工具信息基本

这种水分扩散工具可以模拟聚酰胺零件暴露于与特定应用条件相关的各种非循环或循环条件。最后一个应用示例表明，该工具非常独特，因为可以模拟影响吸湿性的复杂应用条件，从而影响聚合物部件的性能。

该模型的另一个独特之处在于，水扩散以非菲克方式描述，解释了这些聚酰胺材料中水的塑化效应，例如，与水释放时间相比，吸水时间的巨大差异。

吸湿会影响材料的性能。该工具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。该工具还可以模拟循环条件。阅读我们的白皮书，其中包含有关此工具的更多信息关于我们此处。

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，并在时间=0时暴露于施加的条件（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。

用户输入：

牌号选择
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

“循环”

同样，样品在初始条件（温度T_0，相对湿度RH_0）下平衡，并且在时间=0时暴露于一组施加的条件，每个条件在一定时间内具有温度和相对湿度。然后可以重复组合的条件集（循环次数）。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

用户输入：

牌号选择
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
施加的温度、相对湿度和板所承受的持续时间（条件 1、2 等）
周期数（限制为 50 个以防止 Web 界面超时）

工具输出：

该图显示了水分渗透率与板内精确位置在三个周期内的函数关系
显示随时间变化的位置平均水分浓度的图表

厚度在1-10毫米（0.04-0.4英寸）之间变化的板成型，然后以较高的温度退火（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）。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“模制干燥 ”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。

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。

建模中未考虑由于存在水分、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。

“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。

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牌号，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。

“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牌号（或通过键入其名称来搜索牌号）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%。

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：选择相同的牌号并填写必填字段，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）。尽管两种调节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。

“你好，恩骅力，

我们有一个汽车应用，该聚合物部件存在于靠近内燃机的引擎盖下。该部件厚度为 1 mm，由最初干燥的 ForTii® Ace MX53B 材料（含 50wt% 玻璃纤维的 PPA 材料）组成。聚合物部分的稳态水分含量是多少，以便我们可以估计机械特性？

最好的问候，里克”

该问题的可能解决方案是定义以下情况并计算零件内的平均稳态水分含量。该案例代表了一种情况，即在一天（24 小时）中，汽车从上午 9 点行驶到上午 10 点，其余时间汽车都在停车场。在驾驶条件下，聚合物部件暴露在 100°C 和 0% RH 的温度下，在停车条件下，部件暴露在 23°C 和 100% RH 的温度下。这些日常条件以重复的循环每日制度应用，持续 50 天（1200 小时）。如果需要更长的时间范围，请联系我们的专家进行离线计算（由于 Web 界面的超时限制）

在图1a中，在特定日期的每天（周期）结束时，在零件的厚度上绘制了水浓度曲线。第一天过后，聚合物部分的两块外板已经含有水分，而样品的内部仍然干燥。随着天数的增加，外板的情况并没有真正改变。然而，对于内部，观察到水分含量随着循环次数的增加而逐渐增加，并在 50 天后达到几乎恒定的值。

图 1：a） ForTii® Ace MX53B（玻璃填充 PPA）部件在循环条件下暴露 1、8、27 和 50 天后随厚度变化的湿度分布和 b）总体水分含量发展。一个周期代表一天。循环条件在文字中指定。

图 1b 显示了不同日期的每日节律中零件中的总体平均水分含量。在驾驶条件下，每天外板的干燥效应以及停车条件下的吸水量都会被观察到。在总共50天的时间里，这种每日换水的节奏是保持的，可以清楚地观察到，总含水量随着天数的增加而增加，并且在很长一段时间内几乎没有变化。

聚合物部分的总含水量在图2中显示为时间的函数。每天的节律是可见的，大约100天后，含水量趋于平稳，最终值在1.0-1.3 wt%的范围内。应该注意的是，该最终值不等于属于停车或驾驶条件的平衡值之一，而是介于这两个平衡值之间的值。该最终值及其在厚度上的分布是相关的，因为它会影响零件的机械性能。

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