聚合物越来越多地用于高质量产品,尤其是高精度应用。因此,它们在加工前需要适当加湿。以前这么高的要求只出现在医疗设备等一些应用领域;然而现在,这些要求在汽车和建筑机械等行业中已经很普遍了。现代聚合物的设计范围比其他材料更广。厂家的宣传资料详细描述了各种材料的作用以及如何充分利用。聚合物往往具有吸湿特性,它们可以从周围空气中吸收水分,直到达到饱和点。因此,聚合物材料必须在热处理前干燥(例如,使用颗粒干燥机)。如果材料太干,会影响其后续的吸湿速度。因此,合适的水分含量非常重要,因为它可以显著提高材料的缺口敏感性、冲击强度、尺寸稳定性等性能。得到这个结果的前提是,在控湿处理之前,必须知道聚合物的性质、相关性和优化范围。平衡水分含量是目标未增强聚酰胺PA6或PA66在标准大气(23,50% RH)中具有3%的平衡水分含量。在这种情况下,材料的含水率达到平衡水平,其性能基本不受季节性气候波动、干燥或低温的影响。因此,可以可靠地加工和重复加工聚合物。如果没有达到平衡水分含量,材料的性质将随着储存时间而改变。正因如此,如果注塑或挤出成型的半成品在没有湿度控制的情况下长期加工或储存,后果会更加严重。所以平衡含水率是高分子调湿处理的一个重要目标,但是如何实现这个目标呢?毕竟,当暴露在空气中时,新形成或挤压的薄壁部件(例如,壁厚2mm)需要几个月才能达到平衡。零件越厚,表面积与体积的比率越大,这个过程需要的时间就越长。这个原理在零件存放数月的工业环境下可能不太受欢迎,所以需要一个技术方案。自然吸湿是所有方案中最不靠谱的方法,因为它会随着天气情况而变化。这也是为什么与低含水率相关的问题往往只有在寒冷干燥的冬季到来时才会出现。物料通常放在恒温水槽或加湿柜中进行适当加湿。这些设备能使零件在一小时内吸收理想水平的水分。恒温水箱的缺点是任何插入的金属部件变色或腐蚀。变色的原因是化学变化(低聚物污渍)、水中的碳酸盐硬度和水中累积的污染物。如果用蒸汽加湿零件而不是恒温水箱本身,水会凝结在冷盖上,再次滴落在零件和恒温水箱上,就像用带玻璃盖的锅煮面条一样。当盖子的温度达到最低时,水面上方就会出现热分层。无论采用哪种方法,都必须在湿度控制后除去零件表面的水分,这涉及到额外的工作。在湿度控制或加湿柜中提高吸水率和湿度控制是一个温和的过程。大气湿度中的水分以气体的形式被吸收。提出了40/90% RH和70/62% RH两种方案。较高的温度会增加空气中的绝对湿度。在23/50% RH的标准条件下,空气中的水蒸气含量为10 g/m2。在40/90%RH的条件下,其含量为45g/m2;在70/62% RH的条件下,其含量为166 g/m2。这些数字表明,在湿度控制柜中,零件附近的水分浓度增加了,吸湿速度更快。此外,较高的温度也能促进水在零件中的扩散。这种温度依赖性可以用arrhenius方程来描述。因此,在湿度控制或加湿柜中进行湿度控制可以大大提高聚合物的吸水率。图1比较了产生的水含量和从直接水和可见蒸汽获得的水含量。湿度控制决定了零件表面的湿度水平。湿度控制所需的时间主要由表面积/体积(SAV)比决定。钍
零件的固体SAV小,湿度控制时间长。通常,近表面区域的湿度控制水平可以满足后续应用的要求。然而,大多数与协议制造商合作的加工商会指定吸水百分比,以体积表示。当零件在室内加工时,它们的质量通常取决于靠近表面的关键位置的韧性。在这种情况下,要求就没那么严格了。在实际应用中,模塑件一般存放在密封的容器中,以防止污染。但是湿度控制需要水到达表面,这就要求容器尽量暴露在空气中,比如水果盒。应尽可能避免钢制容器,因为它们在上述潮湿的气候条件下会迅速腐蚀。两倍的壁厚需要两倍的湿度控制时间。适合聚合物的潮湿环境不仅取决于物体表面的吸湿性,还取决于水渗入聚合物的程度。考虑相关的传热和传质也是有益的。图2是塑料部件的自由表面的示意图。湿度控制方式(恒温水箱、湿度控制柜或加湿柜)决定了环境湿度水平,但大小有差异(图1)。直接在表面流动的就是所谓的边界层,主要看零件如何放入柜内,湿气如何向四周流动。这个原因忽略了表面效应引起的所谓接触电阻。图2显示了塑料零件的局部水分浓度。表面的梯度表示吸水率:梯度越大,吸水率越快。对称线上的湿度浓度在T4仅增加了——,这意味着湿度从这个时间点到达核心区域。处理厚零件时,核心区域的湿度水平直到后来才开始增加。报告显示,壁厚1.5毫米的零件需要18小时,而壁厚3毫米和6毫米的零件分别需要36小时和72小时。两倍的壁厚需要两倍的润湿时间。