试样的力学性能Tab.4 Mechanical properties of specimens before and after annealing

3 结论

（1）SSPSATPA的吸水性能不随熔体流动速率的减小而变化；试验温度和湿度对其吸水性能影响较大，水的温度越高，环境湿度越大，试样吸水率越大；

（2）吸水前后试样尺寸基本不变，SSPSATPA具有良好的尺寸稳定性；

（3）常温调湿处理与高温调湿处理后试样力学性能改善不明显；退火处理后拉伸强度提高了30%；断裂伸长率也提高了近10%；

（4）对于提高材料的力学性能，退火处理比调湿处理更有效。

［1］曲良俊，牛明军，李新法，等.透明尼龙的研究进展［J］.塑料工业，2003，31（S1）：16-18.Qu Liangjun，Niu Mingjun，Li Xinfa，et al.Research Progress on Transparent Nylon［J］.China Plastics Industry.2003，31（S1）：16-18.

［2］蒋爱云，郑 帅，王 红，等.SA型透明聚酰胺的固相后缩聚［J］.工程塑料应用，2011，（6）：39-41 Jiang Aiyun，Zheng Shuai，Wang Hong，et al.The Solid State Post Polycondensation of SA Type Transparent Polyamide［J］.Engineering Plastics Application，2011，（6）：39-41.

［3］李 晖，魏莉萍，王湘明，等.吸水率对尼龙66力学性能的影响研究［J］.工程塑料应用，2008（8）：64-67.Li Hui，Wei Liping，Wang Xiangming，et al.Investgation on The Influences of Water Absorption to Themechanical Properties of Nylon 66materials［J］.Engineering Plastics Application，2008，（8）：64-67.

［4］邓如生，魏运方，陈步宁.聚酰胺树脂及其应用［M］.北京：化学工业出版社，2002，85.

［5］梁惠霞，苗振巍，李 英，等.退火处理对PA6共混改性材料力学性能的影响［J］.工程塑料应用，2010，（9）：33-36.Liang Huixia，Miao Zhenwei，Li Ying，et al.Effect of Annealing on the Mechanical Properties of PA6Blend Materials［J］.Engineering Plastics Application，2010，（9）：33-36.