尼龙吸水原理及尼龙饱和吸水率测定
摘要：尼龙主要成分是聚酰胺，其酰胺基-NHCO-有极性，使尼龙具有吸水和脱水双面性，没有吸水的尼龙比较脆而容易断裂，而吸了水以后其物性才会显现出来，尼龙的制成品在长期干燥，低温环境使用中会出现脱水现象就会变脆断裂，会缩短尼龙的使用寿命，所以需要得知尼龙模压出来后，是否经油煮，是否与环境隔绝。

脂肪族聚酰胺由于含有胺基和羰基，易与水分子形成氢键，因此所得到的各种材料在使用时容易吸水，产生增塑效应，导致材料体积膨胀、模量下降，在应力作用下发生明显蠕变。

聚己内酰胺和聚己二酸己二胺（尼龙6和尼龙66）是最常用的聚酰胺材料，它们最高能从潮湿空气中吸收质量分数10%的水分，在一般湿度环境下也能吸收质量分数2%到4%的水分，导致多种力学性能的变化。

一、水分对尼龙6/66性质的影响
尼龙6/66吸水之后，多种性质发生变化，而且许多性质的改变和吸水量有关系。

1、结晶度和晶体结构
对尼龙6/66的晶体学研究发现，尼龙6/66都是半结晶性材料，成型后都含有晶区和非晶区。

在晶区，分子链呈平面锯齿构象，通过酰胺键在链与链之间形成氢键。

在非晶区，分子链构象呈无规状，大多数酰胺键没有相互作用形成氢键，呈“自由”状态，但不排除少数区域形成了局部的氢键。

早期的研究中，尼龙结晶度常通过密度来估算。

尼龙6/66的密度比水大，吸水后，这两种材料的密度反而上升，结晶度也上升。

经过拉伸取向的尼龙6/66材料常含有部分γ-晶。

研究发现，吸水后尼龙材料的γ-晶比例减少，而更稳定的α-晶比例增大。

2、力学性能和分子运动
尼龙吸水后在力学性能上的变化很明显。

最主要是硬度、模量和拉伸强度下降、屈服点降低、冲击强度增加。

尼龙6/66的分子运动研究有核磁共振、动态力学松弛和介电损耗等方法，研究尼龙6/66材料吸水前后的转变发现，其玻璃化转变温度（Tg）对水分比较敏感，吸水之后，Tg大幅下降。

例如，尼龙6水含量为0.35%w/w时Tg=94℃，10.33%w/w时Tg=-6℃；干燥尼龙66Tg=78℃，当含水量为11%w/w时Tg=40℃。

同时发现，Tg随吸水量增加而下降的过程具有阶段性。

起始下降迅速；当吸水质量分数超过一定值之后，下降缓慢。

综合各文献报道，该临界值约在2%~4%。

尼龙6/66还在较低温度下表现β和γ转变，其中β转变只在潮湿的样品中观察到，且其强度随着吸水量的增加而增加。

有的研究还发现，β转变峰强度的增加伴随着γ转变峰的减少，并呈现类似Tg的阶段性。

以上现象均表明类似塑化的效果，然而当测试温度进一步降低，超过某临界温度后，水分在尼龙6/66材料中的作用就相反，类似交联硬化。

这个临界温度的具体值在不同报道中相差较大，有人提出这与动态力学测试频率、样品的取向程度等条件的不同有关。

尼龙在长期受到小于屈服点的应力作用后，会发生硬化，这种效果称为“应力老化”（stress aging）。

在吸水后，应力老化的速率加快。

3、尺寸变化
尼龙6/66吸水后体积将发生膨胀。

膨胀时，材料尺寸变化和吸水量变化并不完全同步。

尼龙6纤维随着吸水量变化膨胀先快后慢；而尼龙6薄膜则相反。

经过拉伸取向的样品，膨胀具有各向异性。

在拉伸取向的方向上膨胀较明显。

研究发现，尼龙6/66在拉伸作用下，其中的分子间氢键取向沿拉伸的方向靠拢，因此
认为，尼龙6/66吸水膨胀在沿分子间氢键的方向上比较明显。

4、热定型方法
尼龙6/66纤维生产中有湿热定型和干热定型两种方法。

研究发现，在结晶度相同的情况下，干热定型样品吸水量比湿热定型的少。

湿热定型的样品染色性能较好。

二、尼龙6/66吸水的机理
总结以往研究，目前基本认为水分子只进入尼龙6/66的非晶区域，吸水后分子链活动性增加，起塑化的作用。

这是导致上节提到的晶型转变、Tg下降、出现新松弛等现象的原因。

针对Tg及其他性质随吸水量增加而变化的过程呈现分段性的现象，Puffr和Šebenda 提出了尼龙6/66分步吸水的机理，并被大量实验结果支持。

该机理认为，水分子进入尼龙6/66无定形区，优先以图中1的形式结合（紧密结合，tightly bound），当水分子继续增多时，出现如图中2所示的结合形式（松散结合，loosely bound），更多的水分子将在分子间隙中通过水分子之间的氢键进一步堆积
三、尼龙饱和吸水率的测定
尼龙饱和吸水率的测定，行业中通常采用快速水分检测仪来测定
A、尼龙饱和吸水率测定仪操作步骤
第一步：按校准键，放砝码，自动校准。

（定期效准，不用每天开机效准）
第二步：取样xg，按测试键开始工作。

第三步：仪器加热中，仪器正在显示丢失的水分值。

第四步：测定结束，仪器显示最终水分。

B、尼龙饱和吸水率测定仪工作原理
采用干燥失重法原理，通过加热系统快速加热样品，使样品的水分能够在最短时间之内完全蒸发，从而能在很短的时间内检测出样品的含水率。

检测一般样品通常只需3分钟左右。

冠亚水分仪采用的原理与国家标准烘箱法相同，检测结果具有可替代性，仪器采用一键式操作，不仅操作简单而且也避免了人为因素对测量结果产生的误差。