پلی آمید 6 کریستالی است یا آمورف؟ ساختار PA6 توضیح داده شد

پلی آمید 6 نیمه بلوری است - نه کاملا کریستالی، نه کاملا آمورف

پلی آمید 6 (PA6) که به طور گسترده با نام نایلون 6 یا پلی کاپرولاکتام شناخته می شود، یک پلیمر ترموپلاستیک نیمه بلوری . این بدان معناست که به طور همزمان دارای هر دو حوزه کریستالی - مناطقی که زنجیره‌های مولکولی به ترتیب الگوهای تکرار شونده مرتب شده‌اند - و حوزه‌های آمورف، که در آن بسته‌بندی زنجیره‌ای بی‌نظم باقی می‌ماند. نه کاملاً کریستالی مانند یک کریستال نمک ساده است و نه کاملاً مانند یک لیوان معمولی بی شکل است.

این ریزساختار دو فازی دلیل اساسی است پلی آمید 6 به روشی که انجام می دهد عمل می کند. کسر کریستالی به آن استحکام و سفتی می دهد، در حالی که کسر آمورف به انعطاف پذیری، مقاومت در برابر ضربه و توانایی جذب مولکول های کوچک مانند آب کمک می کند. درک تعادل بین این دو فاز برای هر کسی که قطعات را طراحی می کند، مواد را انتخاب می کند، یا پردازش PA6 را در زمینه های صنعتی یا مهندسی انجام می دهد، ضروری است.

یک تصور غلط رایج این است که PA6 بسته به نحوه پردازش آن یا "بلور" یا "آمورف" است. در واقع، نسبت هر فاز با شرایط پردازش، تاریخچه حرارتی و محتوای رطوبت تغییر می‌کند - اما هر دو فاز همیشه تا حدی در پلی آمید 6 جامد وجود دارند. PA6 خنک‌شده با کوئنچ می‌تواند شاخص بلورینگی تا چند درصد داشته باشد، در حالی که مواد به آرامی خنک شده یا آنیل شده می‌تواند به حدود 35 درصد برسد. هیچ کدام از این دو حالت ماده ای را تولید نمی کنند که صرفاً یک فاز یا آن فاز باشد.

معنای واقعی نیمه کریستالی در زمینه PA6 چیست

وقتی دانشمندان پلیمر ماده ای را نیمه بلوری توصیف می کنند، به یک ریزساختار خاص در مقیاس نانومتری اشاره می کنند. در حالت جامد، پلی آمید 6 به پشته هایی از لاملاهای کریستالی - نواحی مرتب شده نازک و صفحه مانند با ضخامت تقریبی 5 تا 15 نانومتر - که توسط مناطق بین لایه ای آمورف جدا شده اند، سازماندهی می شود. این پشته های لایه ای ابرساختارهای کروی بزرگ تری به نام اسفرولیت ها را تشکیل می دهند که می توان آنها را زیر میکروسکوپ نور قطبی مشاهده کرد و مشخصه پلیمرهای نیمه بلوری متبلور مذاب است.

نیروی محرکه تبلور در PA6 تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی بین گروه های آمیدی (CO-NH-) در امتداد زنجیره های پلیمری مجاور است. این پیوندها، قوی‌تر از برهمکنش‌های واندروالس، اما ضعیف‌تر از پیوندهای کووالانسی، زنجیره‌ها را در آرایش‌های موازی قفل می‌کنند و مزیت انرژی ایجاد می‌کنند که تبلور را از نظر ترمودینامیکی مطلوب می‌کند. با این حال، زنجیره های دراز و درهم نمی توانند به طور کامل در طول انجماد دوباره سازماندهی شوند. بخش قابل توجهی همیشه در پیکربندی های نامنظم به دام می افتد و فاز آمورف را تشکیل می دهد.

تفاوت چگالی بین دو فاز نشان دهنده تفاوت ساختاری آنهاست: فاز کریستالی PA6 دارای چگالی تقریباً 1.24 گرم بر سانتی متر مکعب است، در حالی که فاز آمورف دارای چگالی حدود 1.08 گرم بر سانتی متر مکعب است. - شکاف تقریباً 15٪. بنابراین، اندازه‌گیری چگالی ظاهری یک نمونه PA6 یکی از روش‌های غیرمستقیم است که برای تخمین درجه بلورینگی آن استفاده می‌شود، اگرچه تکنیک‌های دقیق‌تری مانند کالری‌سنجی اسکن تفاضلی (DSC) و پراکندگی پرتو ایکس با زاویه باز (WAXS) در عمل آزمایشگاهی استاندارد هستند.

به طور بحرانی، مناطق آمورف در PA6 همه یکسان نیستند. محققان بین یک کسر آمورف متحرک (MAF) - زنجیرهایی که آزادانه تحت حرکت قطعه ای مشارکتی بالاتر از دمای انتقال شیشه ای هستند - و یک کسر آمورف صلب (RAF) تمایز قائل می شوند. RAF متشکل از بخش‌های زنجیره‌ای است که از نظر هندسی به دلیل نزدیکی به سطوح تیغه‌های کریستالی محدود شده‌اند و به آنها تحرک محدودی حتی بالاتر از دمای انتقال شیشه‌ای حجیم می‌دهد. وجود یک RAF قابل توجه در PA6 به این معنی است که مدل‌های دو فاز ساده پیچیدگی ساختاری مواد را به طور قابل توجهی دست کم می‌گیرند.

دو شکل کریستالی اصلی پلی آمید 6: آلفا و گاما

پلی آمید 6 به یک ساختار کریستالی منحصر به فرد متبلور نمی شود. این پلی‌مورفیسم کریستالی را نشان می‌دهد، به این معنی که بسته به نحوه پردازش، می‌تواند ساختارهای کریستالی مختلفی - به نام چند شکلی - را تشکیل دهد. دو چند شکل اولیه عبارتند از فرم آلفا (α) و فرم گاما (γ) که هر کدام آرایش اتمی و پیامدهای مکانیکی مشخصی دارند.

شکل کریستال آلفا (α).

شکل α پلی مورف ترمودینامیکی پایدار پلی آمید 6 است. دارای یک سلول واحد مونوکلینیک است که در آن زنجیره های پلیمری مجاور به صورت ضد موازی با یکدیگر قرار دارند. پیوند هیدروژنی در شکل α عمدتاً در ورقه های مسطح - به اصطلاح پیوند هیدروژنی درون ورقه ای - رخ می دهد و یک ساختار خوب سازمان یافته و از نظر انرژی مطلوب ایجاد می کند. شکل α تقریباً در دمای 220 درجه سانتیگراد ذوب می شود و هنگامی که PA6 در شرایط خنک کننده آهسته (معمولاً در سرعتهای خنک کننده کمتر از حدود 8 درجه سانتیگراد در ثانیه) یا پس از بازپخت بالای 150 درجه سانتیگراد متبلور می شود، مطلوب است. درجه بالاتر نظم ساختاری آن با مدول یانگ بالاتر در مقایسه با فرم γ مطابقت دارد.

فرم کریستالی گاما (γ).

فرم γ، که گاهی اوقات به عنوان شبه شش ضلعی یا مزوفاز توصیف می شود، یک چند شکلی متاپایدار است که زمانی که PA6 با سرعت خنک شدن سریعتر پردازش می شود (بین 8 درجه سانتیگراد در ثانیه تا 100 درجه سانتیگراد بر ثانیه)، مانند هنگام چرخش مذاب به الیاف یا قالب گیری تزریقی با قالب های سرد، غالب می شود. در شکل γ، زنجیره‌ها به‌جای ضد موازی، موازی هستند، و پیوند هیدروژنی در طبیعت بین ورقه‌ای است - بین ورقه‌های پیوند هیدروژنی مجاور ایجاد می‌شود. فرم γ به صورت جنبشی به دام افتاده است و می تواند پس از بازپخت یا قرار گرفتن در معرض آب داغ به شکل α تبدیل شود. در نانوکامپوزیت‌های PA6/رس، فرم γ نیز به‌دلیل تأثیر هسته‌زایی پلاکت‌های رسی به‌طور مداوم مورد علاقه است.

این چند شکلی در عمل به چه معناست

برای مهندسان و پردازنده‌ها، چندشکلی کریستالی در PA6 یک مفهوم آکادمیک انتزاعی نیست. یک قطعه PA6 قالب‌گیری شده که با قالب سرد و چرخه سریع تولید می‌شود، عمدتاً حاوی کریستال‌های γ شکل است، در حالی که همان رزین قالب‌گیری‌شده با قالب داغ و خنک‌کننده آهسته، حاوی شکل α بیشتری است. خواص مکانیکی حاصل - سفتی، مقاومت در برابر خستگی، پایداری ابعادی - به‌طور قابل‌توجهی بین این دو بخش متفاوت است، حتی اگر از همان درجه پلی‌آمید 6 ساخته شده باشند. بنابراین کنترل نرخ خنک‌کننده و دمای قالب یکی از ابزارهای اولیه برای تنظیم ریزساختار قطعات PA6 نهایی است.

محدوده کریستالینیتی معمولی PA6 و چرا نسبتا کم است

یکی از جنبه های ریزساختار پلی آمید 6 که بسیاری از مهندسان را شگفت زده می کند این است که واقعاً میزان کریستالی بودن آن در مقایسه با پلیمرهای قابل تبلور ساده تر مانند پلی اتیلن کم است. PA6 متبلور مذاب معمولاً به a شاخص بلورینگی 35 درصد یا کمتر بسته به شرایط پردازش و تاریخچه حرارتی. این بدان معنی است که حتی تحت مطلوب ترین شرایط خنک کننده آهسته، اکثر مواد از نظر حجمی بی شکل می مانند.

دلیل این تبلور شگفت‌آور کم در توپولوژی زنجیره PA6 در مذاب جامد شده نهفته است. بر خلاف پلی اتیلن که دارای زنجیره های نسبتاً ساده و انعطاف پذیری است که قادر به تا زدن مجدد کارآمد مجاور هستند، زنجیره های PA6 با پیوندهای هیدروژنی بین زنجیره ای قوی مشخص می شوند که مانع از حرکت زنجیره ای مشترک مورد نیاز برای تبلور کارآمد می شود. علاوه بر این، زنجیره‌های پلیمری طولانی و درهم‌تنیده نمی‌توانند به سرعت از پیکربندی‌های سیم پیچ تصادفی خود در مذاب سازماندهی مجدد کنند. یک مدل ساختاری پذیرفته‌شده برای پلی‌آمیدهای متبلور مذاب، زنجیره‌ها را به‌عنوان تشکیل حلقه‌های ورودی مجدد طولانی و غیر مجاور به همراه زنجیره‌های پیوند بین کریستالی که لاملاهای کریستالی مختلف را به هم متصل می‌کنند، توصیف می‌کند. این ساختار حلقه نامنظم به طور طبیعی یک لایه آمورف ضخیم بین تیغه‌های کریستالی ایجاد می‌کند - در PA6، لایه بین‌الشکل آمورف معمولاً حدود دو برابر ضخامت خود تیغه‌های کریستالی است.

در مقایسه، تبلور تک کریستال های PA6 رشد یافته در محلول - که در آن زنجیره ها زمان و آزادی بیشتری برای سازماندهی مجدد دارند - می تواند بسیار بیشتر باشد، اما این نشان دهنده PA6 تجاری در هیچ سناریوی پردازش عملی نیست. PA6 قالب‌گیری واقعی، اکسترود شده یا الیافی تابیده شده همیشه حاوی کسر آمورف قابل‌توجهی است.

PA6 خنک کننده خاموش - برای مثال، غوطه ور کردن سریع نمونه ای که تازه ذوب شده در آب یخ است - می تواند موادی با کریستالینی بسیار کم تولید کند که به حالت تقریباً کاملاً بی شکل نزدیک می شود. این PA6 خاموش شده می‌تواند متعاقباً با گرم شدن مجدد بالای دمای انتقال شیشه‌ای خود یعنی تقریباً 50 تا 55 درجه سانتیگراد، متبلور سرد شود و از حالت عمدتاً آمورف به نیمه بلوری تبدیل شود. این رفتار به آسانی در آزمایش‌های DSC قابل مشاهده است، جایی که یک گرمازا تبلور سرد در طول اسکن حرارتی PA6 خنک‌شده با کوئنچ ظاهر می‌شود.

چگونه شرایط پردازش ساختار کریستالی پلی آمید 6 را کنترل می کند

از آنجایی که پلی آمید 6 نیمه کریستالی با ریزساختار حساس و متغیر است، شرایطی که تحت آن پردازش می شود، خواص قطعه نهایی را به شدت تعیین می کند. این یکی از مهمترین جنبه های عملی کار با PA6 به عنوان یک ماده مهندسی است.

نرخ خنک کننده

نرخ خنک کننده متغیر غالبی است که هم درجه بلورینگی و هم توزیع چند شکلی را در PA6 قالب گیری تزریقی و اکسترود شده کنترل می کند. در سرعت های خنک کننده کمتر از حدود 8 درجه سانتیگراد در ثانیه، شکل α فاز کریستالی غالب است. بین 8 درجه سانتیگراد در ثانیه و 100 درجه سانتیگراد در ثانیه، فرم γ غالب است. در نرخ های خنک کننده بسیار بالا - مانند مواردی که در خاموش کردن سریع به دست می آید - تبلور تا حد زیادی سرکوب می شود و PA6 عمدتاً آمورف به دست می آید. در قالب‌گیری تزریقی عملی، پوست بیرونی یک قطعه قالب‌گیری شده (که در مقابل دیواره قالب سرد سریع‌تر سرد می‌شود) معمولاً حاوی مواد γ یا آمورف بیشتری است، در حالی که هسته (که کندتر سرد می‌شود) حاوی کریستال‌های شکل α بیشتری است. این یک گرادیان مورفولوژی هسته پوست در سطح مقطع قطعه ایجاد می کند.

دمای قالب

دمای قالب تأثیر مستقیمی بر بلورینگی دارد. دماهای بالاتر قالب (برای PA6، معمولاً 60 تا 100 درجه سانتیگراد) خنک شدن سطح قطعه را نسبت به هسته آن کاهش می دهد، بلورینگی کلی بیشتر را افزایش می دهد و به توسعه کریستال شکل α کمک می کند. دمای پایین قالب باعث کاهش بلورینگی می شود اما می تواند قالب گیری را ساده کند. یکی از نتایج عملی این است که قطعات PA6 با کریستالیته بالاتر، پایداری ابعادی بهتری را در سرویس نشان می‌دهند - زیرا تبلور ثانویه پس از قالب‌گیری کاهش می‌یابد - اما ممکن است به زمان‌های چرخه طولانی‌تری برای اطمینان از تبلور کافی قبل از پرتاب نیاز داشته باشد.

آنیل کردن

بازپخت کردن قطعات پلی آمید 6 - نگه داشتن آنها در دمای بالا زیر نقطه ذوب، معمولاً 140 تا 180 درجه سانتیگراد - تبدیل کریستال های فرم γ را به شکل α پایدارتر را افزایش می دهد و درجه کلی بلورینگی را از طریق تبلور ثانویه افزایش می دهد. بازپخت همچنین باعث ضخیم شدن لاملاهای کریستالی موجود و کاهش تنش های داخلی می شود. مهندسان اغلب اجزای PA6 را که برای سرویس‌ها یا کاربردهایی در دمای بالا طراحی شده‌اند، آنیل می‌کنند که ثبات ابعادی در طول زمان حیاتی است.

محتوای رطوبت در طول پردازش

آب در پردازش PA6 نقش دوگانه ای دارد. در طی فرآیند مذاب، رطوبت به عنوان یک نرم کننده عمل می کند که ویسکوزیته مذاب را کاهش می دهد و - در سطوح بالا - می تواند باعث تخریب هیدرولیتیک طول زنجیره شود. در حالت جامد، آب جذب شده پیوندهای هیدروژنی بین زنجیره ای را در فاز آمورف مختل می کند، آن نواحی را پلاستیک می کند، استحکام کششی و سفتی را کاهش می دهد و دمای موثر انتقال شیشه را کاهش می دهد. فاز کریستالی اساساً در برابر آب غیرقابل نفوذ است - جذب رطوبت به طور کامل از طریق مناطق آمورف ساختار PA6 انجام می شود. به همین دلیل است که گریدهای PA6 کریستالی بیشتر آب کمتری جذب می‌کنند و در شرایط مرطوب پایداری ابعادی بهتری نسبت به گریدهای کریستالی کمتر نشان می‌دهند.

خواص حرارتی کلیدی مرتبط با ماهیت نیمه بلوری PA6

ریزساختار نیمه کریستالی پلی آمید 6 به طور مستقیم مسئول چندین مورد از مهمترین ویژگی های حرارتی آن است که آن را به شدت از پلیمرهای کاملاً آمورف و مواد کاملاً کریستالی متمایز می کند.

• نقطه ذوب: از آنجایی که PA6 دارای حوزه های کریستالی است، نقطه ذوب واقعی دارد - تقریباً 220 درجه سانتیگراد برای شکل α. پلیمرهای کاملا آمورف ذوب نمی شوند. آنها فقط به تدریج نرم می شوند. انتقال شدید ذوب PA6 یک مشخصه تعیین کننده از یک ماده نیمه بلوری است و به همین دلیل است که PA6 می تواند در دماهای کاملاً تعریف شده با ذوب پردازش شود.
• دمای انتقال شیشه ای (Tg): فاز آمورف PA6 در حالت خشک تقریباً در دمای 50 تا 55 درجه سانتیگراد تحت یک انتقال شیشه ای قرار می گیرد. در زیر این دما، زنجیره های آمورف در حالت شیشه ای منجمد می شوند. بالای آن لاستیکی می شوند. Tg به طور قابل توجهی در حضور رطوبت جذب شده کاهش می یابد - تا حدود 0 درجه سانتیگراد یا کمتر در اشباع کامل - زیرا آب حوزه های آمورف را پلاستیک می کند.
• دمای انحراف گرما (HDT): PA6 سفتی قابل توجهی را تا نزدیک به نقطه ذوب خود حفظ می کند زیرا فاز کریستالی به عنوان یک شبکه اتصال متقابل فیزیکی بالای Tg عمل می کند. این در تضاد با پلیمرهای کاملاً آمورف است که به سرعت در بالای Tg خود سفتی را از دست می دهند. HDT PA6 تقویت نشده تحت شرایط تست استاندارد معمولاً در محدوده 55-65 درجه سانتیگراد است. با تقویت فیبر شیشه ای، تا 200 درجه سانتیگراد یا بالاتر افزایش می یابد.
• انتقال بریل: PA6 همچنین در دمای تقریباً 160 درجه سانتیگراد در مواد نامحدود تحت یک انتقال حالت جامد به نام انتقال بریل قرار می گیرد. بالاتر از این دما، کریستال مونوکلینیک شکل α به سمت فازی با تقارن بالاتر با پیوند هیدروژنی نامنظم تر تغییر می کند. این انتقال پیامدهایی برای پنجره پردازش و رفتار حرارتی PA6 در دمای سرویس بالا دارد.

چگونه ساختار نیمه کریستالی عملکرد مکانیکی PA6 را تعیین می کند

رفتار مکانیکی پلی آمید 6 نتیجه مستقیم ریزساختار نیمه بلوری دو فازی آن است. درک این ارتباط به توضیح نقاط قوت و محدودیت های آن در کاربردهای مهندسی کمک می کند.

لاملاهای کریستالی به عنوان اتصالات عرضی فیزیکی یا حوزه های تقویت کننده ای عمل می کنند که سفتی و استحکام را ایجاد می کنند. زنجیره‌های بی‌شکل بین و اطراف لاملاها، به‌ویژه زنجیره‌های پیوند بین بلوری که بین تیغه‌های مجاور قرار می‌گیرند، در طول تغییر شکل، تنش را تحمل می‌کنند و به چقرمگی و شکل‌پذیری کمک می‌کنند. این معماری مسئول رفتار تسلیم دوگانه مشخصه مشاهده شده در آزمایش کشش PA6 در دمای اتاق است: بازده اولیه در کرنش‌های کم (تقریباً 10-5٪) همراه با تغییر شکل حوزه‌های آمورف، به دنبال آن تسلیم دوم در کرنش‌های بالاتر مرتبط با اختلال در خود لاملاهای کریستالی.

بلورینگی بیشتر در PA6 به طور کلی با سفتی بالاتر، استحکام کششی بالاتر و مقاومت در برابر خزش بهتر مرتبط است، اما به قیمت کاهش مقاومت در برابر ضربه و ازدیاد طول در هنگام شکست. PA6 با کریستالینیت پایین - به عنوان مثال، PA6 تولید شده با خنک کننده سریع - سفت تر و انعطاف پذیرتر است. این مبادله یک ویژگی کلاسیک پلیمرهای نیمه بلوری است و به ترکیبات و پردازنده‌های PA6 عرض جغرافیایی قابل‌توجهی برای تنظیم خواص برای کاربردهای خاص با تنظیم بلورینگی از طریق شرایط پردازش یا عوامل هسته‌زا می‌دهد.

در مقایسه با PA66 نسبت نزدیک خود (Nylon 6,6)، PA6 در شرایط پردازش معادل کمی کریستالی کمتری دارد. این به PA6 نقطه ذوب تا حدودی پایین تری می دهد (~220 درجه سانتیگراد در مقابل ~260 درجه سانتیگراد برای PA66)، پردازش پذیری بهتر در دماهای پایین تر و عملکرد ضربه کمی بهتر، در حالی که PA66 مقاومت حرارتی و سفتی کمی در دماهای بالا ارائه می دهد. هر دو نیمه بلوری هستند - تفاوت در درجه کریستالی و کمال کریستالی است نه در ماهیت کریستالی/آمورف بنیادی مواد.

پلی آمید 6 در مقابل پلی آمیدهای آمورف: تمایز واضح

شایان ذکر است که بین پلی آمید 6 و کلاس موادی که به نام پلی آمیدهای آمورف شناخته می شوند، تمایز قائل شویم، زیرا هر دو به خانواده پلی آمیدها تعلق دارند اما ساختار و خواص اساسی متفاوتی دارند.

همانطور که در این مقاله بحث شد، PA6 یک پلی آمید نیمه بلوری است. در مقابل، پلی آمیدهای آمورف - مانند کوپلیمرهای PA 6I/6T (کوپلیمرهای هگزامتیلن دی آمین با اسیدهای ایزوفتالیک و ترفتالیک) - برای جلوگیری از تبلور کاملاً با ترکیب ساختار مولکولی نامنظم، معمولاً از طریق کوپلیمریزاسیون با مونومرهای مختلف، مهندسی شده‌اند. به عنوان مثال، واحدهای ایزوفتالیک در PA 6I/6T، پیچ خوردگی هایی را در زنجیره ایجاد می کنند که از بسته بندی منظم جلوگیری می کند و هرگونه نظم کریستالی را سرکوب می کند و یک ماده کاملاً بی شکل تولید می کند.

پیامدهای عملی این تفاوت قابل توجه است. پلی آمیدهای آمورف شفاف هستند (زیرا هیچ حوزه کریستالی برای پراکندگی نور وجود ندارد)، انقباض قالب کم و پایداری ابعادی عالی دارند. با این حال، آنها فاقد استحکام در دمای بالا ناشی از کریستالینیت در PA6 هستند و دمای سرویس آنها به جای نقطه ذوب، توسط دمای انتقال شیشه ای آنها محدود می شود. PA6 با ساختار نیمه بلوری خود، مات یا شفاف است، انقباض قالب بیشتری را نشان می دهد و نقطه ذوب مشخصی دارد - اما به دلیل فاز کریستالی، سفتی و استحکام را بسیار بالاتر از Tg خود حفظ می کند.

این تمایز در هنگام انتخاب مواد اهمیت دارد. برای کاربردهایی که نیاز به شفافیت نوری، تحمل ابعادی کم و مقاومت شیمیایی گسترده در محیط‌های با دمای متوسط ​​دارند، پلی آمیدهای آمورف ممکن است ترجیح داده شوند. برای کاربردهای مهندسی سازه که به سختی بالا، مقاومت در برابر سایش و عملکرد نزدیک به 200 درجه سانتیگراد نیاز دارند، PA6 نیمه کریستالی انتخاب مناسب تری است.

روش‌های مورد استفاده برای اندازه‌گیری بلورینگی در PA6

از آنجایی که درجه بلورینگی در پلی آمید 6 با تاریخچه پردازش متفاوت است و مستقیماً بر خواص تأثیر می گذارد، اندازه گیری دقیق آن عملاً مهم است. چندین تکنیک تحلیلی به طور معمول برای این منظور استفاده می شود.

• کالریمتری اسکن تفاضلی (DSC): رایج ترین روش. گرمای همجوشی اندازه‌گیری شده در طول ذوب نمونه PA6 با گرمای نظری همجوشی 100% PA6 کریستالی (تقریباً 241 J/g برای شکل α) مقایسه می‌شود. این نسبت شاخص بلورینگی را نشان می دهد. عوارض به این دلیل به وجود می آیند که PA6 می تواند در طول اسکن حرارتی DSC دچار تبلور سرد یا انتقال چند شکلی شود که نیاز به تجزیه و تحلیل دقیق دارد.
• پراکندگی اشعه ایکس با زاویه باز (WAXS): اطلاعات ساختاری مستقیم در مورد فازهای کریستالی موجود را ارائه می دهد. قله های پراش تیز با بازتاب های کریستالی مطابقت دارد. یک هاله وسیع مربوط به سهم بی شکل است. ادغام شدت های نسبی امکان محاسبه شاخص کریستالینیتی و شناسایی محتوای فاز α در مقابل γ را فراهم می کند.
• اندازه گیری چگالی: از آنجایی که PA6 کریستالی و آمورف دارای چگالی قابل توجهی متفاوت هستند (1.24 g/cm³ در مقابل 1.08 g/cm³)، اندازه گیری چگالی یک نمونه و اعمال یک قانون اختلاط دو فازی تخمینی از بلورینگی می دهد. این ساده است اما دقت کمتری نسبت به DSC یا WAXS دارد.
• طیف سنجی FTIR: نوارهای جذب مادون قرمز مرتبط با فازهای کریستالی خاص امکان تجزیه و تحلیل نیمه کمی را فراهم می کند. برای PA6، نوارهای جذب مشخصه در 974 سانتی‌متر-1، 1030 سانتی‌متر-1، و 1073 سانتی‌متر-1 برای تشخیص و تعیین کمیت محتوای فاز کریستالی α و γ استفاده می‌شود.

هر تکنیک دارای نقاط قوت، محدودیت ها و مفروضات خاص خود است. برای کنترل کیفیت معمول، DSC به دلیل سرعت و دسترسی آن بیشترین استفاده را دارد. برای توصیف دقیق ساختاری - به ویژه زمانی که نسبت نسبی فازهای α و γ مهم است - WAXS همراه با DSC کامل ترین تصویر را ارائه می دهد.

مفاهیم عملی برای طراحی، پردازش و انتخاب مواد

برای مهندسان و انتخاب کنندگان مواد، درک این موضوع که پلی آمید 6 نیمه کریستالی است - به جای اینکه صرفاً آن را "بلور" یا "آمورف" بدانیم - پیامدهای مستقیم و مشخصی برای نحوه طراحی، پردازش و استفاده اجزا دارد.

ابتدا قطعات PA6 پس از خروج از قالب به آهستگی متبلور می شوند. این کریستالیزاسیون پس از قالب باعث تغییرات ابعادی - معمولاً انقباض - می شود که می تواند بر تناسب و عملکرد قطعه تأثیر بگذارد. اجزای PA6 با دقت بالا اغلب به پروتکل‌های بازپخت یا تهویه کنترل‌شده نیاز دارند تا قبل از مونتاژ در یک محیط کنترل‌شده، تبلور کامل شود. بدون این مرحله، تغییر ابعاد در سرویس می تواند رخ دهد، به ویژه در چند صد ساعت اول استفاده در دماهای بالا.

دوم، تهویه رطوبت قطعات PA6 قبل از آزمایش خواص مکانیکی و قبل از استفاده در بسیاری از کاربردها یک عمل استاندارد است. PA6 تازه قالب‌گیری شده و خشک دارای خواصی است که با PA6 دارای رطوبت قابل اندازه‌گیری متفاوت است زیرا آب جذب شده فاز آمورف را پلاستیک می‌کند. برگه‌های اطلاعاتی منتشر شده برای گریدهای PA6 معمولاً مقادیر را برای حالت‌های خشک (DAM) و شرایط رطوبتی (معمولاً 50٪ تهویه رطوبت نسبی) گزارش می‌کنند - و تفاوت‌ها می‌تواند قابل توجه باشد. استحکام ضربه و ازدیاد طول در هنگام شکست با جذب رطوبت افزایش می یابد، در حالی که استحکام کششی، سفتی و سختی کاهش می یابد.

سوم، تقویت فیبر شیشه ای رفتار تبلور PA6 را تغییر می دهد. الیاف شیشه به‌عنوان مکان‌های هسته‌زایی ناهمگن عمل می‌کنند که تبلور را تسریع می‌کنند و دمای تبلور را به مقادیر بالاتر تغییر می‌دهند. ماتریس PA6 به دست آمده در کامپوزیت های پر شده با شیشه نسبت به PA6 تمیزتر تحت شرایط خنک کننده معادل ساختار بسیار کریستالی و ساختار ریزتری دارد که به بهبود سفتی و پایداری ابعادی گریدهای پلی آمید 6 تقویت شده با شیشه کمک می کند.

چهارم، انتخاب بین PA6 و PA66 برای یک کاربرد معین، اغلب به تفاوت‌های ظریف در ساختارهای نیمه بلوری آنها مربوط می‌شود. PA66 با ساختار زنجیره‌ای متقارن‌تر و تمایل قوی‌تر به کریستالیزه شدن، به بلورینگی کمی بالاتر می‌رسد و نقطه ذوب آن حدود 40 درجه سانتی‌گراد بالاتر از PA6 است. این باعث می شود PA66 برای کاربردها در دماهای نزدیک به 200 درجه سانتی گراد و بالاتر مناسب تر باشد. دمای پردازش پایین تر PA6، پرداخت سطح بهتر، و سهولت بیشتر پردازش (تا حدی به دلیل نرخ کریستالیزاسیون و انقباض کمتر) باعث می شود که برای بسیاری از کاربردهای قالب تزریقی دقیق و برای تولید الیاف ترجیح داده شود.