照射により変化するポリアミド表面層のナノインデンテーションと熱特性

Polyamide Surface Layer Nano-Indentation and Thermal Properties Modified by Irradiation.

• Martin Ovsik
• Miroslav Manas
• Michal Stanek
• Adam Dockal
• Jiri Vanek
• Ales Mizera
• Milan Adamek
• Pavel Stoklasek

抄録

この研究では、選択されたポリアミド（PA）の表面層のナノ機械的特性に及ぼす電子線照射の影響について説明しています。電子線照射は、ポリアミド構造の高分子の架橋を開始し、3次元ネットワークの形成につながり、試験したポリマーの特性を根本的に変化させる。選択したタイプのポリアミド（PA 6、PA 66、PA 9T）を様々な強度の電子線（33 kGy、66 kGy、99 kGy、132 kGy、165 kGy、198 kGy）に曝露した。架橋ポリアミドの表面特性は、最新のナノインデンテーション技術(Depth Sensing Indentation; DSI)を用いて測定した。評価はOliver-Pharr法を用いて行った。試験したポリアミドへの電子線照射の効果は、3次元ネットワークの形成に現れ、圧痕の硬さ、弾性率、クリープ、耐熱性などの表面層の特性が最大93%増加しました。温度特性と機械的特性の向上は、特により高い耐熱性が要求される場合に、これらの材料を技術的に応用する分野を大幅に広げます。架橋プロセスによって誘発されたナノ機械的特性、機械的および温度特性への積極的な変化は、ゲル体積試験によって確認されました。これらの測定結果は、このテーマの詳細な研究の基礎となるだけでなく、放射線によってポリアミド製品の選択された特性を修正するためのより効果的な方法を提供するための基礎となる。

This study describes the effect of electron radiation on the nano-mechanical properties of surface layers of selected polyamide (PA) types. Electron radiation initiates the cross-linking of macromolecules in the polyamide structure, leading to the creation of a 3D network which fundamentally changes the properties of the tested polymers. Selected types of polyamide (PA 6, PA 66 and PA 9T) were exposed to various intensities of electron radiation (33 kGy, 66 kGy, 99 kGy, 132 kGy, 165 kGy and 198 kGy). The cross-linked polyamides' surface properties were measured by means of the modern nano-indentation technique (Depth Sensing Indentation; DSI), which operates on the principle of the immediate detection of indenter penetration depth in dependence on the applied load. The evaluation was preformed using the Oliver-Pharr method. The effect of electron radiation on the tested polyamides manifested itself in the creation of a 3D network, which led to an increase of surface layer properties, such as indentation hardness, elastic modulus, creep and temperature resistance, by up to 93%. The increase of temperature and mechanical properties substantially broadens the field of application of these materials in technical practice, especially when higher temperature resistance is required. The positive changes to the nano-mechanical properties as well as mechanical and temperature capabilities instigated by the cross-linking process were confirmed by the gel volume test. These measurements lay the foundation for a detailed study of this topic, as well as for a more effective means of modifying chosen properties of technical polyamide products by radiation.