尼龍材料如今已經滲透到我們生活的方方面面，給我們的日常生活帶來各種便捷。但是尼龍材料的吸水性對材料的使用影響也很大，今天我們就來深入聊聊關于尼龍材料的吸水科學。

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關于尼龍材料的幾個概念

吸水性：在化學裡該術語是指材料在水中能吸收水的性質。

吸濕性：在化學裡是指從氣态環境中吸收水分的性質。

吸水率（含水率）：産品中所含水的重量和幹态産品重量的比值。

平衡吸水率：例如在23℃的水中，材料吸水達到平衡的狀态即為平衡吸水率。

平衡吸濕率：例如在23℃，50%相對濕度的條件下，材料從環境中吸濕達到平衡的狀态即為平衡吸濕率。

其計算方法為：

*m1: 産品幹燥時的重量

*m2: 吸濕或者吸水之後産品的總重量

化學中經常提到：結構決定性質。PA6 和PA66分子中固有酰胺基團，吸濕性便是由酰胺基團給材料帶來的與生俱來的的特性。

PA6由己内酰胺開環再聚合，PA66由己二胺和己二酸聚合而成。二者分子鍊中都含有如下的酰胺基團結構：

圖一：酰胺分子結構

酰胺基團遇上水分子後，極易形成氫鍵，這是一種介于範德華力和化學鍵中間的結合力，因此尼龍極易吸水且不容易烘幹。

圖二：PA 6與水形成氫鍵示意圖

由于PA6和PA66的結構不同，二者在相同的條件下，平衡吸水率也有一定的差異。在23℃/50%相對濕度的标準環境中，純PA6制品的平衡吸水率為3.0左右；純PA66制品的平衡吸水率2.8左右。

圖三：PA 6 和PA 66分子結構

尼龍材料中的酰胺基團與水分子形成氫鍵後，本質上也是分子結構發生了變化。故而材料的性能也會進一步的發生變化。随着測試樣條中含水率的增加，其機械性能理論上會有如下變化：

☆ 拉伸和彎曲強度降低

☆ 斷裂延長率增高

☆ 拉伸和彎曲模量降低

☆ 沖擊強度提高

工程師在設計産品時，除了考慮材料的适用性，同時要注意由于吸濕會導緻産品變形/尺寸變化而影響裝配，例如吸濕後：

1 制品的尺寸會發生變化

2 制品的韌性會增加

3 制品的剛性會下降

對于PA6和PA66以及其改性材料來說，測試含水率所需樣條一般是注塑或擠出成型的方形闆，厚度d=2.05±0.05mm，寬度≤100d。（一般情況下，同樣質量的材料，比表面積越大，吸濕速率越快）

含水率測試也需要根據客戶的要求進行測試。下面我們分别來看一下ISO 62含水率測試法和ISO 1110加速調濕測試法。

吸濕速率和溫度濕度正相關。4mm厚度的PA66尼龍産品，在常規23℃，50%RH條件下，達到平衡吸水率需要一年甚至更長的時間。耗時非常之久，并不是所有項目的情況都有如此充裕的時間做含水率測試。

為了縮短調節時間，并且平衡吸水率和标準狀态下（23℃，50%RH）相近，除了ISO 62中所述的加速調濕方法外，ISO1110中介紹了高溫高濕的處理方法（如下表所示），70±1℃&62±1% RH。

通過該方法調節至平衡吸水率狀态下，測試樣條的機械性能同經标準狀态下（23℃，50%RH）處理至平衡吸水率的樣條性能差别細微。

樣條在上述方法中加速調濕，經過T1天後，取出樣條放置在标準環境中冷卻1h，稱重。然後再放回設備中，再調濕T2天。T1，T2不應少于1天（T1，T2計算方式請參考上表）。

除了以上的調濕方法外，小編之前接觸過上汽大衆的相關材料測試。同樣為了加速調濕，在VW50133等标準中描述到，樣條烘幹至恒重後，放置在70℃的去離子水中，調試處理至給定的含水率範圍之内，即可。

加速調濕對于壁厚較厚的産品也有弊端。吸濕過程總是從産品的表面開始，再緩慢擴散到産品内部。一旦産品厚度偏厚，加速調濕的水分很難達到産品内部。一旦加速調濕後的産品暴露在幹燥的環境中，表層的水分會很快流失到空氣中，極少部分的水分會繼續向内層擴散。故産品做了加速調濕後，最好密封在潮濕的袋子裡進行調節，以免水分散失到環境中。

那麼，如何降低尼龍制品（PA6/PA66基材）的平衡吸水率呢？

對于選定的材料來說，該材料的平衡吸水率是無法降低的。需要同産品設計工程師溝通，是否可以更換材料，例如從PA6更換到PA66，從未增強材料更換到玻纖/礦粉填充材料，或者其他改性材料。降低産品中PA6或者PA66的含量，以降低材料的吸濕性能。例如，PA 6 GF30，由于30%的PA6被玻纖填充，玻纖吸濕性和PA6相比微乎其微，所以PA6 GF30的平衡吸水率（23℃，50%RH）大緻是純PA6樹脂的70%，大約在2.1%左右。

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