尼龙材料如今已经渗透到我们生活的方方面面，给我们的日常生活带来各种便捷。但是尼龙材料的吸水性对材料的使用影响也很大，今天小维和大家来聊一聊关于尼龙材料的关于吸水性的特点，当尼龙类聚合物（聚酰胺）的碳碳链变长，成为长碳链尼龙之后，它的包括吸水性在内的综合性能会有怎样的变化。
关于尼龙材料吸收水份的几个概念
吸水性：是指材料在液态水中能吸收水的性质。
吸湿性：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。
高分子材料科学中经常提到：结构决定性能。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：
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。
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注塑件的平衡吸水率为3.0左右；纯PA66注塑件的平衡吸水率2.8左右。
尼龙材料中的酰胺基团与水分子形成氢键后，本质上也是分子间的连接发生了变化。故而材料的性能也会进一步地发生变化。随着尼龙注塑件含水率的增加，其机械性能会有如下变化：
1. 拉伸和弯曲强度降低
2. 断裂延长率增高
3. 拉伸和弯曲模量降低
4. 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
而且尼龙66和尼龙6的注塑功能件的平衡吸湿率在实际应用中，会随着环境温度和湿度的变化而变化，这也会对尼龙注塑件的性能稳定性带来困难和挑战。其实除了尼龙66和尼龙6，其他的尼龙，也容易吸水，像尼龙46虽然有很多的优点，比如具有很优异的耐热性，但尼龙46的吸湿性比尼龙6和尼龙66都要高，水份对尼龙46的性能和尺寸的影响比尼龙66和尼龙6都来的大，主要原因是尼龙46的碳碳链比较短，极性很强的酰胺键的浓度很高，所以更易吸水。
而当聚酰胺的碳碳链变长了之后，成为长碳链尼龙之后（比如尼龙12、尼龙612等等），吸湿率会有所降低，但是尼龙12与低吸湿的工程塑料（比如POM、Wintone Z33等等）相比，长碳链的尼龙还是会吸比较多的水。关于不同的尼龙工程塑料的吸湿率的比较，大家可以参考下表：
如何测试尼龙材料的吸湿率
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。
另外，尼龙的平衡吸湿率和温度、湿度正相关之外，尼龙的吸湿速率和温度、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几个月甚至更长的时间。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，小维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，例如从尼龙更换到低吸湿的工程塑料，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，玻纤的吸湿性和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。
苏州维本工程塑料Wintone Z33耐磨静音齿轮专用料，作为一款强韧耐磨型工程塑料，在齿轮应用上最显著的特点是：耐磨、静音、耐腐蚀、强韧且不受水份影响。
在微小型减速齿轮箱、电动推杆、汽车转向系统EPS齿轮、按摩器齿轮、汽油机凸轮、电助力自行车中置电机齿轮等等工业齿轮的应用上，与传统的POM和PA66相比，Wintone Z33具有更好的耐磨性、静音、弹性、耐疲劳性和抗形变能力，Z33在保持了良好刚性的同时，进一步提升了弹性和韧性（这种优异的机械性能在摄氏-40度、0度和80度都有保持和体现），可以帮助解决齿轮断齿问题，同时大幅度降低摩擦噪音，经应用后比较，Wintone Z33也优于不少耐磨改性规格的POM和PA66（如聚四氟乙烯，硅酮类或二硫化钼改性）。
在微小型减速齿轮箱、电动推杆、汽车转向系统EPS齿轮、按摩器齿轮、汽油机凸轮、电助力自行车中置电机齿轮等等工业齿轮的应用上，与传统的POM和PA66相比，Wintone Z33具有更好的耐磨性、静音、弹性、耐疲劳性和抗形变能力，Z33在保持了良好刚性的同时，进一步提升了弹性和韧性（这种优异的机械性能在摄氏-40度、0度和80度都有保持和体现），可以帮助解决齿轮断齿问题，同时大幅度降低摩擦噪音，经应用后比较，Wintone Z33也优于不少耐磨改性规格的POM和PA66（如聚四氟乙烯，硅酮类或二硫化钼改性）。
另外，Z33具有很好的耐腐蚀性，可以用于很多场景下接触各类化学物质的严苛环境，比如PCB设备齿轮、印染纺织机械上的齿轮，液压系统的挡圈和密封圈，等等，成功替代价格昂贵的PEEK，PA12，PVDF，PTFE，PA46，TPEE的部分应用领域。另外Z33的吸湿很少，综合性能受水份的影响很小，整包装Wintone Z33注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完无需水处理。
什么是长碳链尼龙？
长碳链尼龙是尼龙分子主链重复单元中带有酰胺基，两个酰胺基之间的亚甲基长度大于10的尼龙，我们称之为长碳链尼龙，包括尼龙11、尼龙12等等。
长碳链尼龙有何特性？
1、与常规的尼龙66和尼龙6比较，长碳链尼龙的吸水率相对较低
由于尼龙分子中极性酰胺基团具有很强的水亲合力，因此吸水率较高。而长碳链尼龙分子中的酰胺基浓度比普通尼龙小，吸水率低，比方说，尼龙12吸水率仅为0.7%左右，而尼龙6和尼龙66的吸水率为2%～3%。
2、与常规的尼龙66和尼龙6比较，长碳链尼龙尺寸稳定性会更好些
长碳链吸水率低，即使在潮湿的环境下也能保持优秀的韧性和硬度，力学性能没有太大变化。用长碳链尼龙制作的零部件，可以在要求高、环境潮湿的场合保持着相对比较好的尺寸稳定性以及精度。
3、与常规的尼龙66和尼龙6比较，长碳链尼龙具有较好的韧性和柔软性
长碳链尼龙分子具有可自由伸展和旋转的次甲基长链，因此其韧性和柔软性好，回弹率高，即使在很低的温度下也具有较高的冲击韧性和柔软性，可制作柔软制品和耐寒部件。
4、与常规的尼龙66和尼龙6比较，长碳链尼龙的耐磨损性能会更好些
长碳链尼龙的摩耗系数小，磨耗量低，例如在相同条件下尼龙11、尼龙12、尼龙6、尼龙66的摩耗量分别为9.9mg、8.2mg 、35.0mg、27.0mg。它与光滑的金属表面摩擦时不会产生严重的磨损和出现明显的磨屑。
5、与常规的尼龙66和尼龙6比较，长碳链尼电性能更优异
长碳链尼龙的长碳链结构赋予了它优异的电气性能。由于长碳链尼龙的吸水性小，在潮湿的环境中仍具有优异的介电性能，这是尼龙6和尼龙66等短碳链尼龙所不具有的特性。
各类长碳链尼龙的应用：
1、尼龙11
① 有着质量轻、耐腐蚀、不易疲劳开裂、密封性好、阻力小等特点，用来制作汽车输油管、刹车管。
② PA11是军事装备的理想新材料，用它制作的军事器材能耐潮湿、干旱、严寒(-40℃以下)、酷暑(达70℃)、尘土、海水或含盐分的空气，可经受各种碰撞考验，用作枪托、握把、扳机护圈、降落伞盖等。
③ PA11耐电弧性及电解腐蚀性好，用作电线电缆防护套可提高电缆的可靠性并延长使用寿命；用作海底光缆、电缆的保护材料时，可减少信号在传输过程中的损失。
④ 用PA11制作的煤气管道埋设时，因质轻不需起吊装置，接头用胶粘剂直接粘接即可，运输、操作十分方便。
⑤ PA11粉末有较好的熔融性、附着性和涂膜的均一性，在欧、美、日等国家和地区已广泛用于服装业。
⑥ PA11成膜性好，用作肠衣具有无毒、强度高、耐磨、透气率低等优点。
2、尼龙12
① 尼龙12是从丁二烯线性，半结晶-结晶热塑性材料。它的特性和尼龙11相似，但晶体结构不同。相对密度小，仅1.02，是尼龙系列中最小的；
② 吸水率低，尺寸稳定性好；耐低温性优良，可达-70℃；
③ 熔点低，熔点为170~180℃，成型加工容易，成型温度范围较宽；柔软性、化学稳定性、耐油性、耐磨性均较好，且属自熄性材料；
④ 长期使用温度为80℃(经热处理后可达90℃)，在油中可于100℃下长期工作，惰性气体中可长期工作温度为110℃；
⑤ 可采用注塑、挤出等方法加工成单丝、薄膜、板、棒、型材，粉末可采用流动床浸渍法、静电涂装法、旋转成型等方法加工，尤其适宜在金属表面涂覆和喷涂；
⑥ 尼龙12是很好的电气绝缘体并且和其它聚酰胺一样不会因潮湿影响绝缘性能。它有很好的抗冲击性及化学稳定性；
⑦ 尼龙12的粘性主要取决于湿度、温度和储藏时间；
⑧ 它的流动性很好。收缩率在0.5%～2%之间，这主要取决于材料品种、壁厚及其它工艺条件；
⑨ 尼龙12有许多在塑化特性和增强特性方面的改良品种。和PA6及PA66相比，这些材料有较低的熔点和密度，但尼龙12对强氧化性酸无抵抗能力。
3、尼龙1212
杜邦公司曾经采用丁二烯路线生产尼龙1212，但由于该工艺路线长且复杂，于1991年停产。
1976年开始，我国的科学家和工程师们采用石蜡油中正构烷烃经过微生物发酵得到长碳链二元酸，经过多年的研究，成功研制出了尼龙1212并实现产业化,是我国拥有自主知识产权的尼龙型号。
尼龙1212 合成只有5个步骤，除发酵过程外，此反应过程是双二酰与双二胺合成尼龙的典型反应。尼龙11 、12的合成工艺则相对长且复杂。
由于尼龙1212的性能完全可与尼龙11和尼龙12相媲美，因此可以降低我国长碳链尼龙进口量。现在主要用于生产油管、软管、电线电缆覆层、光导纤维保护套、轴承支架、精密部件等。
4、尼龙612
尼龙612(PA612)成分为聚十二烷二酰己二胺。PA612除具有一般PA特点外，还具有相对宽度小、更低的吸水率和密度、尺寸稳定性好的优点，有较高的拉伸强度、冲击强度、透明度。
PA612主要用于制高级牙刷和其它工业用鬃丝，也可用于制作精密机械部件和电线电缆被覆涂层、输油管、耐油绳索、传送带、轴承、衬垫等,军工上可用于制枪托、钢盔和军用电缆等。
5、尼龙1010
尼龙1010是中国在1958年研制的， 1959年由上海赛璐珞厂最早投产。尼龙1010是由癸二酸经缩聚制得的。将癸二酸和癸二胺以等摩尔比溶于乙醇中，在常压 75℃下进行中和反应，生成尼龙1010盐。尼龙1010盐的反釜中，在240～260℃、1.2～2.5MPa 下缩聚制得尼龙1010。缩聚可分间歇法和连续法。亦可用精制的癸二胺与癸二酸的等摩尔比水溶液直接缩聚而制得聚合物，然后经挤带、冷却、造粒而制得尼龙1010粒料。广泛应用于航天、造船、汽车、纺织、仪表、电器、医疗器材等工业领域。
在各类减速电机传动齿轮的应用上，苏州维本工程塑料Wintone Z33耐磨静音齿轮专用工程塑料可以帮助您解决以下问题：1.POM和PA66齿轮噪音比较大，耐磨耐疲劳性不够的问题。2.PA12和TPEE齿轮，太软扭矩太小，耐磨性不够，在60摄氏度以上时，扭力下降比较快。3.POM和PA66齿轮的耐腐蚀性不够，以及断齿的问题。POM齿轮和功能件易磨损粉屑化的问题。4.尼龙46齿轮的降噪性不够，尺寸受水份影响比较大。Z33材料作为一款强韧耐磨型工程塑料，在齿轮应用上最显著的特点是：耐磨、静音、耐腐蚀、强韧且不受水份影响。Z33材料的典型成功应用为：微小型减速齿轮箱、电动推杆、汽车转向系统EPS齿轮、按摩器齿轮、汽油机凸轮、电助力自行车中置电机齿轮、电动剃须刀等等传动齿轮。
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