精宏恒温恒湿箱在材料尺寸稳定性的影响因素分

ＰＡ 因其优 异 的 综 合 性 能 广 泛 用 于 汽 车、航 天 航空、通用机械、电子电气、仪器仪表、家用电器及办公仪 器等领域。但 ＰＡ 材料在使用过程中，因 ＰＡ 分子链中 酰胺基团具有 较 强 的 极 性，容易与环境中的水分子形 成牢固的氢键，产生吸湿膨胀，同时内应力释放收缩 等因素容易导致产品尺寸发生变化，从而影响使用。

ＰＡ６，２４００，广东新会美达锦纶股份有限公司； 玻璃纤维，ＥＲＳ２００－１３－Ｔ６３５Ｂ，泰 山 玻 璃 纤 维 有 限 公司； 成核剂，Ｐ２２，德国布吕格曼化工公司； 抗氧剂，１０１０，德国巴斯夫公司； 抗氧剂，１６８，德国巴斯夫公司； 硅油，１０００，重庆佰士多化工有限公司。

高速混合机，ＳＨＲ－１０Ａ，张家港市曙光机械厂； 同向双螺杆挤 出 机，ＳＨＪ－３６Ｂ，南 京 鸿 铭 挤 出 设 备 有限公司； 塑料注射成型机，ＨＤＸ５０，宁波市海达塑料机械有 限公司； 高低温湿热三气试验箱，ＨＵＴ－７０５Ｐ，重庆哈丁科技有限公司； 差示扫描量热仪（ＤＳＣ），ＳＴＡ４０９ＰＣ，美 国ＴＡ公司。

将 ＰＡ６（７０ 份）、成核剂（０、０．１０、０．３０、０．５０、０．７０ 份）、抗氧剂１０１０（０．２０ 份）、抗 氧 剂１６８（０．２０ 份）、硅 油（０．０５ 份）加入高速捏合机中混合均匀，然后加入同 向双螺杆中，在第三段出加入连续玻璃纤维（３０ 份），经 熔融、共混、挤出、牵引、造粒得到玻璃纤维增强ＰＡ６材 料；从挤出机加料口到机头各段温度依次为２２０、２３０、 ２４０、２４０、２４０、２４０、２４０、２４０、２３０、２３０ ℃，螺 杆 转 速 为 ３００ｒ／ｍｉｎ； 将上述玻璃 纤 维 增 强 ＰＡ６材 料 在１１０ ℃下 干 燥４ｈ，注射成型为待测试样，其中注塑温度从下料 口到喷嘴温度 依 次 为２２０、２３０、２４０、２５０ ℃，连 续 成 型 １０模，留最后５模，所有试样均采取相同注射温度、压 力、速度。

环境试验：在２５ ℃室 温 下，将 注 塑 试 样 放 入 棕 色 干燥器中调节２４ｈ后，快速取出测试其流动方向上、垂 直流动方向上 的 尺 寸 和 质 量 作 为 原 始 数 据；需 热 处 理 的试样放入１４０℃烘箱中热处理２４ｈ后放入棕色干燥 器中调节２４ｈ，快速取出测试试样的流动方向、垂直流 动方向上的尺寸和质量作为热处理后的数据。然后将 未热处理和热 处 理 的 试 样 放 置 在２５ ℃室 温 下 不 同 湿 度环境中，按 照２、６、１２、２４、３６、７２、１８０ｄ时 间 间 隔 取 样，快速取出，擦拭表面水分测试试样在流动方向、垂 直流动方向上的尺寸和质量；环境湿度控制：环境温度 为２５ ℃，采用放有硅胶干燥剂的棕色干燥器调节相对 湿度为０ ％，采用恒温恒湿箱（上海精宏实验设备有限公司）调节相对湿度为５０ ％， 浸泡在去离子水中认为对湿度为１００ ％；尺寸变 化 率 （Ｌ）、吸水率（Ｓ）分别按式（１）、式（２）计算；

环境湿度对玻璃纤维增强ＰＡ６材料尺寸变化率的 影响，环 境 湿 度 越 大、 时间越长，玻 璃 纤 维 增 强 ＰＡ６材料尺寸变化率越大。 在相对湿度分别为５０ ％、１００ ％的环境试验１８０ｄ，玻璃纤维增强ＰＡ６材料流动方向上的尺寸变化率分别为 ０．１３ ％、０．３６ ％，垂直流动方向上的尺寸变化率分别 为０．４３％、１．６０％；而在相对湿度为零的环境中，玻璃 纤维增强 ＰＡ６材料的尺寸只在前期稍微变小，在１２ｄ 时，流动方向上的尺寸变化率为－０．０２ ％，垂直流动方 向上的尺寸变化率为－０．０５ ％，后期的尺寸几乎没有 变化；垂直流动方向的尺寸变化率大于流动方向的。吸水率对玻 璃 纤 维 增 强 ＰＡ６ 材 料 尺 寸 变 化 的 影 响。从 图 中 可 以 看 出，吸 水 率 越 高，玻 璃 纤维增强 ＰＡ６材料的尺寸变化率越大，在吸水率相同 时，玻璃纤维增强ＰＡ６材料在相对湿度为５０％环境中 的尺寸变化率明显大于在相对湿度为１００ ％环 境 中。 在相对湿度为 ５０ ％的 环 境 中，吸 水 率 为 １．８８ ％ 时， 流动方向的尺寸变化率为 ０．１３ ％，垂直流动方向的尺 寸变化率 为 ０．４３ ％；而 在 相 对 湿 度 为１００ ％ 的 环 境 中，吸 水 率 为 １．９３ ％ 时，流 动 方 向 的 尺 寸 变 化 率 为 ０．０４ ％，垂直流动方向的尺寸变化率为０．１８ ％。

出现以上结果的原因是，玻璃纤维增强 ＰＡ６材料 使用过程中尺寸变化来自吸湿溶胀和内应力释放收 缩。在相对湿度为零的环境中，玻璃纤维增强 ＰＡ６材 料无吸湿膨胀，尺寸变化只来自内应力释放收缩，玻璃 纤维增强ＰＡ６材料内应力释放收缩在成型冷却过程中 已几乎全部完 成，使得内应力释放收缩对材料使用过 程中尺寸变化影响较小，尺寸变化率小；在相对湿度为 ５０％、１００ ％的 环 境 中，玻 璃 纤 维 增 强 ＰＡ６材 料 的 尺寸变化主要来 自 吸 湿 溶 胀，环 境 湿 度 越 大、时 间 越 长， 材料与水分子的接触机会越多，吸水效率越高，吸水率 越大，吸湿膨胀 越 明 显，尺 寸 变 化 率 越 大；环 境 湿 度 越 低，玻璃纤维增强 ＰＡ６材料达到相同吸水率需要的时 间越长，水分子有足够时间向玻璃纤维增强 ＰＡ６材料 的内部扩散，使整个产品吸湿溶胀均匀，因此尺寸变化 率大。玻璃纤维增强ＰＡ６材料在成型过程中受压力作 用使玻璃纤维 向 流 动 方 向 取 向，材料的吸湿溶胀和内 应力释放收缩 受 到 玻 璃 纤 维 的 束 缚，而垂直流动方向 受到玻璃纤维 的 束 缚 较 小，导致流动方向上的尺寸变 化小于垂直流动方向上的。

（１）吸湿膨胀和内应力释放收缩共同影响玻璃纤 维增强ＰＡ６材料的尺寸变化，前者在主导因素；环境湿 度越大、时间越长，玻璃纤维增强ＰＡ６材料的尺寸变化 率越大，垂直流动方向的尺寸变化率大于流动方向的； 环境湿度越低，达到相同吸水率需要的时间越长，吸湿 溶胀作用越明显，玻璃纤维增强 ＰＡ６材料的尺寸变化 越大；

（２）添加成核剂，玻 璃 纤 维 增 强 ＰＡ６材 料 的 结 晶 度稍微提高，吸水率降低，玻璃纤维增强ＰＡ６材料的尺 寸变化率降低；用 量 为０．５份 时 最 优，用 量 继 续 增 加， 玻璃纤维增强 ＰＡ６材料尺寸变化率下降不大； （３）热处理能消除玻璃纤维增强 ＰＡ６材料的内应 力，使得分子链 规 整，导 致 尺 寸 变 小，添 加 成 核 剂 有 促 进作用；但是不足以使 ＰＡ 分子大范围运动，重新进入 晶格，对玻璃纤维增强 ＰＡ６的结晶度及吸水率影响不 大；热处理使玻璃纤维增强 ＰＡ６材料内应力释放收缩 尺寸变小，而环境湿度使玻璃纤维增强 ＰＡ６材料吸湿 溶胀尺寸变大，相反作用降低玻璃纤维增强 ＰＡ６材料 的尺寸变化率。