（发布于 2013年3月25日《PT Plastics》）

--在本系列的前三部分中，我们重点关注了导致模塑部件变小的那些影响因素。但也有一些环境因素会导致部件随时间推移而尺寸增大。

到目前为止，我们关于尺寸稳定性的讨论都集中在那些导致部件变小的因素上。但也有一些环境因素会导致部件随时间推移而尺寸增大。这方面最好的例子是尼龙模塑部件从大气中吸收水分时发生的尺寸增长。

许多聚合物是吸湿性的；它们会吸收水分。由于大气中始终存在水蒸气，这通常是聚合物吸收水分的来源。在正常大气条件下，大多数吸湿性材料在较长时间内可以吸收 0.1-0.2% 的水分。但是尼龙，因为它含有氢键，会更大程度地吸引水分。在相对湿度在 35-65% 范围内的“正常”环境室温下，未填充尼龙的平衡水分含量按重量计会在 1.5-2% 左右徘徊。如果持续浸泡，这个值可以增加到 5-8%。

这种程度的水分吸收会改变聚合物的机械性能。许多设计师和工程师抱怨尼龙部件在寒冷干燥的冬季月份缺乏韧性，此时室内湿度水平可能降至 5-10%，这就是许多加工商在模塑尼龙部件时会特意让成型后的部件达到某种特定状况的原因。这就是简单地使部件达到平衡所需的时间从几周甚至几个月缩短到了几天。

水分吸收从部件离开模具的那一刻就开始了。刚模塑成型时，部件的水分含量大约等于进入注塑机的颗粒的水分含量。由于我们假设所有尼龙在模塑前都经过适当干燥，这意味着由未填充尼龙生产的部件水分含量低于 0.20% 或 2000 ppm。这就是我们所说的“模塑态干燥（dry-as-molded）”。从那时起，从 0.2% 到 2.0% 的过程就开始了。

水是尼龙的增塑剂。这意味着它会降低材料的玻璃化转变温度。对于主力聚合物尼龙 6 和尼龙 6/6，这会使玻璃化转变温度从 65-70 摄氏度降低到约 10 摄氏度。水具有与尼龙中的氢键相同的作用；当水分子进入尼龙部件时，它与另一个尼龙链一样，有机会松散地附着在尼龙链上。

当水分子以这种方式定位时，它会迫使聚合物链之间的间距增加。吸湿量越大，体积膨胀就越大。测量部件的人会将其视为部件尺寸的增加。如果在室温下暴露，通常未填充尼龙 6 或尼龙 6/6 的尺寸增加可达 0.5-0.6%。如果温度升高，吸湿水平会增加，相应的尺寸变化也会变大。填料和增强材料会减少这种尺寸变化，然而，即使在最佳条件下模塑的高填充尼龙，其每英寸部件尺寸仍然会膨胀约 0.1% 或 0.001 英寸。这使得加工商和最终用户必须明确首次样品批准时测量部件的条件，这一点非常重要。

虽然尼龙代表了涉及水分吸收的极端情况，但绝大多数聚合物都会在一定程度上吸收水分。像聚醚砜和聚醚酰亚胺这样的材料，随着时间的推移可以吸收高达 2% 重量的水分。然而，由于这些聚合物是非晶态的并且具有极高的玻璃化转变温度，这种水分吸收对尺寸和性能的影响比在尼龙中小得多。但是随着环境变得更加严苛，即使那些通常被认为在潮湿环境中尺寸非常稳定的材料也可能产生令人惊讶的反应，特别是在装配体中必须保持精密公差的情况下。

聚甲醛（Acetal）通常被认为是尼龙的替代品，可以避免与水分吸收相关的困难。聚甲醛在加工前很少需要干燥这一事实强化了吸湿不是问题的观念。在室温和 50% 相对湿度下，未填充的聚甲醛仅吸收约 0.2% 的水分，并膨胀约 0.2%，这些影响远比尼龙中遇到的问题要小。

但聚甲醛是一种极性聚合物，在适当条件下能够吸收更大量的水分。在 100% 相对湿度下，吸湿水平增加到近 0.8%，尺寸增长增加到 0.7%。这种行为导致了一个严重问题：一个聚甲醛活塞在其配套的外围筒中作动时可能出现问题。在外围筒的直径为0.600 英寸的情况下，活塞和筒之间的公差累积从 0.004 英寸到 0.010 英寸不等。在室温下，装配体按预期运行没问题。

然而，验证测试还要在 85 摄氏度的温度和 95% 的相对湿度下长时间暴露情况下进行。这使得聚甲醛部件吸收了足够的水分，从而膨胀了 0.004 英寸。按公差范围下限生产的部件为两个部件之间提供了足够的间隙以确保正常运行。但如果部件是按公差范围上限模塑的，随后因吸湿而产生的膨胀足以导致部件卡住并阻碍运动。

在我们结束关于尺寸稳定性的本系列之前，我们将讨论一种所有材料性能都具有的可逆效应，它叫热膨胀系数。在下一期的第五部分中，我们将介绍这一特性在不同环境下对测量结果的影响。