吸湿会影响材料的性能。该工具可计算水分在牌号中的扩散速度,作为时间和位置的函数,适用于“成型”和“完全退火”样品。

阅读我们的博客文章,其中包含关于我们此工具的更多信息

聚酰胺具有吸湿性,吸湿会影响聚酰胺 特性。该工具可预测水分吸收或释放量以及所涉及的时间尺度。 用户可以选择两种类型的计算:一种是计算条件的单步变化的“基本”模式,另一种是考虑循环条件的高级模式。

“步骤更改”:

样品在初始条件(温度 T_0,相对湿度 RH_0)下平衡,在时间=0 时暴露于施加条件(温度 T_1,相对湿度 RH_1)一定持续时间。预测随时间变化的水含量以及样品厚度上的相应水浓度曲线。通过这种方式,可以模拟吸水率和干燥效应。

水分扩散单步变化示意图

用户输入:

  • 等级选择
  • 板厚度(假设高度和深度是无限的)
  • 板的初始温度和相对湿度
  • 板所承受的施加温度和相对湿度
  • 最长时间(高值需要更长的计算时间)

工具输出:

  • 显示水分渗透率与板内三个时间点的确切位置的函数关系的图表
  • 显示随时间变化的位置平均水分浓度的图表

对厚度在1-10毫米(0.04-0.4英寸)之间变化的板进行模制,然后以较高的温度(在玻璃过渡 温度Tg和熔融温度 Tm之间,结晶化速度达到最大)退火。这种热处理进行了 16 小时,据信这代表了大量的结晶度(尽管众所周知,通过额外的热处理可以达到更高水平的结晶度)。使用氮气气氛来避免样品的潜在氧化。

各种商业聚酰胺牌号的参数化基于在23-120°C(73-248°F)温度范围内进行广泛的吸水和释放实验。  大多数板被放入水浴中,一些被放入调节室中。称量板的重量可以显示随着时间的推移吸收了多少水分。在干燥条件下,以相同的方式研究解吸。

结晶

半结晶塑料通常包括聚合物链随机排列的无定形相和结晶(有序)相。只有无定形相才能吸收水分。然而,结晶度水平不是一个  固定的材料参数,而是取决于加工条件和老化。在注塑/吹塑成型和牵引装置(“干成型”)之后,塑料尚未达到其最大结晶度。对于某些应用,低于此最大值的状态为应用提供了优势,而在其他情况下,则需要完全结晶状态。与退火(或老化)材料相比,干燥成型的样品可以吸收更多的水分。在零件的整个生命周期中,结晶度通常会增加(并且水分吸收减少),但为了加快这一过程,可以应用“退火”(短时间的热处理)。

由于结晶度取决于加工条件、环境条件和年龄等因素,因此不可能为我们的材料提供单一值作为绝对真理。相反,我们的工具既可以预测干成型样品 中的水分含量,也可以预测退火(在指定条件下)样品。除非应用极端退火,否则零件的水分含量很可能介于这两个预测之间。

在数据表上,通常提供“制干燥 ”值。对于PA6,PA66和PPA,“退火”平衡水分含量可以降低10-20%,对于PA46,与干燥成型样品相比,甚至低2倍。

结晶度和退火示意图

该工具基于先进的物理模型,其中考虑了水溶性和扩散性。该模型使用求解器在时间和空间上评估一维扩散方程。 

  • 建模中 考虑由于存在水分、老化、结晶化后或水解而可能发生的化学变化。通过提出“干式成型”和“退火”预测来解决材料结晶度的大小(有关更多信息,另请参阅“结晶度”选项卡)。 
  • 计算时间取决于用户输入;如果时间太长,请考虑从较短的扩散时间开始。
  • 该模型基于与其宽度和高度相比厚度小得多的板。为了考虑其他样品几何形状(如拉伸棒),将对模型应用校正。尽管拉伸棒具有标准厚度,但我们允许用户偏离该值并在输入字段中指定不同的厚度。 ISO 527 1A 的标准厚度为 4.0 毫米(0.157 英寸), ISO 527 1BA 的标准为 2.0 毫米(0.079 英寸), ASTM D638 类型 1 的标准为 3.2 毫米(0.126 英寸), ISO 8256 类型 为 2.0 毫米(0.079 英寸)、3.0 毫米(0.118 英寸)或 4.0 毫米(0.157 英寸)。
  • 拟合系数的精度最大为5%至10%(扩散系数为5%,活化能为10%)。对于“成型”样品,由于结晶度变化较大,预测的准确性可能略低,具体取决于加工条件。这种“工程精度”在图表中通过半透明置信区表示每条线。
水分扩散单步变化示例图
客户

“你好,恩骅力,

我们计划在我们的应用中使用您的Stanyl® TW241F6,其平均壁厚度为 3.2 毫米(0.13 英寸)。

当我们在 23°C(73°F)/50%RH 下调节零件或在 70°C(158°F)/62%RH 下使用加速调节时,您能否建议调节时间和最终水分浓度?感谢您的帮助。 

问候,克里斯汀”

这个问题可以通过简单的吸湿率计算来回答,假设零件可以通过平板几何形状接近。首先从下拉列表中选择请求的成绩(或通过键入其名称搜索成绩)并提供必要的输入:

  • 样品几何形状 = 无限板
  • 板/样品厚度 = 3.2 毫米(0.13 英寸)
  • 初始温度 = 23°C (73°F)
  • 初始湿度 = 0%(成型后零件不含任何水分,这称为“成型干燥”)
  • 施加温度 = 23°C (73°F)
  • 施加湿度 = 50%
  • 最大扩散时间 = 100 小时(从一小段时间开始以加快计算速度)

水分演变图显示,100 小时不足以达到该部分的平衡。 单击图例中的“编辑计算”图标,将最大扩散时间增加到 9000 小时,并通过“更新计算”重新计算。

  • 该图显示两条线,固体表示“干成型”样品,虚线“退火”表示结晶度较高的样品。通过进行热/湿处理可以实现更高的结晶度(有关详细信息,请参阅“测量”选项卡),但随着零件的老化,自然也会发生。对于Stanyl®(PA46),与其他聚酰胺相比,这种效果更大。在实践中,零件的状态可能介于这两个模型预测之间。
  • 9000 小时后,“成型”的水分演变图几乎是平坦的,这意味着达到平衡(对于退火样品,4000 小时后已经是这种情况)。
  • 从理论上讲,水分浓度可以在两条线之间的任何位置。然而,由于没有应用极端条件,该零件可能接近“成型”线,水分含量为 2.6wt%。
图形用例吸收

要添加 70°C(158°F)/62%RH 加速调节的图表,可以遵循相同的程序:选择相同的等级并填写必填字段,或使用“编辑计算”按钮从上一页计算开始(全部输入字段现已预填充),然后单击“添加新计算”。

  • 样品几何形状 = 无限板
  • 板/样品厚度 = 3.2 毫米(0.13 英寸)
  • 初始温度 = 23°C (73°F)
  • 初始湿度 = 0%(成型后零件不含任何水分,这称为“成型干燥”)
  • 施加温度 = 70°C (158°F)
  • 施加湿度 = 62%
  • 最大扩散时间 = 9000 小时

水分演变图显示,达到平衡条件的速度要快得多;2000 小时后,干燥成型样品。在这种情况下,平衡水分浓度略高,约为3.0wt%。由于与23°C(73°F)/50%RH的标准调节方法相比,调节温度和湿度更高,因此结晶度可能略高(水分含量略有降低)。虽然两种调理方法的水分含量不一定相同,但两者都会产生相似的机械 特性。

客户

“你好,恩骅力,

Akulon® K122的注塑成型进展顺利。然而,壁厚度为 5 毫米(0.2 英寸)的零件已经在我们的仓库中放置了半年,温度为 20°C(68°F)/50%,并吸收了水分。

在 110°C (230°F) 下将它们干燥到核心的最大水分含量为 0.1wt% 需要多长时间?提前致谢。

最好的问候,里克”

可以使用水分扩散工具估算所需的干燥时间,但必须分两个后续步骤完成;(1)计算半年后在规定条件下吸收的水分量,以及(2)在高温度条件下从这些条件下干燥返回。该工具能够处理一些简单的几何形状,在这种情况下,“无限板”最接近客户的零件。

第一步是吸收。从下拉列表中选择“Akulon® K122”后,需要提供以下输入:

  • 样品几何形状 = 无限板(该工具能够处理一些简单的几何形状,在这种情况下,“无限板”最类似于客户的零件)
  • 板/样品厚度 = 5 mm (0.2 in)
  • 初始温度 = 20°C (68°F)
  • 初始湿度 = 0%(成型后零件不含任何水分,这称为“成型干燥”)
  • 施加温度 = 20°C (68°F)
  • 施加湿度 = 50%
  • 最大扩散时间 = 4380 小时(半年等于 182.5 天 x 24 小时)

该工具提供了两个图形来显示计算结果,在此示例中,这两个图形都是相关的:

  • “水分演变”:板厚度的平均水分浓度。该图显示,成型后的初始平均水分浓度为零,并随着时间的推移而上升。在半年的时间范围内,尚未达到平衡;平均水分浓度为2wt%。在这种情况下,干式成型样品和退火(热处理或时效)样品之间的差异非常小。
  • “水分渗透”:更详细的图表,显示三个时间点上板厚度上的水分分布。可以看出,在板的外部,水分浓度达到最大值(所选条件为3.5wt%)。水分从两侧向中心扩散,其核心达到约1.3wt%的值。
图形用例干燥

第二步是干燥。通常,不建议将材料长时间保持在如此高的温度下,因为可能会发生降解。最好在大约 80°C (176°F) 的温度下干燥,最好在氮气下干燥。

从左侧输入列的下拉列表中选择相同的等级,然后输入全部输入。或者,单击上一页计算图例中的“编辑计算”图标;全部字段都是预先填充的,在进行更改后,我们选择“添加新计算”(注意:“更新计算”将覆盖上一页的计算)。必须进行一个小的简化,即在干燥过程开始时假设板内的水分分布平坦。由于我们无法输入“水分浓度”,因此我们需要调整输入的“初始湿度”,以便获得与吸收步骤结束时相同的水分浓度(注意:同样要调整输入值,最简单的方法是使用“编辑计算”和“更新计算”按钮)。输入包括:

  • 样品几何形状 = 无限板
  • 板/样品厚度 = 5 mm (0.2 in)
  • 初始温度 = 20°C (68°F)
  • 初始湿度 = 31%(调整以匹配 2wt% 的水分浓度)
  • 施加温度 = 110°C (230°F)
  • 施加湿度 = 0%
  • 最大扩散时间 = 300 小时(从猜测开始,之后可以调整)

必须检查显示水分分布的图表,以找到中心(板芯)浓度达到 0.1wt% 的时间。当然,板的外部水分浓度较低。我们发现满足要求的干燥时间约为 475 小时。水分演变图显示,当核心的水分浓度达到0.1wt%时,平均水分浓度为0.06wt%。实际上,干燥开始时的水分分布不会平坦,这意味着实际干燥时间略短。

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为什么我不能选择 全部 的恩骅力等级?

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为什么不允许我从图表中导出数据?

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